Κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος

κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (Κύκλος Krebs, κύκλος κιτρικών) είναι το κεντρικό τμήμα της γενικής οδού του καταβολισμού, μιας κυκλικής βιοχημικής αερόβιας διαδικασίας κατά την οποία μετατρέπονται ενώσεις δύο και τριών άνθρακα, οι οποίες σχηματίζονται ως ενδιάμεσα προϊόντα σε ζωντανούς οργανισμούς κατά τη διάσπαση υδατανθράκων, λιπών και πρωτεϊνών, σε CO. 2. Σε αυτή την περίπτωση, το απελευθερωμένο υδρογόνο αποστέλλεται στην αναπνευστική αλυσίδα των ιστών, όπου οξειδώνεται περαιτέρω σε νερό, συμμετέχοντας άμεσα στη σύνθεση μιας παγκόσμιας πηγής ενέργειας - ATP.

Ο κύκλος του Krebs είναι ένα βασικό βήμα στην αναπνοή όλων των κυττάρων που χρησιμοποιούν οξυγόνο, το σταυροδρόμι πολλών μεταβολικών οδών στο σώμα. Εκτός από έναν σημαντικό ενεργειακό ρόλο, ο κύκλος έχει επίσης μια σημαντική πλαστική λειτουργία, δηλαδή, είναι μια σημαντική πηγή πρόδρομων μορίων, από τα οποία, κατά τη διάρκεια άλλων βιοχημικών μετασχηματισμών, σημαντικές ενώσεις για τη ζωή των κυττάρων όπως τα αμινοξέα , συντίθενται υδατάνθρακες, λιπαρά οξέα κ.λπ.

Λειτουργίες

1. Ενσωματωτική λειτουργία- ο κύκλος είναι ο σύνδεσμος μεταξύ των αντιδράσεων του αναβολισμού και του καταβολισμού.
2. καταβολική λειτουργία- μετατροπή διαφόρων ουσιών σε υποστρώματα κύκλου:
   • Λιπαρά οξέα, πυροσταφυλικό, Leu, Phen - Acetyl-CoA.
   • Arg, His, Glu - α-κετογλουταρικό.
   • Πιστολάκι μαλλιών, σκοπευτήριο - φουμαρικό.
3. Αναβολική Λειτουργία- τη χρήση υποστρωμάτων κύκλου για τη σύνθεση οργανικών ουσιών:
   • Oxalacetate - γλυκόζη, Asp, Asn.
   • Succinyl-CoA - σύνθεση αίμης.
   • CO 2 - αντιδράσεις καρβοξυλίωσης.
4. Λειτουργία δότη υδρογόνου- ο κύκλος του Krebs παρέχει πρωτόνια στη μιτοχονδριακή αναπνευστική αλυσίδα με τη μορφή τριών NADH.H + και ενός FADH 2 .
5. ενεργειακή λειτουργία- 3 NADH.H + δίνει 7,5 mol ATP, 1 FADH 2 δίνει 1,5 mol ATP στην αναπνευστική αλυσίδα. Επιπλέον, 1 GTP συντίθεται στον κύκλο με φωσφορυλίωση υποστρώματος και στη συνέχεια συντίθεται ATP από αυτό μέσω τρανσφωσφορυλίωσης: GTP + ADP = ATP + GDP.

Μνημονικοί κανόνες

Για ευκολότερη απομνημόνευση των οξέων που εμπλέκονται στον κύκλο του Krebs, υπάρχει ένας μνημονικός κανόνας:

Ένας ολόκληρος ανανάς και μια φέτα σουφλέ σήμερα είναι στην πραγματικότητα το μεσημεριανό μου, που αντιστοιχεί στη σειρά - κιτρικό, (cis-) ακονιτικό, ισοκιτρικό, (άλφα-) κετογλουταρικό, ηλεκτρικό-CoA, ηλεκτρικό, φουμαρικό, μηλικό, οξαλοξικό.

Υπάρχει επίσης το ακόλουθο μνημονικό ποίημα (ο συγγραφέας του είναι βοηθός στο Τμήμα Βιοχημείας του KSMU E. V. Parshkova):

λούτσοςστο ακετύλιο λεμόνιλάσπη, αλλά ναρ cisΜε ένα συμΦοβόμουν ότι ήταν από πάνω του isolimonαλλά Άλφα κετογλουτάρΑλίμονο. Succinyl Xia συνένζυμο om, Κεχριμπάριλάσπη φούμαρ ovo, Yablochεκ εφοδιασμένος για το χειμώνα, γύρισε λούτσοςω και πάλι.

(οξαλοξικό οξύ, κιτρικό οξύ, cis-ακονιτικό οξύ, ισοκιτρικό οξύ, α-κετογλουταρικό οξύ, ηλεκτρυλο-KoA, ηλεκτρικό οξύ, φουμαρικό οξύ, μηλικό οξύ, οξαλοξικό οξύ).

Μια άλλη εκδοχή του ποιήματος

Ο λούτσος έφαγε οξικό, αποδεικνύεται κιτρικό μέσω cis-aconitate, θα είναι ισοϊτρικά υδρογόνα δίνοντας NAD, χάνει CO 2, αυτό είναι πολύ χαρούμενο που έρχεται η οξείδωση του άλφα-κετογλουταρικού - το NAD έκλεψε το υδρογόνο TDP, το συνένζυμο λαμβάνει CO 2 και ενέργεια μόλις εμφανίστηκε στο succinyl αμέσως το GTP γεννήθηκε και παρέμεινε ηλεκτρικό, τώρα έφτασε στο FAD - ήπιε φουμαρικό νερό και μετατράπηκε σε μηλικό εδώ σε μηλικό Το NAD ήρθε, τα υδρογόνα που απέκτησαν ο Pike εμφανίστηκε ξανά και κρύφτηκε ήσυχα Παρακολουθώντας για οξικό ...

Σημειώσεις

Συνδέσεις

• κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος

κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος

ΚΥΚΛΟΣ ΚΥΡΚΟΞΙΚΟΥ ΟΞΕΟΥ - ο κύκλος του κιτρικού οξέος ή ο κύκλος του Krebs - μια διαδρομή οξειδωτικών μετασχηματισμών των δι- και τρικαρβοξυλικών οξέων, τα οποία σχηματίζονται ως ενδιάμεσα προϊόντα κατά τη διάσπαση και τη σύνθεση πρωτεϊνών, λιπών και υδατανθράκων, αντιπροσωπεύεται ευρέως στους οργανισμούς ζώα, φυτά και μικρόβια. Ανακαλύφθηκε από τους H. Krebs και W. Johnson (1937). Αυτός ο κύκλος είναι η βάση του μεταβολισμού και εκτελεί δύο σημαντικές λειτουργίες - τροφοδοτεί το σώμα με ενέργεια και ενσωματώνει όλες τις κύριες μεταβολικές ροές, τόσο τις καταβολικές (βιοαποικοδόμηση) όσο και τις αναβολικές (βιοσύνθεση).

