Trikarboksylsyresyklus

trikarboksylsyresyklus (Krebs syklus, sitrat syklus) er den sentrale delen av den generelle katabolismeveien, en syklisk biokjemisk aerob prosess hvor to- og trekarbonforbindelser omdannes, som dannes som mellomprodukter i levende organismer under nedbrytningen av karbohydrater, fett og proteiner, til CO 2. I dette tilfellet sendes det frigjorte hydrogenet til vevets respirasjonskjede, hvor det oksideres videre til vann, og tar en direkte del i syntesen av en universell energikilde - ATP.

Krebs-syklusen er et nøkkeltrinn i respirasjonen til alle oksygenbrukende celler, krysset mellom mange metabolske veier i kroppen. I tillegg til en betydelig energirolle, er syklusen også tildelt en betydelig plastisk funksjon, det vil si at den er en viktig kilde til forløpermolekyler, hvorfra, i løpet av andre biokjemiske transformasjoner, så viktige forbindelser for cellelivet som aminosyrer. , karbohydrater, fettsyrer osv. syntetiseres.

Funksjoner

1. Integrativ funksjon- syklusen er koblingen mellom reaksjonene av anabolisme og katabolisme.
2. katabolsk funksjon- transformasjon av ulike stoffer til syklussubstrater:
   • Fettsyrer, pyruvat, Leu, Phen - Acetyl-CoA.
   • Arg, His, Glu - α-ketoglutarat.
   • Hårføner, skytebane - fumarat.
3. Anabole funksjon- bruk av syklussubstrater for syntese av organiske stoffer:
   • Oksalacetat - glukose, Asp, Asn.
   • Succinyl-CoA - hemsyntese.
   • CO 2 - karboksyleringsreaksjoner.
4. Hydrogendonorfunksjon- Krebs-syklusen tilfører protoner til mitokondriell respirasjonskjede i form av tre NADH.H + og en FADH 2 .
5. energifunksjon- 3 NADH.H + gir 7,5 mol ATP, 1 FADH 2 gir 1,5 mol ATP på respirasjonskjeden. I tillegg syntetiseres 1 GTP i syklusen ved substratfosforylering, og deretter syntetiseres ATP fra den gjennom transfosforylering: GTP + ADP = ATP + GDP.

Mnemoniske regler

For enklere memorering av syrene involvert i Krebs-syklusen, er det en mnemonisk regel:

En hel ananas og en skive sufflé i dag er faktisk lunsjen min, som tilsvarer serien - sitrat, (cis-)akonitat, isocitrat, (alfa-)ketoglutarat, succinyl-CoA, succinat, fumarat, malat, oksaloacetat.

Det er også følgende mnemoniske dikt (forfatteren er assistent ved Institutt for biokjemi ved KSMU E. V. Parshkova):

gjedde ved acetyl sitron silt, men nar cis Med en con Jeg var redd Han var over ham isolimon men Alfa ketoglutar akk. Succinyl Xia koenzym om, Rav silt fumar ovo, Yabloch ek lager opp til vinteren, snudde gjeddeå igjen.

(oksaloeddiksyre, sitronsyre, cis-akonitsyre, isositronsyre, α-ketoglutarsyre, succinyl-KoA, ravsyre, fumarsyre, eplesyre, oksaloeddiksyre).

En annen versjon av diktet

Gjedde spiste acetat, det viser seg citrat gjennom cis-akonitat, det vil være isositrat hydrogener ved å gi NAD, det mister CO 2, dette er utrolig glad alfa-ketoglutarat oksidasjon kommer - NAD stjal hydrogen TDP, koenzym tar knapt CO 2 og energi dukket opp i succinyl umiddelbart GTP ble født og forble succinat, nå kom han til FAD - han drakk vannfumarat, og han ble til malat her for å malate NAD kom, hydrogener ervervet Pike dukket opp igjen og gjemte seg stille og se etter acetat ...

Notater

Linker

• trikarboksylsyresyklus

trikarboksylsyresyklus

SIRKOKSISK SYRESYKLUS - sitronsyresyklusen eller Krebs-syklusen - en vei for oksidative transformasjoner av di- og trikarboksylsyrer, som dannes som mellomprodukter under nedbryting og syntese av proteiner, fett og karbohydrater, er bredt representert i organismene til dyr, planter og mikrober. Oppdaget av H. Krebs og W. Johnson (1937). Denne syklusen er grunnlaget for metabolisme og utfører to viktige funksjoner - å forsyne kroppen med energi og integrere alle store metabolske strømmer, både katabolske (biologisk nedbrytning) og anabole (biosyntese).