Ο κύκλος του Krebs αποτελείται από 8 στάδια (τα ενδιάμεσα προϊόντα επισημαίνονται σε δύο στάδια στο διάγραμμα), κατά τα οποία συμβαίνουν τα εξής:

1) πλήρης οξείδωση του υπολείμματος ακετυλίου σε δύο μόρια CO2,

2) σχηματίζονται τρία μόρια ανηγμένου δινουκλεοτιδίου αδενίνης νικοτιναμιδίου (NADH) και ενός δινουκλεοτιδίου ανηγμένης αδενίνης φλαβίνης (FADH2), που είναι η κύρια πηγή ενέργειας που παράγεται στον κύκλο και

3) ένα μόριο τριφωσφορικής γουανοσίνης (GTP) σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της λεγόμενης οξείδωσης του υποστρώματος.

Γενικά, η διαδρομή είναι ενεργειακά ευνοϊκή (DG0 "= -14,8 kcal.)

Ο κύκλος του Krebs, που εντοπίζεται στα μιτοχόνδρια, ξεκινά με κιτρικό οξύ (κιτρικό) και τελειώνει με το σχηματισμό οξαλοξικού οξέος (οξαλοξικό - ΟΑ). Τα υποστρώματα του κύκλου περιλαμβάνουν τρικαρβοξυλικά οξέα - κιτρικό, cis-ακονιτικό, ισοκιτρικό, οξαλοηλεκτρικό (οξαλοηλεκτρικό) και δικαρβοξυλικά οξέα - 2-κετογλουταρικό (KG), ηλεκτρικό, φουμαρικό, μηλικό (μηλικό) και οξαλοξικό οξύ. Τα υποστρώματα του κύκλου του Krebs θα πρέπει επίσης να περιλαμβάνουν οξικό οξύ, το οποίο στη δραστική του μορφή (δηλαδή με τη μορφή ακετυλο συνενζύμου Α, ακετυλο-SCoA) συμμετέχει στη συμπύκνωση με οξαλοξικό οξύ, οδηγώντας στο σχηματισμό κιτρικού οξέος. Είναι το υπόλειμμα ακετυλίου που εισέρχεται στη δομή του κιτρικού οξέος που οξειδώνεται και υφίσταται οξείδωση. Τα άτομα άνθρακα οξειδώνονται σε CO2, τα άτομα υδρογόνου γίνονται μερικώς αποδεκτά από τα συνένζυμα των αφυδρογονασών, εν μέρει σε πρωτονιωμένη μορφή περνούν στο διάλυμα, δηλαδή στο περιβάλλον.

Ως αρχική ένωση για το σχηματισμό ακετυλο-CoA, συνήθως ενδείκνυται το πυροσταφυλικό οξύ (πυρουβικό), το οποίο σχηματίζεται κατά τη γλυκόλυση και καταλαμβάνει μια από τις κεντρικές θέσεις στις διασταυρούμενες μεταβολικές οδούς. Υπό την επίδραση ενός ενζύμου πολύπλοκης δομής - πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης (EC1.2.4.1 - PDGas), το πυροσταφυλικό άλας οξειδώνεται για να σχηματίσει CO2 (πρώτη αποκαρβοξυλίωση), το ακετυλο-CoA και το NAD ανάγεται (βλ. διάγραμμα). Ωστόσο, η οξείδωση με πυροσταφυλικό δεν είναι ο μόνος τρόπος σχηματισμού ακετυλο-CoA, το οποίο είναι επίσης χαρακτηριστικό προϊόν οξείδωσης λιπαρών οξέων (το ένζυμο θειολάση ή συνθετάση λιπαρών οξέων) και άλλων αντιδράσεων αποσύνθεσης υδατανθράκων και αμινοξέων. Όλα τα ένζυμα που εμπλέκονται στις αντιδράσεις του κύκλου του Krebs εντοπίζονται στα μιτοχόνδρια και τα περισσότερα από αυτά είναι διαλυτά και η ηλεκτρική αφυδρογονάση (EC1.3.99.1) συνδέεται έντονα με τις δομές της μεμβράνης.

Ο σχηματισμός κιτρικού οξέος, με τη σύνθεση του οποίου αρχίζει ο ίδιος ο κύκλος, με τη βοήθεια της κιτρικής συνθάσης (EC4.1.3.7 - το συμπυκνωτικό ένζυμο στο σχήμα), είναι μια ενεργονική αντίδραση (με απορρόφηση ενέργειας) και η εφαρμογή της είναι δυνατή λόγω της χρήσης του πλούσιου σε ενέργεια δεσμού του ακετυλικού υπολείμματος με KoA [CH3CO~SKoA]. Αυτό είναι το κύριο στάδιο ρύθμισης ολόκληρου του κύκλου. Ακολουθεί ο ισομερισμός του κιτρικού οξέος σε ισοκιτρικό οξύ μέσω του ενδιάμεσου σταδίου του σχηματισμού του cis-ακονιτικού οξέος (το ένζυμο ακονιτάση KF4.2.1.3, έχει απόλυτη στερεοειδικότητα - ευαισθησία στη θέση του υδρογόνου). Το προϊόν περαιτέρω μετατροπής του ισοκιτρικού οξέος υπό την επίδραση της αντίστοιχης αφυδρογονάσης (ισοκιτρική αφυδρογονάση EC1.1.1.41) είναι, προφανώς, το οξαλοηλεκτρικό οξύ, η αποκαρβοξυλίωση του οποίου (το δεύτερο μόριο CO2) οδηγεί σε CH. Αυτό το στάδιο είναι επίσης εξαιρετικά ρυθμισμένο. Σύμφωνα με μια σειρά από χαρακτηριστικά (υψηλό μοριακό βάρος, σύνθετη πολυσυστατική δομή, σταδιακές αντιδράσεις, εν μέρει τα ίδια συνένζυμα κ.λπ.), η CH αφυδρογονάση (EC1.2.4.2) μοιάζει με PDGas. Τα προϊόντα της αντίδρασης είναι CO2 (τρίτη αποκαρβοξυλίωση), Η+ και ηλεκτρυλ-CoA. Σε αυτό το στάδιο, ενεργοποιείται η συνθετάση ηλεκτρυλο-CoA, που αλλιώς ονομάζεται ηλεκτροθειοκινάση (EC6.2.1.4), καταλύοντας την αναστρέψιμη αντίδραση σχηματισμού ελεύθερου ηλεκτρικού: Succinyl-CoA + Phneorg + GDP = Succinate + KoA + GTP. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, πραγματοποιείται η λεγόμενη φωσφορυλίωση υποστρώματος, δηλ. ο σχηματισμός της πλούσιας σε ενέργεια τριφωσφορικής γουανοσίνης (GTP) λόγω της διφωσφορικής γουανοσίνης (GDP) και του ανόργανου φωσφορικού άλατος (Pneorg) χρησιμοποιώντας την ενέργεια του σουκινυλ-CoA. Μετά το σχηματισμό του ηλεκτρικού, η ηλεκτρική αφυδρογονάση (EC1.3.99.1), μια φλαβοπρωτεΐνη που οδηγεί σε φουμαρικό οξύ, τίθεται σε δράση. Το FAD συνδέεται με το πρωτεϊνικό μέρος του ενζύμου και είναι η μεταβολικά ενεργή μορφή της ριβοφλαβίνης (βιταμίνη Β2). Αυτό το ένζυμο χαρακτηρίζεται επίσης από απόλυτη στερεοειδικότητα αποβολής υδρογόνου. Η φουμαράση (EC4.2.1.2) διασφαλίζει την ισορροπία μεταξύ φουμαρικού οξέος και μηλικού οξέος (επίσης στερεοειδική), και η αφυδρογονάση μηλικού οξέος (μηλική αφυδρογονάση EC1.1.1.37, η οποία χρειάζεται το συνένζυμο NAD +, είναι επίσης στερεοειδική) οδηγεί στην ολοκλήρωση του κύκλου του Krebs, δηλαδή στον σχηματισμό οξαλοξικού οξέος. Μετά από αυτό, η αντίδραση συμπύκνωσης του οξαλοξικού οξέος με το ακετυλο-CoA επαναλαμβάνεται, οδηγώντας στο σχηματισμό κιτρικού οξέος και ο κύκλος συνεχίζεται.