Krebs-syklusen består av 8 stadier (mellomprodukter er uthevet i to stadier i diagrammet), der følgende skjer:

1) fullstendig oksidasjon av acetylresten til to CO2-molekyler,

2) det dannes tre molekyler med redusert nikotinamidadenindinukleotid (NADH) og ett redusert flavinadenindinukleotid (FADH2), som er hovedkilden til energi som produseres i syklusen og

3) ett molekyl guanosintrifosfat (GTP) dannes som et resultat av den såkalte substratoksidasjonen.

Generelt er banen energetisk gunstig (DG0 "= -14,8 kcal.)

Krebs-syklusen, lokalisert i mitokondrier, begynner med sitronsyre (citrat) og slutter med dannelsen av oksaloeddiksyre (oksaloacetat - OA). Substratene til syklusen inkluderer trikarboksylsyrer - sitronsyre, cis-akonitsyre, isositrisk, oksalosuksinsyre (oksalosuksinat) og dikarboksylsyre - 2-ketoglutarsyre (KG), ravsyre, fumarsyre, eplesyre (malat) og oksaloeddiksyre. Substratene til Krebs-syklusen bør også inkludere eddiksyre, som i sin aktive form (dvs. i form av acetylkoenzym A, acetyl-SCoA) deltar i kondensering med oksaloeddiksyre, noe som fører til dannelse av sitronsyre. Det er acetylresten som kommer inn i strukturen til sitronsyre som oksideres og gjennomgår oksidasjon; karbonatomer oksideres til CO2, hydrogenatomer aksepteres delvis av koenzymene til dehydrogenaser, delvis i protonert form går de over i løsning, det vil si ut i miljøet.

Som startforbindelse for dannelsen av acetyl-CoA er vanligvis pyrodruesyre (pyruvat) indikert, som dannes under glykolyse og opptar et av de sentrale stedene i de kryssende metabolske banene. Under påvirkning av et enzym med kompleks struktur - pyruvatdehydrogenase (EC1.2.4.1 - PDGas), oksideres pyruvat for å danne CO2 (første dekarboksylering), acetyl-CoA og NAD reduseres (se diagram). Pyruvatoksidasjon er imidlertid langt fra den eneste måten å danne acetyl-CoA på, som også er et karakteristisk produkt av fettsyreoksidasjon (enzymet tiolase eller fettsyresyntetase) og andre nedbrytningsreaksjoner av karbohydrater og aminosyrer. Alle enzymer involvert i reaksjonene i Krebs-syklusen er lokalisert i mitokondrier, og de fleste av dem er løselige, og succinatdehydrogenase (EC1.3.99.1) er sterkt assosiert med membranstrukturer.

Dannelsen av sitronsyre, med syntesen som selve syklusen begynner, ved hjelp av sitratsyntase (EC4.1.3.7 - det kondenserende enzymet i skjemaet), er en endergonisk reaksjon (med energiabsorpsjon), og dens implementering er mulig på grunn av bruken av den energirike bindingen til acetylresten med KoA [CH3CO~SKoA]. Dette er hovedstadiet for regulering av hele syklusen. Dette etterfølges av isomerisering av sitronsyre til isositronsyre gjennom det mellomliggende stadiet av dannelsen av cis-akonitsyre (enzymet akonitase KF4.2.1.3, har absolutt stereospesifisitet - følsomhet for plasseringen av hydrogen). Produktet av ytterligere omdannelse av isositronsyre under påvirkning av den tilsvarende dehydrogenase (isositratdehydrogenase EC1.1.1.41) er tilsynelatende oksalravsyre, hvis dekarboksylering (det andre CO2-molekylet) fører til CH. Dette stadiet er også sterkt regulert. I henhold til en rekke karakteristika (høy molekylvekt, kompleks flerkomponentstruktur, trinnvise reaksjoner, delvis de samme koenzymer, etc.), ligner CH dehydrogenase (EC1.2.4.2) PDGas. Reaksjonsproduktene er CO2 (tredje dekarboksylering), H+ og succinyl-CoA. På dette stadiet aktiveres succinyl-CoA-syntetase, ellers kalt succinatethiokinase (EC6.2.1.4), og katalyserer den reversible reaksjonen for dannelse av fritt succinat: Succinyl-CoA + Phneorg + GDP = Succinat + KoA + GTP. Under denne reaksjonen utføres den såkalte substratfosforyleringen, dvs. dannelsen av energirikt guanosintrifosfat (GTP) på grunn av guanosindifosfat (BNP) og mineralfosfat (Pneorg) ved bruk av energien til succinyl-CoA. Etter dannelsen av succinat trer succinatdehydrogenase (EC1.3.99.1), et flavoprotein som fører til fumarsyre, inn i handling. FAD er koblet til proteindelen av enzymet og er den metabolsk aktive formen av riboflavin (vitamin B2). Dette enzymet er også preget av absolutt stereospesifisitet av hydrogeneliminering. Fumarase (EC4.2.1.2) sikrer balansen mellom fumarsyre og eplesyre (også stereospesifikk), og eplesyredehydrogenase (malatdehydrogenase EC1.1.1.37, som trenger NAD + koenzymet, er også stereospesifikk) fører til fullføringen av Krebs-syklusen, det vil si til dannelsen av oksaloeddiksyre. Etter det gjentas kondensasjonsreaksjonen av oksaloeddiksyre med acetyl-CoA, noe som fører til dannelse av sitronsyre, og syklusen gjenopptas.