Η ηλεκτρική αφυδρογονάση είναι μέρος ενός πιο πολύπλοκου συμπλόκου ηλεκτρικής αφυδρογονάσης (σύμπλεγμα II) της αναπνευστικής αλυσίδας, που παρέχει αναγωγικά ισοδύναμα (NAD-H2) που σχηματίζονται κατά την αντίδραση στην αναπνευστική αλυσίδα.

Χρησιμοποιώντας το παράδειγμα της PDGase, μπορεί κανείς να εξοικειωθεί με την αρχή της καταρράκτη ρύθμισης της μεταβολικής δραστηριότητας λόγω φωσφορυλίωσης-αποφωσφορυλίωσης του αντίστοιχου ενζύμου από ειδική κινάση PDGase και φωσφατάση. Και τα δύο είναι συνδεδεμένα στο PDGase.

κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος

Υποτίθεται ότι η κατάλυση μεμονωμένων ενζυματικών αντιδράσεων πραγματοποιείται ως μέρος ενός υπερμοριακού «υπερσυμπλέγματος», του λεγόμενου «μεταβολίου». Τα πλεονεκτήματα μιας τέτοιας οργάνωσης ενζύμων είναι ότι δεν υπάρχει διάχυση συμπαραγόντων (συνένζυμα και μεταλλικά ιόντα) και υποστρωμάτων, και αυτό συμβάλλει σε έναν πιο αποτελεσματικό κύκλο.

Η ενεργειακή απόδοση των εξεταζόμενων διεργασιών είναι χαμηλή, ωστόσο, 3 mole NADH και 1 mole FADH2 που σχηματίζονται κατά την οξείδωση του πυροσταφυλικού και επακόλουθες αντιδράσεις του κύκλου Krebs είναι σημαντικά προϊόντα οξειδωτικών μετασχηματισμών. Η περαιτέρω οξείδωσή τους πραγματοποιείται από ένζυμα της αναπνευστικής αλυσίδας επίσης στα μιτοχόνδρια και σχετίζεται με φωσφορυλίωση, δηλ. ο σχηματισμός ΑΤΡ λόγω της εστεροποίησης (σχηματισμός οργανοφωσφορικών εστέρων) ορυκτών φωσφορικών. Η γλυκόλυση, η ενζυματική δράση της PDGase και ο κύκλος του Krebs - συνολικά 19 αντιδράσεις - καθορίζουν την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης σε 6 μόρια CO2 με το σχηματισμό 38 μορίων ATP - αυτό το «ενεργειακό νόμισμα» ανταλλαγής του κυττάρου. Η διαδικασία οξείδωσης των NADH και FADH2 από τα ένζυμα της αναπνευστικής αλυσίδας είναι ενεργειακά πολύ αποτελεσματική, συμβαίνει με τη χρήση ατμοσφαιρικού οξυγόνου, οδηγεί στο σχηματισμό νερού και χρησιμεύει ως η κύρια πηγή ενέργειας των κυττάρων (πάνω από 90%). Ωστόσο, τα ένζυμα του κύκλου Krebs δεν εμπλέκονται στην άμεση εφαρμογή του. Κάθε ανθρώπινο κύτταρο έχει από 100 έως 1000 μιτοχόνδρια που παρέχουν ενέργεια για τη ζωή.

Η λειτουργία ενσωμάτωσης του κύκλου Krebs στο μεταβολισμό βασίζεται στο γεγονός ότι οι υδατάνθρακες, τα λίπη και τα αμινοξέα από πρωτεΐνες μπορούν τελικά να μετατραπούν σε ενδιάμεσα (ενδιάμεσες ενώσεις) αυτού του κύκλου ή να συντεθούν από αυτά. Η απομάκρυνση των ενδιάμεσων από τον κύκλο κατά τον αναβολισμό πρέπει να συνδυαστεί με τη συνέχιση της καταβολικής δραστηριότητας του κύκλου για τον σταθερό σχηματισμό του ΑΤΡ, το οποίο είναι απαραίτητο για τη βιοσύνθεση. Έτσι, ο βρόχος πρέπει να εκτελεί δύο λειτουργίες ταυτόχρονα. Σε αυτή την περίπτωση, η συγκέντρωση των ενδιάμεσων (ειδικά της ΟΑ) μπορεί να μειωθεί, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε επικίνδυνη μείωση της παραγωγής ενέργειας. Για την πρόληψη χρησιμοποιούνται «βαλβίδες ασφαλείας» που ονομάζονται αναπλερωτικές αντιδράσεις (από το ελληνικό «να γεμίσω»). Η πιο σημαντική αντίδραση είναι η σύνθεση ΟΑ από πυροσταφυλικό, που πραγματοποιείται από πυροσταφυλική καρβοξυλάση (EC6.4.1.1), επίσης εντοπισμένη στα μιτοχόνδρια. Ως αποτέλεσμα, συσσωρεύεται μεγάλη ποσότητα ΟΑ, η οποία εξασφαλίζει τη σύνθεση κιτρικών και άλλων ενδιάμεσων, η οποία επιτρέπει στον κύκλο του Krebs να λειτουργεί κανονικά και, ταυτόχρονα, εξασφαλίζει την απέκκριση των ενδιάμεσων στο κυτταρόπλασμα για επακόλουθη βιοσύνθεση. Έτσι, στο επίπεδο του κύκλου του Krebs, λαμβάνει χώρα μια αποτελεσματικά συντονισμένη ενοποίηση των διαδικασιών του αναβολισμού και του καταβολισμού υπό την επίδραση πολυάριθμων και λεπτών ρυθμιστικών μηχανισμών, συμπεριλαμβανομένων των ορμονικών.

Υπό αναερόβιες συνθήκες, αντί του κύκλου Krebs, ο οξειδωτικός κλάδος του λειτουργεί μέχρι KG (αντιδράσεις 1, 2, 3) και ο κλάδος αναγωγής, από ΟΑ στο ηλεκτρικό (αντιδράσεις 8®7®6). Ταυτόχρονα, πολλή ενέργεια δεν αποθηκεύεται και ο κύκλος παρέχει μόνο ενδιάμεσα για κυτταρικές συνθέσεις.

Όταν το σώμα περνά από την ανάπαυση στη δραστηριότητα, υπάρχει ανάγκη κινητοποίησης ενέργειας και μεταβολικών διεργασιών. Αυτό, ειδικότερα, επιτυγχάνεται στα ζώα με τη διαφυγή των πιο αργών αντιδράσεων (1–3) και την προτιμώμενη οξείδωση του ηλεκτρικού. Στην περίπτωση αυτή, το CG, το αρχικό υπόστρωμα του συντομευμένου κύκλου Krebs, σχηματίζεται στην αντίδραση της ταχείας τρανσαμίνωσης (μεταφορά της ομάδας αμίνης)

Γλουταμινικό + ΟΑ = KG + ασπαρτικό

Μια άλλη τροποποίηση του κύκλου του Krebs (η λεγόμενη 4-αμινοβουτυρική παροχέτευση) είναι η μετατροπή της CG σε ηλεκτρικό μέσω γλουταμινικού, 4-αμινοβουτυρικού και ηλεκτρικού ημιαλδεΰδης (3-φορμυλοπροπιονικό οξύ). Αυτή η τροποποίηση είναι σημαντική στον εγκεφαλικό ιστό, όπου περίπου το 10% της γλυκόζης διασπάται μέσω αυτής της οδού.

Η στενή συσχέτιση του κύκλου του Krebs με την αναπνευστική αλυσίδα, ειδικά στα μιτοχόνδρια των ζώων, καθώς και η αναστολή των περισσότερων ενζύμων του κύκλου υπό τη δράση του ΑΤΡ, προκαθορίζουν μια μείωση στη δραστηριότητα του κύκλου σε υψηλό δυναμικό φωσφορυλίου του κυττάρου, δηλ. σε υψηλή αναλογία συγκεντρώσεων ATP/ADP. Στα περισσότερα φυτά, βακτήρια και πολλούς μύκητες, η στενή σύζευξη ξεπερνιέται με την ανάπτυξη μη συζευγμένων εναλλακτικών οδών οξείδωσης, που επιτρέπουν τόσο η αναπνευστική δραστηριότητα όσο και η δραστηριότητα του κύκλου να διατηρούνται σε υψηλό επίπεδο ακόμη και σε υψηλό δυναμικό φωσφορυλίου.

Ιγκόρ Ραπάνοβιτς

κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος

προηγούμενος

← 1 2 3 επόμενο

Βιβλιογραφία

Strayer L. Βιοχημεία. Ανά. από τα Αγγλικά. Μ., Μιρ, 1985

Bohinski R. Σύγχρονες απόψεις στη βιοχημεία. Μετάφραση από τα αγγλικά, M., Mir, 1987

Knorre D.G., Myzina S.D. Βιολογική χημεία. Μ., Ανώτατο Σχολείο, 2003

Kolman J., Rem K.-G. Οπτική βιοχημεία. Μ., Μιρ, 2004

Όλοι γνωρίζουν ότι για να λειτουργήσει σωστά, το σώμα χρειάζεται μια τακτική πρόσληψη μιας σειράς θρεπτικών συστατικών που απαιτούνται για έναν υγιή μεταβολισμό και, κατά συνέπεια, την ισορροπία των διαδικασιών παραγωγής και δαπάνης ενέργειας. Η διαδικασία παραγωγής ενέργειας, όπως γνωρίζετε, λαμβάνει χώρα στα μιτοχόνδρια, τα οποία, χάρη σε αυτό το χαρακτηριστικό, ονομάζονται ενεργειακά κέντρα των κυττάρων. Και η ακολουθία των χημικών αντιδράσεων που σας επιτρέπει να λαμβάνετε ενέργεια για το έργο κάθε κυττάρου του σώματος ονομάζεται κύκλος Krebs.

Ο κύκλος του Krebs - θαύματα που συμβαίνουν στα μιτοχόνδρια

Η ενέργεια που λαμβάνεται μέσω του κύκλου Krebs (επίσης TCA - ο κύκλος των τρικαρβοξυλικών οξέων) πηγαίνει στις ανάγκες μεμονωμένων κυττάρων, τα οποία με τη σειρά τους αποτελούν διάφορους ιστούς και, κατά συνέπεια, όργανα και συστήματα του σώματός μας. Δεδομένου ότι το σώμα απλά δεν μπορεί να υπάρξει χωρίς ενέργεια, τα μιτοχόνδρια εργάζονται συνεχώς για να τροφοδοτούν συνεχώς τα κύτταρα με την ενέργεια που χρειάζονται.

Τριφωσφορική αδενοσίνη (ATP) - αυτή η ένωση είναι μια καθολική πηγή ενέργειας που είναι απαραίτητη για τη ροή όλων των βιοχημικών διεργασιών στο σώμα μας.

Το TCA είναι η κεντρική μεταβολική οδός, ως αποτέλεσμα της οποίας ολοκληρώνεται η οξείδωση των μεταβολιτών:

• λιπαρά οξέα;
• αμινοξέα;
• μονοσακχαρίτες.

Στη διαδικασία της αερόβιας διάσπασης, αυτά τα βιομόρια διασπώνται σε μικρότερα μόρια που χρησιμοποιούνται για ενέργεια ή για σύνθεση νέων μορίων.

Ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος αποτελείται από 8 στάδια, δηλ. αντιδράσεις:

1. Σχηματισμός κιτρικού οξέος:

2. Σχηματισμός ισοκιτρικού οξέος:

3. Αφυδρογόνωση και άμεση αποκαρβοξυλίωση του ισοκιτρικού οξέος.

4. Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση α-κετογλουταρικού οξέος

5. Φωσφορυλίωση υποστρώματος

6. Αφυδρογόνωση ηλεκτρικού οξέος με ηλεκτρική αφυδρογονάση

7. Σχηματισμός μηλικού οξέος από το ένζυμο φουμαράση

8. Σχηματισμός οξαλοξικού

Έτσι, μετά την ολοκλήρωση των αντιδράσεων που συνθέτουν τον κύκλο του Krebs:

• ένα μόριο ακετυλο-CoA (που σχηματίζεται ως αποτέλεσμα της διάσπασης της γλυκόζης) οξειδώνεται σε δύο μόρια διοξειδίου του άνθρακα.
• τρία μόρια NAD μειώνονται σε NADH.
• ένα μόριο FAD ανάγεται σε FADH 2 .
• παράγεται ένα μόριο GTP (ισοδύναμο με ATP).

Τα μόρια NADH και FADH 2 δρουν ως φορείς ηλεκτρονίων και χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία ATP στο επόμενο βήμα του μεταβολισμού της γλυκόζης, την οξειδωτική φωσφορυλίωση.

Λειτουργίες του κύκλου του Krebs:

• καταβολική (οξείδωση υπολειμμάτων ακετυλίου των μορίων καυσίμου σε τελικά προϊόντα του μεταβολισμού).
• αναβολικά (υποστρώματα του κύκλου Krebs - η βάση για τη σύνθεση μορίων, συμπεριλαμβανομένων των αμινοξέων και της γλυκόζης).
• ολοκληρωμένη (CTK - σύνδεση μεταξύ αναβολικών και καταβολικών αντιδράσεων).
• δότης υδρογόνου (παροχή 3 NADH.H + και 1 FADH 2 στην αναπνευστική αλυσίδα των μιτοχονδρίων).
• ενέργεια.

Η έλλειψη στοιχείων που είναι απαραίτητα για την κανονική πορεία του κύκλου του Krebs μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρά προβλήματα στο σώμα που σχετίζονται με την έλλειψη ενέργειας.