Succinatdehydrogenase er en del av et mer komplekst succinatdehydrogenasekompleks (kompleks II) i respirasjonskjeden, og tilfører reduserende ekvivalenter (NAD-H2) dannet under reaksjonen til respirasjonskjeden.

Ved å bruke eksemplet med PDGase kan man bli kjent med prinsippet om kaskaderegulering av metabolsk aktivitet på grunn av fosforylering-defosforylering av det tilsvarende enzymet med spesiell PDGase kinase og fosfatase. Begge er koblet til PDGase.

trikarboksylsyresyklus

Det antas at katalysen av individuelle enzymatiske reaksjoner utføres som en del av et supramolekylært "superkompleks", det såkalte "metabolonet". Fordelene med en slik organisering av enzymer er at det ikke er noen diffusjon av kofaktorer (koenzymer og metallioner) og substrater, og dette bidrar til en mer effektiv syklus.

Energieffektiviteten til de betraktede prosessene er lav, men 3 mol NADH og 1 mol FADH2 dannet under oksidasjonen av pyruvat og påfølgende reaksjoner i Krebs-syklusen er viktige produkter av oksidative transformasjoner. Deres videre oksidasjon utføres av respiratoriske kjedeenzymer også i mitokondrier og er assosiert med fosforylering, dvs. dannelsen av ATP på grunn av forestring (dannelse av organofosforestere) av mineralfosfat. Glykolyse, den enzymatiske virkningen av PDGase og Krebs-syklusen - totalt 19 reaksjoner - bestemmer den fullstendige oksidasjonen av ett glukosemolekyl til 6 CO2-molekyler med dannelse av 38 ATP-molekyler - denne utvekslingen av "energivaluta" til cellen. Prosessen med oksidasjon av NADH og FADH2 av respiratoriske kjedeenzymer er energisk veldig effektiv, skjer ved bruk av atmosfærisk oksygen, fører til dannelse av vann og fungerer som hovedkilden til celleenergiressurser (mer enn 90%). Krebs syklusenzymer er imidlertid ikke involvert i den direkte implementeringen. Hver menneskelig celle har fra 100 til 1000 mitokondrier som gir energi til livet.

Krebs-syklusens integrerende funksjon i metabolismen er basert på det faktum at karbohydrater, fett og aminosyrer fra proteiner til slutt kan omdannes til mellomprodukter (mellomforbindelser) i denne syklusen eller syntetiseres fra dem. Fjerning av mellomprodukter fra syklusen under anabolisme må kombineres med fortsettelsen av den katabolske aktiviteten til syklusen for konstant dannelse av ATP, som er nødvendig for biosyntese. Dermed må sløyfen utføre to funksjoner samtidig. I dette tilfellet kan konsentrasjonen av mellomprodukter (spesielt OA) reduseres, noe som kan føre til en farlig reduksjon i energiproduksjonen. For å forebygge brukes "sikkerhetsventiler" kalt anaplerotiske reaksjoner (fra gresk "å fylle"). Den viktigste reaksjonen er syntesen av OA fra pyruvat, utført av pyruvatkarboksylase (EC6.4.1.1), også lokalisert i mitokondrier. Som et resultat akkumuleres en stor mengde OA, noe som sikrer syntesen av sitrat og andre mellomprodukter, noe som gjør at Krebs-syklusen kan fungere normalt og samtidig sikrer utskillelse av mellomprodukter i cytoplasmaet for påfølgende biosyntese. Således, på nivået av Krebs-syklusen, skjer en effektivt koordinert integrasjon av prosessene for anabolisme og katabolisme under påvirkning av en rekke og subtile reguleringsmekanismer, inkludert hormonelle.

Under anaerobe forhold, i stedet for Krebs-syklusen, fungerer dens oksidative gren opp til KG (reaksjoner 1, 2, 3) og reduksjonsgrenen, fra OA til succinat (reaksjoner 8®7®6). Samtidig lagres ikke mye energi og syklusen leverer kun mellomprodukter for cellesynteser.

Når kroppen beveger seg fra hvile til aktivitet, er det behov for å mobilisere energi og metabolske prosesser. Dette oppnås spesielt hos dyr ved å shunte de langsomste reaksjonene (1–3) og fortrinnsvis oksidasjon av succinat. I dette tilfellet dannes CG, det første substratet til den forkortede Krebs-syklusen, i reaksjonen av rask transaminering (overføring av amingruppen)

Glutamat + OA = KG + aspartat

En annen modifikasjon av Krebs-syklusen (den såkalte 4-aminobutyrat-shunten) er omdannelsen av CG til succinat gjennom glutamat, 4-aminobutyrat og ravsyresemialdehyd (3-formylpropionsyre). Denne modifikasjonen er viktig i hjernevev, hvor omtrent 10 % av glukosen brytes ned gjennom denne banen.

Den nære tilknytningen til Krebs-syklusen med respirasjonskjeden, spesielt i dyremitokondrier, samt hemming av de fleste enzymer i syklusen under virkningen av ATP, forutbestemmer en reduksjon i syklusaktivitet ved et høyt fosforylpotensial i cellen, dvs. ved et høyt forhold mellom ATP/ADP-konsentrasjoner. I de fleste planter, bakterier og mange sopp overvinnes nær kobling ved utvikling av ikke-konjugerte alternative oksidasjonsveier, som gjør at både respirasjons- og syklusaktivitet kan opprettholdes på et høyt nivå selv ved et høyt fosforylpotensial.

Igor Rapanovich

trikarboksylsyresyklus

tidligere

← 1 2 3 neste

Litteratur

Strayer L. Biokjemi. Per. fra engelsk. M., Mir, 1985

Bohinski R. Moderne syn i biokjemi. Oversatt fra engelsk, M., Mir, 1987

Knorre D.G., Myzina S.D. Biologisk kjemi. M., videregående skole, 2003

Kolman J., Rem K.-G. Visuell biokjemi. M., Mir, 2004

Alle vet at for å fungere ordentlig trenger kroppen et regelmessig inntak av en rekke næringsstoffer som er nødvendige for en sunn metabolisme og følgelig balansen mellom energiproduksjon og forbruksprosesser. Prosessen med energiproduksjon, som du vet, foregår i mitokondriene, som takket være denne funksjonen kalles cellenes energisentre. Og sekvensen av kjemiske reaksjoner som lar deg få energi til arbeidet til hver celle i kroppen kalles Krebs-syklusen.

Krebs-syklusen - mirakler som skjer i mitokondriene

Energien som mottas gjennom Krebs-syklusen (også TCA - syklusen av trikarboksylsyrer) går til behovene til individuelle celler, som igjen utgjør ulike vev og følgelig organer og systemer i kroppen vår. Siden kroppen rett og slett ikke kan eksistere uten energi, jobber mitokondrier hele tiden med å kontinuerlig forsyne cellene med energien de trenger.

Adenosintrifosfat (ATP) - det er denne forbindelsen som er en universell energikilde som er nødvendig for flyten av alle biokjemiske prosesser i kroppen vår.

TCA er den sentrale metabolske veien, som et resultat av at oksidasjonen av metabolitter er fullført:

• fettsyrer;
• aminosyrer;
• monosakkarider.

I prosessen med aerobt forfall brytes disse biomolekylene ned til mindre molekyler som brukes til energi eller syntese av nye molekyler.

Trikarboksylsyresyklusen består av 8 stadier, dvs. reaksjoner:

1. Dannelse av sitronsyre:

2. Dannelse av isositronsyre:

3. Dehydrogenering og direkte dekarboksylering av isositronsyre.

4. Oksidativ dekarboksylering av α-ketoglutarsyre

5. Substratfosforylering

6. Dehydrogenering av ravsyre med succinatdehydrogenase

7. Dannelse av eplesyre ved enzymet fumarase

8. Dannelse av oksalacetat

Således, etter fullføringen av reaksjonene som utgjør Krebs-syklusen:

• ett molekyl acetyl-CoA (dannet som et resultat av nedbrytning av glukose) oksideres til to karbondioksidmolekyler;
• tre NAD-molekyler reduseres til NADH;
• ett FAD-molekyl er redusert til FADH 2;
• ett molekyl GTP (tilsvarer ATP) produseres.