Λόγω της μεταβολικής ευελιξίας, το σώμα μπορεί να χρησιμοποιεί όχι μόνο γλυκόζη ως πηγή ενέργειας, αλλά και λίπη, η διάσπαση των οποίων δίνει επίσης μόρια που σχηματίζουν πυροσταφυλικό οξύ (που εμπλέκονται στον κύκλο του Krebs). Έτσι, το CTC που ρέει σωστά παρέχει ενέργεια και δομικά στοιχεία για το σχηματισμό νέων μορίων.

Κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs)

Η γλυκόλυση μετατρέπει τη γλυκόζη σε πυροσταφυλικό και παράγει δύο μόρια ATP από ένα μόριο γλυκόζης - αυτό είναι ένα μικρό κλάσμα της δυναμικής ενέργειας αυτού του μορίου.

Υπό αερόβιες συνθήκες, το πυροσταφυλικό μετατρέπεται από γλυκόλυση σε ακετυλο-CoA και οξειδώνεται σε CO 2 στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος κιτρικού οξέος). Σε αυτή την περίπτωση, τα ηλεκτρόνια που απελευθερώνονται στις αντιδράσεις αυτού του κύκλου περνούν το NADH και το FADH 2 έως 0 2 - τον τελικό δέκτη. Η ηλεκτρονική μεταφορά σχετίζεται με τη δημιουργία μιας βαθμίδας πρωτονίων της μιτοχονδριακής μεμβράνης, η ενέργεια της οποίας χρησιμοποιείται στη συνέχεια για τη σύνθεση ATP ως αποτέλεσμα της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης. Ας ρίξουμε μια ματιά σε αυτές τις αντιδράσεις.

Υπό αερόβιες συνθήκες, το πυροσταφυλικό οξύ (στάδιο 1) υφίσταται οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση, η οποία είναι πιο αποτελεσματική από τη μετατροπή σε γαλακτικό οξύ, με το σχηματισμό ακετυλο-CoA (στάδιο 2), το οποίο μπορεί να οξειδωθεί στα τελικά προϊόντα της διάσπασης της γλυκόζης - CO 2 και H 2 0 (3ο στάδιο). Ο G. Krebs (1900-1981), Γερμανός βιοχημικός, έχοντας μελετήσει την οξείδωση μεμονωμένων οργανικών οξέων, συνδύασε τις αντιδράσεις τους σε έναν μόνο κύκλο. Ως εκ τούτου, ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος ονομάζεται συχνά κύκλος του Krebs προς τιμήν του.

Η οξείδωση του πυροσταφυλικού οξέος σε ακετυλο-CoA συμβαίνει στα μιτοχόνδρια με τη συμμετοχή τριών ενζύμων (πυροσταφυλική αφυδρογονάση, λιποαμιδική αφυδρογονάση, λιπουλακετυλοτρανσφεράση) και πέντε συνενζύμων (NAD, FAD, πυροφωσφορική θειαμίνη, αμίδιο λιποϊκού οξέος, συνένζυμο). Αυτά τα τέσσερα συνένζυμα περιέχουν βιταμίνες του συμπλέγματος Β (B x, B 2 , B 3 , B 5), γεγονός που υποδεικνύει την ανάγκη αυτών των βιταμινών για τη φυσιολογική οξείδωση των υδατανθράκων. Υπό την επίδραση αυτού του πολύπλοκου συστήματος ενζύμων, το πυροσταφυλικό στην αντίδραση οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης μετατρέπεται στη δραστική μορφή του οξικού οξέος - ακετυλοσυνένζυμο Α:

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η πυροσταφυλική αφυδρογονάση είναι ένα αποκλειστικά μη αναστρέψιμο ένζυμο, γεγονός που εξηγεί την αδυναμία μετατροπής των λιπαρών οξέων σε υδατάνθρακες.

Η παρουσία ενός μακροεργικού δεσμού στο μόριο ακετυλο-CoA υποδηλώνει την υψηλή αντιδραστικότητα αυτής της ένωσης. Συγκεκριμένα, το ακετυλο-CoA μπορεί να δράσει στα μιτοχόνδρια για να παράγει ενέργεια· στο ήπαρ, η περίσσεια ακετυλ-CoA χρησιμοποιείται για τη σύνθεση κετονικών σωμάτων· στο κυτταρόπλασμα, εμπλέκεται στη σύνθεση πολύπλοκων μορίων όπως τα στερίδια και τα λιπαρά οξέα .

Το ακετυλο-CoA που λαμβάνεται στην αντίδραση της οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης του πυροσταφυλικού οξέος εισέρχεται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος (κύκλος Krebs). Ο κύκλος του Krebs - η τελική καταβολική οδός για την οξείδωση υδατανθράκων, λιπών, αμινοξέων, είναι ουσιαστικά ένας «μεταβολικός λέβητας». Οι αντιδράσεις του κύκλου του Krebs, που λαμβάνουν χώρα αποκλειστικά στα μιτοχόνδρια, ονομάζονται επίσης κύκλος κιτρικού οξέος ή κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA).

Μία από τις πιο σημαντικές λειτουργίες του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος είναι η δημιουργία ανηγμένων συνενζύμων (3 μόρια NADH + H + και 1 μόριο FADH 2) που ακολουθείται από τη μεταφορά ατόμων υδρογόνου ή των ηλεκτρονίων τους στον τελικό δέκτη, το μοριακό οξυγόνο. Αυτή η μεταφορά συνοδεύεται από μεγάλη μείωση της ελεύθερης ενέργειας, μέρος της οποίας χρησιμοποιείται στη διαδικασία της οξειδωτικής φωσφορυλίωσης για αποθήκευση με τη μορφή ATP. Εννοείται ότι ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος είναι αερόβιος, εξαρτάται από το οξυγόνο.

1. Η αρχική αντίδραση του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος είναι η συμπύκνωση του ακετυλο-CoA και του οξαλοξικού οξέος με τη συμμετοχή του ενζύμου κιτρικής συνθάσης της μιτοχονδριακής μήτρας για να σχηματιστεί κιτρικό οξύ.

2. Υπό την επίδραση του ενζύμου ακονιτάση, που καταλύει την απομάκρυνση ενός μορίου νερού από το κιτρικό, το τελευταίο μετατρέπεται

σε cis-ακονιτικό οξύ. Το νερό ενώνεται με το cis-ακονιτικό οξύ και μετατρέπεται σε ισοκιτρικό οξύ.

3. Στη συνέχεια το ένζυμο ισοκιτρική αφυδρογονάση καταλύει την πρώτη αντίδραση αφυδρογονάσης του κύκλου του κιτρικού οξέος, όταν το ισοκιτρικό οξύ μετατρέπεται σε α-κετογλουταρικό οξύ σε αντιδράσεις οξειδωτικής αποκαρβοξυλίωσης:

Σε αυτή την αντίδραση, σχηματίζεται το πρώτο μόριο CO 2 και το πρώτο μόριο του κύκλου NADH 4- H +.

4. Περαιτέρω μετατροπή του α-κετογλουταρικού οξέος σε ηλεκτρυλ-CoA καταλύεται από το πολυενζυμικό σύμπλοκο της α-κετογλουταρικής αφυδρογονάσης. Αυτή η αντίδραση είναι χημικά ανάλογη με την αντίδραση πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης. Περιλαμβάνει λιποϊκό οξύ, πυροφωσφορική θειαμίνη, HS-KoA, NAD +, FAD.