NADH og FADH 2 molekyler fungerer som elektronbærere og brukes til å generere ATP i neste trinn i glukosemetabolisme, oksidativ fosforylering.

Funksjoner av Krebs-syklusen:

• katabolsk (oksidasjon av acetylrester av brenselmolekyler til sluttprodukter av metabolisme);
• anabole (substrater av Krebs-syklusen - grunnlaget for syntese av molekyler, inkludert aminosyrer og glukose);
• integrerende (CTK - en kobling mellom anabole og katabolske reaksjoner);
• hydrogendonor (levering av 3 NADH.H + og 1 FADH 2 til respirasjonskjeden til mitokondrier);
• energi.

Mangelen på elementer som er nødvendige for det normale løpet av Krebs-syklusen kan føre til alvorlige problemer i kroppen assosiert med mangel på energi.

På grunn av metabolsk fleksibilitet er kroppen i stand til å bruke ikke bare glukose som energikilde, men også fett, hvis nedbrytning også gir molekyler som danner pyrodruesyre (involvert i Krebs-syklusen). Riktig flytende CTC gir derfor energi og byggesteiner for dannelsen av nye molekyler.

Trikarboksylsyresyklus (Krebs-syklus)

Glykolyse omdanner glukose til pyruvat og produserer to ATP-molekyler fra et glukosemolekyl - dette er en liten brøkdel av den potensielle energien til dette molekylet.

Under aerobe forhold omdannes pyruvat fra glykolyse til acetyl-CoA og oksideres til CO 2 i trikarboksylsyresyklusen (sitronsyresyklus). I dette tilfellet passerer elektronene som frigjøres i reaksjonene i denne syklusen NADH og FADH 2 til 0 2 - den endelige akseptoren. Elektronisk transport er assosiert med dannelsen av en protongradient av mitokondriemembranen, hvis energi deretter brukes til ATP-syntese som et resultat av oksidativ fosforylering. La oss ta en titt på disse reaksjonene.

Under aerobe forhold gjennomgår pyrodruesyre (trinn 1) oksidativ dekarboksylering, som er mer effektiv enn transformasjon til melkesyre, med dannelse av acetyl-CoA (trinn 2), som kan oksideres til sluttproduktene av glukosenedbrytning - CO 2 og H20 (3. trinn). G. Krebs (1900-1981), en tysk biokjemiker, etter å ha studert oksidasjonen av individuelle organiske syrer, kombinerte reaksjonene deres i en enkelt syklus. Derfor kalles trikarboksylsyresyklusen ofte Krebs-syklusen til hans ære.

Oksydasjonen av pyrodruesyre til acetyl-CoA skjer i mitokondrier med deltakelse av tre enzymer (pyruvatdehydrogenase, lipoamiddehydrogenase, lipoylacetyltransferase) og fem koenzymer (NAD, FAD, tiaminpyrofosfat, liposyreamid, koenzym A). Disse fire koenzymene inneholder B-vitaminer (B x, B 2 , B 3 , B 5), noe som indikerer behovet for disse vitaminene for normal oksidasjon av karbohydrater. Under påvirkning av dette komplekse enzymsystemet blir pyruvat i den oksidative dekarboksyleringsreaksjonen omdannet til den aktive formen av eddiksyre - acetylkoenzym A:

Under fysiologiske forhold er pyruvatdehydrogenase et utelukkende irreversibelt enzym, noe som forklarer umuligheten av å omdanne fettsyrer til karbohydrater.

Tilstedeværelsen av en makroergisk binding i acetyl-CoA-molekylet indikerer den høye reaktiviteten til denne forbindelsen. Spesielt kan acetyl-CoA virke i mitokondrier for å generere energi; i leveren brukes overskudd av acetyl-CoA til syntese av ketonlegemer; i cytosol er det involvert i syntesen av komplekse molekyler som sterider og fettsyrer .

Acetyl-CoA oppnådd i reaksjonen av oksidativ dekarboksylering av pyrodruesyre går inn i trikarboksylsyresyklusen (Krebs-syklusen). Krebs-syklusen - den siste katabolske veien for oksidasjon av karbohydrater, fett, aminosyrer, er i hovedsak en "metabolsk kjele". Reaksjonene i Krebs-syklusen, som utelukkende foregår i mitokondriene, kalles også sitronsyresyklusen eller trikarboksylsyresyklusen (TCA).