Ως αποτέλεσμα αυτής της αντίδρασης, σχηματίζεται και πάλι το μόριο NADH + H + και CO 2.

5. Το μόριο succinyl-CoA έχει μακροεργικό δεσμό, η ενέργεια του οποίου αποθηκεύεται στην επόμενη αντίδραση με τη μορφή GTP. Υπό την επίδραση του ενζύμου succinyl-CoA συνθετάση, succinyl-CoA μετατρέπεται σε ελεύθερο ηλεκτρικό οξύ. Σημειώστε ότι το ηλεκτρικό οξύ μπορεί επίσης να ληφθεί από το μεθυλομαλονυλο-CoA με οξείδωση λιπαρών οξέων με περιττό αριθμό ατόμων άνθρακα.

Αυτή η αντίδραση είναι ένα παράδειγμα φωσφορυλίωσης υποστρώματος, αφού το υψηλής ενέργειας μόριο GTP σε αυτή την περίπτωση σχηματίζεται χωρίς τη συμμετοχή της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων και οξυγόνου.

6. Το ηλεκτρικό οξύ οξειδώνεται σε φουμαρικό οξύ στην αντίδραση ηλεκτρικής αφυδρογονάσης. Η ηλεκτρική αφυδρογονάση, ένα τυπικό ένζυμο που περιέχει σίδηρο-θείο του οποίου το συνένζυμο είναι το FAD. Η ηλεκτρική αφυδρογονάση είναι το μόνο ένζυμο που στερεώνεται στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη, ενώ όλα τα άλλα ένζυμα του κύκλου βρίσκονται στη μιτοχονδριακή μήτρα.

7. Ακολουθεί η ενυδάτωση του φουμαρικού οξέος σε μηλικό οξύ υπό την επίδραση του ενζύμου φουμαράσης σε μια αναστρέψιμη αντίδραση υπό φυσιολογικές συνθήκες:

8. Η τελική αντίδραση του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος είναι η αντίδραση μηλικής αφυδρογονάσης που περιλαμβάνει το ενεργό ένζυμο της μιτοχονδριακής μηλικής αφυδρογονάσης που εξαρτάται από NAD~, στην οποία σχηματίζεται το τρίτο μόριο ανηγμένου NADH + H +:

Ο σχηματισμός του οξαλοξικού οξέος (οξαλοξικό) ολοκληρώνει μια στροφή του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος. Το οξαλοξικό οξύ μπορεί να χρησιμοποιηθεί στην οξείδωση του δεύτερου μορίου ακετυλο-CoA και αυτός ο κύκλος αντιδράσεων μπορεί να επαναληφθεί πολλές φορές, οδηγώντας συνεχώς στην παραγωγή οξαλοξικού οξέος.

Έτσι, η οξείδωση ενός μορίου ακετυλο-CoA ως υποστρώματος κύκλου στον κύκλο TCA οδηγεί στην παραγωγή ενός μορίου GTP, τριών μορίων NADP + H + και ενός μορίου FADH 2. Η οξείδωση αυτών των αναγωγικών παραγόντων στη βιολογική αλυσίδα οξείδωσης

ιόν οδηγεί στη σύνθεση 12 μορίων ATP. Αυτός ο υπολογισμός είναι σαφής από το θέμα "Βιολογική οξείδωση": η συμπερίληψη ενός μορίου NAD + στο σύστημα μεταφοράς ηλεκτρονίων συνοδεύεται τελικά από το σχηματισμό 3 μορίων ATP, η συμπερίληψη ενός μορίου FADH 2 παρέχει το σχηματισμό 2 μορίων ATP, και ένα μόριο GTP ισοδυναμεί με 1 μόριο ATP.

Σημειώστε ότι δύο άτομα άνθρακα αδετύλ-CoA εισέρχονται στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος και δύο άτομα άνθρακα εγκαταλείπουν τον κύκλο με τη μορφή CO 2 σε αντιδράσεις αποκαρβοξυλίωσης που καταλύονται από ισοσιτρική αφυδρογονάση και άλφα-κετογλουταρική αφυδρογονάση.

Με την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης υπό αερόβιες συνθήκες σε CO 2 και H 2 0, ο σχηματισμός ενέργειας με τη μορφή ATP είναι:

• 4 μόρια ATP κατά τη μετατροπή ενός μορίου γλυκόζης σε 2 μόρια πυροσταφυλικού οξέος (γλυκόλυση).
• 6 μόρια ATP που σχηματίστηκαν στην αντίδραση αφυδρογονάσης 3-φωσφογλυκεραλδεΰδης (γλυκόλυση).
• 30 μόρια ATP σχηματίστηκαν κατά την οξείδωση δύο μορίων πυροσταφυλικού οξέος στην αντίδραση πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης και στους επόμενους μετασχηματισμούς δύο μορίων ακετυλο-CoA σε CO 2 και H 2 0 στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος. Επομένως, η συνολική παραγωγή ενέργειας κατά την πλήρη οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης μπορεί να είναι 40 μόρια ATP. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι κατά την οξείδωση της γλυκόζης στο στάδιο της μετατροπής της γλυκόζης σε 6-φωσφορική γλυκόζη και στο στάδιο της μετατροπής της φρουκτόζης-6-φωσφορικής σε φρουκτόζη-1,6-διφωσφορική, δύο μόρια ATP καταναλώνεται. Επομένως, η «καθαρή» παραγωγή ενέργειας κατά την οξείδωση ενός μορίου γλυκόζης είναι 38 μόρια ATP.

Μπορείτε να συγκρίνετε την ενέργεια της αναερόβιας γλυκόλυσης και του αερόβιου καταβολισμού γλυκόζης. Από τις 688 kcal ενέργειας που θεωρητικά περιέχονται σε 1 γραμμάριο μόριο γλυκόζης (180 g), 20 kcal βρίσκονται σε δύο μόρια ATP που σχηματίζονται στις αντιδράσεις της αναερόβιας γλυκόλυσης και 628 kcal θεωρητικά παραμένουν με τη μορφή γαλακτικού οξέος.

Υπό αερόβιες συνθήκες, από 688 kcal ενός γραμμαρίου-μορίου γλυκόζης σε 38 μόρια ATP, ελήφθησαν 380 kcal. Έτσι, η αποτελεσματικότητα της χρήσης γλυκόζης υπό αερόβιες συνθήκες είναι περίπου 19 φορές υψηλότερη από ό,τι στην αναερόβια γλυκόλυση.

Πρέπει να σημειωθεί ότι όλες οι αντιδράσεις οξείδωσης (οξείδωση φωσφορικής τριόζης, πυροσταφυλικό οξύ, τέσσερις αντιδράσεις οξείδωσης του κύκλου τρικαρβοξυλικού οξέος) συναγωνίζονται στη σύνθεση του ATP από το ADP και το Phneor (φαινόμενο Pasteur). Αυτό σημαίνει ότι το προκύπτον μόριο NADH + H + στις αντιδράσεις οξείδωσης έχει μια επιλογή μεταξύ των αντιδράσεων του αναπνευστικού συστήματος, που μεταφέρει το υδρογόνο σε οξυγόνο, και του ενζύμου LDH, το οποίο μεταφέρει το υδρογόνο στο πυροσταφυλικό οξύ.