En av de viktigste funksjonene til trikarboksylsyresyklusen er generering av reduserte koenzymer (3 molekyler NADH + H + og 1 molekyl FADH 2) etterfulgt av overføring av hydrogenatomer eller deres elektroner til den endelige akseptoren, molekylært oksygen. Denne transporten er ledsaget av en stor reduksjon i fri energi, hvorav en del brukes i prosessen med oksidativ fosforylering for lagring i form av ATP. Det er forstått at trikarboksylsyresyklusen er aerob, avhengig av oksygen.

1. Den første reaksjonen av trikarboksylsyresyklusen er kondensering av acetyl-CoA og oksaloeddiksyre med deltakelse av mitokondriell matriks sitratsyntase-enzymet for å danne sitronsyre.

2. Under påvirkning av enzymet aconitase, som katalyserer fjerning av et vannmolekyl fra sitrat, omdannes sistnevnte

til cis-akonitsyre. Vann kombineres med cis-akonitsyre, og blir til isositronsyre.

3. Deretter katalyserer enzymet isositratdehydrogenase den første dehydrogenasereaksjonen i sitronsyresyklusen, når isositratsyre omdannes til α-ketoglutarsyre i oksidative dekarboksyleringsreaksjoner:

I denne reaksjonen dannes det første molekylet av CO 2 og det første molekylet av NADH 4- H + syklus.

4. Videre omdannelse av α-ketoglutarsyre til succinyl-CoA katalyseres av multienzymkomplekset av α-ketoglutarsyredehydrogenase. Denne reaksjonen er kjemisk analog med pyruvatdehydrogenasereaksjonen. Det involverer liponsyre, tiaminpyrofosfat, HS-KoA, NAD +, FAD.

Som et resultat av denne reaksjonen dannes igjen molekylet NADH + H + og CO 2.

5. Succinyl-CoA-molekylet har en makroergisk binding, hvis energi lagres i neste reaksjon i form av GTP. Under påvirkning av enzymet succinyl-CoA-syntetase omdannes succinyl-CoA til fri ravsyre. Merk at ravsyre også kan oppnås fra metylmalonyl-CoA ved oksidasjon av fettsyrer med et oddetall karbonatomer.

Denne reaksjonen er et eksempel på substratfosforylering, siden høyenergi-GTP-molekylet i dette tilfellet dannes uten deltakelse av elektron- og oksygentransportkjeden.

6. Ravsyre oksideres til fumarsyre i succinatdehydrogenasereaksjonen. Succinatdehydrogenase, et typisk jern-svovelholdig enzym hvis koenzym er FAD. Succinatdehydrogenase er det eneste enzymet som er festet på den indre mitokondriemembranen, mens alle andre syklusenzymer er lokalisert i mitokondriematrisen.

7. Dette etterfølges av hydrering av fumarsyre til eplesyre under påvirkning av fumarase-enzymet i en reversibel reaksjon under fysiologiske forhold:

8. Den siste reaksjonen av trikarboksylsyresyklusen er malatdehydrogenasereaksjonen som involverer det aktive enzymet til den mitokondrielle NAD~-avhengige malatdehydrogenase, der det tredje molekylet med redusert NADH + H + dannes:

Dannelsen av oksaloeddiksyre (oksaloacetat) fullfører en omdreining av trikarboksylsyresyklusen. Oksaloeddiksyre kan brukes i oksidasjonen av det andre acetyl-CoA-molekylet, og denne syklusen av reaksjoner kan gjentas mange ganger, og stadig føre til produksjon av oksaleddiksyre.

Dermed fører oksidasjonen av ett molekyl acetyl-CoA som et syklussubstrat i TCA-syklusen til produksjon av ett GTP-molekyl, tre NADP + H +-molekyler og ett FADH 2-molekyl. Oksydasjonen av disse reduksjonsmidlene i den biologiske oksidasjonskjeden

ion fører til syntese av 12 ATP-molekyler. Denne beregningen er tydelig fra emnet "Biologisk oksidasjon": inkluderingen av ett NAD + molekyl i elektrontransportsystemet er til slutt ledsaget av dannelsen av 3 ATP-molekyler, inkluderingen av et FADH 2-molekyl gir dannelsen av 2 ATP-molekyler, og ett GTP-molekyl tilsvarer 1 ATP-molekyl.

Merk at to karbonatomer av adetyl-CoA går inn i trikarboksylsyresyklusen og to karbonatomer forlater syklusen i form av CO 2 i dekarboksyleringsreaksjoner katalysert av isocitratdehydrogenase og alfa-ketoglutaratdehydrogenase.

Med fullstendig oksidasjon av et glukosemolekyl under aerobe forhold til CO 2 og H 2 0, er dannelsen av energi i form av ATP:

• 4 ATP-molekyler under omdannelsen av et glukosemolekyl til 2 molekyler pyrodruesyre (glykolyse);
• 6 ATP-molekyler dannet i 3-fosfoglyseraldehyd-dehydrogenasereaksjonen (glykolyse);
• 30 ATP-molekyler dannet under oksidasjonen av to pyrodruesyremolekyler i pyruvatdehydrogenasereaksjonen og i de påfølgende transformasjonene av to acetyl-CoA-molekyler til CO 2 og H 2 0 i trikarboksylsyresyklusen. Derfor kan den totale energiproduksjonen under fullstendig oksidasjon av et glukosemolekyl være 40 ATP-molekyler. Det bør imidlertid tas i betraktning at under oksidasjonen av glukose på stadiet med å konvertere glukose til glukose-6-fosfat og på stadiet med å konvertere fruktose-6-fosfat til fruktose-1,6-difosfat, ble to ATP-molekyler konsumert. Derfor er "netto" energiutgang under oksidasjonen av et glukosemolekyl 38 ATP-molekyler.

Du kan sammenligne energien til anaerob glykolyse og aerob glukosekatabolisme. Av de 688 kcal energi som teoretisk finnes i 1 gram-molekyl glukose (180 g), er 20 kcal i to ATP-molekyler dannet i reaksjoner av anaerob glykolyse, og 628 kcal er teoretisk igjen i form av melkesyre.

Under aerobe forhold, av 688 kcal av et gram-molekyl glukose i 38 ATP-molekyler, ble det oppnådd 380 kcal. Effektiviteten av glukoseutnyttelsen under aerobe forhold er således omtrent 19 ganger høyere enn ved anaerob glykolyse.

Det skal påpekes at alle oksidasjonsreaksjoner (oksidasjon av triosefosfat, pyrodruesyre, fire oksidasjonsreaksjoner i trikarboksylsyresyklusen) konkurrerer i syntesen av ATP fra ADP og Phneor (Pasteur-effekten). Dette betyr at det resulterende NADH + H +-molekylet i oksidasjonsreaksjonene har et valg mellom reaksjonene i luftveiene, som overfører hydrogen til oksygen, og LDH-enzymet, som overfører hydrogen til pyrodruesyre.

I de tidlige stadiene av trikarboksylsyresyklusen kan syrene forlate syklusen for å delta i syntesen av andre celleforbindelser uten å forstyrre funksjonen til selve syklusen. Ulike faktorer er involvert i reguleringen av aktiviteten til trikarboksylsyresyklusen. Blant dem bør vi først og fremst nevne inntaket av acetyl-CoA-molekyler, aktiviteten til pyruvatdehydrogenasekomplekset, aktiviteten til komponentene i respirasjonskjeden og den oksidative fosforyleringen forbundet med den, samt nivået av oksaloeddiksyre. syre.

Molekylært oksygen er ikke direkte involvert i trikarboksylsyresyklusen, men dets reaksjoner utføres bare under aerobe forhold, siden NAD ~ og FAD kan regenereres i mitokondrier bare når elektroner overføres til molekylært oksygen. Det bør understrekes at glykolyse, i motsetning til syklusen til trikarboksylsyrer, også er mulig under anaerobe forhold, siden NAD ~ regenereres når pyrodruesyre går over i melkesyre.

I tillegg til dannelsen av ATP har trikarboksylsyresyklusen en annen viktig betydning: syklusen gir mellomstrukturer for ulike biosynteser av kroppen. For eksempel stammer de fleste porfyrinatomer fra succinyl-CoA, mange aminosyrer er derivater av α-keto-glutarsyre og oksalo-eddiksyrer, og fumarsyre oppstår under syntesen av urea. Dette manifesterer integriteten til trikarboksylsyresyklusen i metabolismen av karbohydrater, fett og proteiner.