Στα πρώτα στάδια του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος, τα οξέα του μπορούν να εγκαταλείψουν τον κύκλο για να συμμετάσχουν στη σύνθεση άλλων κυτταρικών ενώσεων χωρίς να διαταράξουν τη λειτουργία του ίδιου του κύκλου. Διάφοροι παράγοντες εμπλέκονται στη ρύθμιση της δραστηριότητας του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος. Μεταξύ αυτών, πρώτα απ 'όλα, θα πρέπει να αναφέρουμε την πρόσληψη μορίων ακετυλο-CoA, τη δραστηριότητα του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης, τη δραστηριότητα των συστατικών της αναπνευστικής αλυσίδας και την οξειδωτική φωσφορυλίωση που σχετίζεται με αυτήν, καθώς και το επίπεδο οξαλοξικής οξύ.

Το μοριακό οξυγόνο δεν εμπλέκεται άμεσα στον κύκλο του τρικαρβοξυλικού οξέος, ωστόσο, οι αντιδράσεις του πραγματοποιούνται μόνο υπό αερόβιες συνθήκες, καθώς το NAD ~ και το FAD μπορούν να αναγεννηθούν στα μιτοχόνδρια μόνο όταν τα ηλεκτρόνια μεταφέρονται στο μοριακό οξυγόνο. Πρέπει να τονιστεί ότι η γλυκόλυση, σε αντίθεση με τον κύκλο των τρικαρβοξυλικών οξέων, είναι επίσης δυνατή υπό αναερόβιες συνθήκες, αφού το NAD ~ αναγεννάται όταν το πυροσταφυλικό οξύ περνά στο γαλακτικό οξύ.

Εκτός από το σχηματισμό του ATP, ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος έχει μια άλλη σημαντική σημασία: ο κύκλος παρέχει ενδιάμεσες δομές για διάφορες βιοσύνθεση του σώματος. Για παράδειγμα, τα περισσότερα άτομα πορφυρίνης προέρχονται από ηλεκτρυλ-CoA, πολλά αμινοξέα είναι παράγωγα α-κετο-γλουταρικού και οξαλο-οξικού οξέος και το φουμαρικό οξύ εμφανίζεται κατά τη σύνθεση της ουρίας. Αυτό φανερώνει την ακεραιότητα του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος στο μεταβολισμό των υδατανθράκων, των λιπών και των πρωτεϊνών.

Όπως φαίνεται από τις αντιδράσεις της γλυκόλυσης, η ικανότητα των περισσότερων κυττάρων να παράγουν ενέργεια βρίσκεται στα μιτοχόνδριά τους. Ο αριθμός των μιτοχονδρίων σε διάφορους ιστούς σχετίζεται με τις φυσιολογικές λειτουργίες των ιστών και αντανακλά την ικανότητά τους να συμμετέχουν σε αερόβιες συνθήκες. Για παράδειγμα, τα ερυθρά αιμοσφαίρια δεν έχουν μιτοχόνδρια και επομένως δεν έχουν την ικανότητα να παράγουν ενέργεια χρησιμοποιώντας το οξυγόνο ως τελικό δέκτη ηλεκτρονίων. Ωστόσο, στον καρδιακό μυ που λειτουργεί υπό αερόβιες συνθήκες, ο μισός όγκος του κυτταροπλάσματος αντιπροσωπεύεται από μιτοχόνδρια. Το ήπαρ εξαρτάται επίσης από τις αερόβιες συνθήκες για τις διάφορες λειτουργίες του και τα ηπατοκύτταρα των θηλαστικών περιέχουν έως και 2.000 μιτοχόνδρια ανά κύτταρο.

Τα μιτοχόνδρια περιλαμβάνουν δύο μεμβράνες - την εξωτερική και την εσωτερική. Η εξωτερική μεμβράνη είναι απλούστερη, αποτελείται από 50% λίπος και 50% πρωτεΐνη, και έχει σχετικά λίγες λειτουργίες. Η εσωτερική μεμβράνη είναι δομικά και λειτουργικά πιο περίπλοκη. Περίπου το 80% του όγκου του είναι πρωτεΐνες. Περιέχει τα περισσότερα από τα ένζυμα που εμπλέκονται στη μεταφορά ηλεκτρονίων και την οξειδωτική φωσφορυλίωση, μεταβολικούς μεσολαβητές και νουκλεοτίδια αδενίνης μεταξύ του κυτοσόλης και της μιτοχονδριακής μήτρας.

Διάφορα νουκλεοτίδια που εμπλέκονται σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, όπως τα NAD + , NADH, NADP + , FAD και FADH 2 δεν διεισδύουν στην εσωτερική μιτοχονδριακή μεμβράνη. Το Acetyl-CoA δεν μπορεί να μετακινηθεί από το μιτοχονδριακό διαμέρισμα στο κυτταρόπλασμα, όπου απαιτείται για τη σύνθεση λιπαρών οξέων ή στερολών. Επομένως, το ενδομιτοχονδριακό ακετυλο-CoA μετατρέπεται στην αντίδραση κιτρικού-συνθάσης του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος και εισέρχεται στο κυτοσόλιο με αυτή τη μορφή.

Το TCA είναι το τελικό στάδιο στον καταβολισμό υδατανθράκων, λιπιδίων και πρωτεϊνών, κατά το οποίο το υπόλειμμα ακετυλίου δύο άνθρακα αποσυντίθεται σε 2 μόρια διοξειδίου του άνθρακα.

1. Η αρχική αντίδραση είναι η συμπύκνωση των μορίων ακετυλίου και οξαλοξικού άλατος για να σχηματιστεί κιτρικό οξύ (κιτρικό)

Ενζυμο: κιτρική συνθετάση.Ο ρυθμός αντίδρασης εξαρτάται από την ποσότητα του οξαλοξικού, το οποίο είναι και υπόστρωμα και αλλοστερικός ενεργοποιητής για την κιτρική συνθάση.

2. Μετατροπή κιτρικού οξέος σε ισοκιτρικό οξύ (κιτρικό σε ισοκιτρικό). Η αντίδραση προχωρά σε δύο στάδια με το σχηματισμό ενός ενδιάμεσου προϊόντος, του cis-ακονιτικού οξέος.

Ενζυμο: ακονιτάση.Υπό κυτταρικές συνθήκες, η ισορροπία στο σύστημα αυτών των δύο αντιδράσεων μετατοπίζεται προς το σχηματισμό του ισοκιτρικού, λόγω της συνεχούς απώλειας του στην επακόλουθη αντίδραση.

3. Οξείδωση (αφυδρογόνωση) ισοκιτρικού οξέος (ισοκιτρικό). Αυτή είναι η πρώτη αντίδραση αφυδρογόνωσης στο CTC, το οποίο χρησιμεύει ως πιθανή πηγή ενέργειας. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, αφαιρείται το πρώτο μόριο διοξειδίου του άνθρακα.

Ενζυμο : ισοκιτρική αφυδρογονάση. Περιέχει NAD + ως συνένζυμο. Αυτό είναι το κύριο ρυθμιστικό ένζυμο του κύκλου, οι τελεστές του: ενεργοποιητής - NAD +, αναστολέας - NADH.

Δεδομένου ότι τα αρχικά ενδιάμεσα προϊόντα της υπό μελέτη διεργασίας είναι τα τρικαρβοξυλικά οξέα, ονομάζεται κύκλος τρικαρβοξυλικού οξέος και σύμφωνα με τον ερευνητή κύκλος του Krebs.

4. Οξειδωτική αποκαρβοξυλίωση α-κετογλουταρικού οξέος. Αυτή είναι η δεύτερη αντίδραση αφυδρογόνωσης στο CTC και η δεύτερη αντίδραση που συνοδεύεται από το σχηματισμό του τελικού προϊόντος - CO 2 . Η ισορροπία σε αυτή την αντίδραση μετατοπίζεται τόσο προς τα δεξιά που μπορεί να θεωρηθεί φυσιολογικά μη αναστρέψιμη.

Ενζυμο:πολυενζυμικό σύμπλεγμα α- κετογλουταρική αφυδρογονάση. Το σύμπλεγμα περιλαμβάνει 3 ένζυμα:

1. α-κετογλουταρική αποκαρβοξυλάση

2. τρανσακυλάση

3. διυδρολιποϋλ αφυδρογονάση

Το σύμπλεγμα περιλαμβάνει 5 συνένζυμα: TDP, λιποϊκό οξύ, HS-CoA, FAD, NAD +.

5. Αντίδραση της φωσφορυλίωσης του υποστρώματος III

Αυτή η αντίδραση σχετίζεται με το σχηματισμό ΑΤΡ.

Ενζυμο: ηλεκτροθειοκινάση.

φωσφορυλίωση υποστρώματοςαυτός είναι ένας τρόπος σύνθεσης ATP ή GTP λόγω της ενέργειας των μακροεργικών μορίων. Ο βιολογικός ρόλος της διαδικασίας είναι η ταχεία παραγωγή ΑΤΡ στο κύτταρο χωρίς την κατανάλωση οξυγόνου.

6. Οξείδωση ηλεκτρικού οξέος (ηλεκτρικό). 3η αντίδραση αφυδρογόνωσης.

Ενζυμο:ηλεκτρική αφυδρογονάση.Περιέχει FAD ως συνένζυμο. Αυτό είναι το μόνο ένζυμο TCA που δεν βρίσκεται στο διαλυτό τμήμα της μήτρας, αλλά σχετίζεται με την εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων. Το μηλονικό οξύ, ένα δομικό ανάλογο του ηλεκτρικού οξέος, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ανταγωνιστικός αναστολέας αυτού του ενζύμου.

7. Σχηματισμός μηλικού οξέος (μηλικό)

Ενζυμο: φουμαράση.Αυτό το ένζυμο έχει στερεοχημική ειδικότητα και είναι ικανό να προσθέτει νερό στον διπλό δεσμό μόνο στη διαμόρφωση trans.

8. Οξείδωση μηλικού οξέος (μηλικό) - 4η αντίδραση αφυδρογόνωσης.

Ενζυμο: μηλική αφυδρογονάση.Περιέχει NAD + ως συνένζυμο.

Το οξαλοξικό που σχηματίζεται κατά τις αντιδράσεις είναι επίσης το αρχικό υπόστρωμα, το οποίο κάνει τη διαδικασία κυκλική.

Ο βιολογικός ρόλος του κύκλου του Krebs :

Το TCA είναι η κεντρική μεταβολική οδός που σχετίζεται με τον μετασχηματισμό όλων των άλλων κατηγοριών βιομορίων. Εκτελεί δύο κύριες λειτουργίες

1. ενεργειακή λειτουργία. Η TCA είναι ο κύριος προμηθευτής υδρογόνων στη σύνθεση των NADH και FADH 2 στην αναπνευστική αλυσίδα. Στη συνέχεια, το e που περιέχεται σε αυτά τα υδρογόνα μεταφέρεται με τη συμμετοχή ενζύμων της αναπνευστικής αλυσίδας στο οξυγόνο με το σχηματισμό του τελικού προϊόντος οξείδωσης - νερού, και η ενέργεια που απελευθερώνεται σε αυτή την περίπτωση χρησιμοποιείται για τη σύνθεση του ATP. Το TCA είναι μια αερόβια διαδικασία που απαιτεί τη συνεχή συμμετοχή οξυγόνου. Απουσία οξυγόνου, οι ανηγμένες μορφές NADH και FADH συσσωρεύονται και, ως αποτέλεσμα, οι αντιδράσεις αφυδρογόνωσης του κύκλου TCA αναστέλλονται.

Επιπλέον, κατά τις αντιδράσεις TCA, σχηματίζεται 1 mol GTP στην αντίδραση φωσφορυλίωσης του υποστρώματος.

2. Αμφιβολική λειτουργία.

Υπό αμφιβολική λειτουργία του κύκλου του Krebsκατανοούν τη χρήση των ενδιάμεσων (ενδιάμεσων προϊόντων) του κύκλου για τη σύνθεση άλλων μορίων. Για παράδειγμα, το succinyl-CoA είναι η αρχική ένωση στη σύνθεση της αίμης. α-κετογλουταρικό - αμινοξέα (γλουταμινικό, γλουταμίνη, προλίνη, ιστιδίνη).

Η χρήση ενδιάμεσων προϊόντων του κύκλου Krebs για συνθετικές διεργασίες οδηγεί σε μείωση του επιπέδου του οξαλοξικού στα μιτοχόνδρια, αναστολή του κύκλου και διαταραχή του ενεργειακού μεταβολισμού. Για να μην συμβεί αυτό, υπάρχουν αντιδράσεις στα μιτοχόνδρια που αναπληρώνουν το ταμείο του οξαλοξικού άλατος.

Οι αντιδράσεις που αναπληρώνουν την παροχή οξαλοξικού στα μιτοχόνδρια ονομάζονται αναπλερωτικό.

1. Καρβοξυλίωση πυροσταφυλικού:

Ενζυμο:πυροσταφυλική καρβοξυλάση

2. Τρανσαμίνωση ασπαρτικού οξέος:

Ασπαρτικό + οξαλοξικό a-KG + γλουταμικό

Ενζυμο: ασπαρτική αμινοτρανσφεράση.

ρύθμιση του κύκλου του Krebs.

Η ρύθμιση πραγματοποιείται με δύο μηχανισμούς:

1. Φωσφορυλίωση-αποφωσφορυλίωση. Με υψηλό επίπεδο ATP στα μιτοχόνδρια, εμφανίζεται φωσφορυλίωση του 1ου ενζύμου - κιτρική συνθετάσηκαι ο ρυθμός των αντιδράσεων του κύκλου Krebsya μειώνεται. Με μείωση του ATP και συσσώρευση ADP, λαμβάνει χώρα αποφωσφορυλίωση του ενζύμου και αυξάνεται η δραστηριότητά του.

2. Αλλοστερική ρύθμιση. Σύμφωνα με αυτόν τον μηχανισμό, πραγματοποιείται η ρύθμιση δύο ενζύμων.

κιτρική συνθετάσηενεργοποιείται από το οξαλοξικό.

ισοκιτρική αφυδρογονάση(κύριο ρυθμιστικό ένζυμο) ενεργοποιείται από το NAD + και αναστέλλεται από το NADH 2

α-κετογλουταρική αφυδρογονάσηαναστέλλεται από το προϊόν της αντίδρασης, σουκινυλ-CoA.