Som vist av reaksjonene til glykolyse, ligger evnen til de fleste celler til å generere energi i mitokondriene deres. Antallet mitokondrier i ulike vev er relatert til vevets fysiologiske funksjoner og gjenspeiler deres evne til å delta i aerobe forhold. Røde blodlegemer har for eksempel ikke mitokondrier og mangler derfor evnen til å generere energi ved å bruke oksygen som den endelige elektronakseptoren. Imidlertid, i hjertemuskelen som fungerer under aerobe forhold, er halvparten av cellecytoplasmavolumet representert av mitokondrier. Leveren er også avhengig av aerobe forhold for sine ulike funksjoner, og pattedyrhepatocytter inneholder opptil 2000 mitokondrier per celle.

Mitokondrier inkluderer to membraner - ytre og indre. Den ytre membranen er enklere, består av 50 % fett og 50 % protein, og har relativt få funksjoner. Den indre membranen er strukturelt og funksjonelt mer kompleks. Omtrent 80 % av volumet er proteiner. Den inneholder de fleste enzymene som er involvert i elektrontransport og oksidativ fosforylering, metabolske mediatorer og adeninnukleotider mellom cytosolen og mitokondriematrisen.

Ulike nukleotider involvert i redoksreaksjoner, slik som NAD+, NADH, NADP+, FAD og FADH 2, trenger ikke inn i den indre mitokondriemembranen. Acetyl-CoA kan ikke bevege seg fra mitokondrierommet til cytosolen, hvor det er nødvendig for syntese av fettsyrer eller steroler. Derfor omdannes intramitokondriell acetyl-CoA i citrat-syntasereaksjonen i trikarboksylsyresyklusen og går inn i cytosolen i denne formen.

TCA er det siste stadiet i katabolismen av karbohydrater, lipider og proteiner, der to-karbon acetylresten brytes ned til 2 karbondioksidmolekyler.

1. Den første reaksjonen er kondensering av acetyl- og oksaloacetatmolekyler for å danne sitronsyre (sitrat)

Enzym: sitratsyntase. Reaksjonshastigheten avhenger av mengden oksaloacetat, som både er et substrat og en allosterisk aktivator for sitratsyntase.

2. Omdannelse av sitronsyre til isositrat (sitrat til isositrat). Reaksjonen foregår i to trinn med dannelse av et mellomprodukt, cis-akonitsyre.

Enzym: akonitase. Under celleforhold forskyves likevekten i systemet av disse to reaksjonene mot dannelsen av isositrat, på grunn av dets konstante tap i den påfølgende reaksjonen.

3. Oksidasjon (dehydrogenering) av isositratsyre (isositrat). Dette er den første dehydrogeneringsreaksjonen i CTC, som fungerer som en potensiell energikilde. Under denne reaksjonen fjernes det første karbondioksidmolekylet.

Enzym : isocitrat dehydrogenase. Den inneholder NAD+ som et koenzym. Dette er det viktigste regulatoriske enzymet i syklusen, dets effektorer: aktivator - NAD +, hemmer - NADH.

Siden de første mellomproduktene av prosessen som studeres er trikarboksylsyrer, kalles det trikarboksylsyresyklusen, og ifølge forskeren Krebs-syklusen.

4. Oksidativ dekarboksylering av a-ketoglutarsyre. Dette er den andre dehydrogeneringsreaksjonen i CTC og den andre reaksjonen ledsaget av dannelsen av sluttproduktet - CO 2 . Likevekten i denne reaksjonen er så forskjøvet til høyre at den kan betraktes som fysiologisk irreversibel.

Enzym: multienzymkompleks a- ketoglutarat dehydrogenase. Komplekset inneholder 3 enzymer:

1. a-ketoglutarat dekarboksylase

2. transacylase

3. dihydrolipoyldehydrogenase

Komplekset inkluderer 5 koenzymer: TDP, liponsyre, HS-CoA, FAD, NAD+.

5. Reaksjon av III-substratfosforylering

Denne reaksjonen er assosiert med dannelsen av ATP.

Enzym: succinatetiokinase.

substratfosforylering dette er en måte å syntetisere ATP eller GTP på grunn av energien til makroerge molekyler. Den biologiske rollen til prosessen er den raske produksjonen av ATP i cellen uten forbruk av oksygen.

6. Oksidasjon av ravsyre (succinat). 3. dehydrogeneringsreaksjon.

Enzym:suksinatdehydrogenase. Den inneholder FAD som et koenzym. Dette er det eneste TCA-enzymet som ikke er lokalisert i den løselige delen av matrisen, men er assosiert med den indre membranen i mitokondriene. Malonsyre, en strukturell analog av ravsyre, kan brukes som en konkurrerende hemmer av dette enzymet.

7. Dannelse av eplesyre (malat)

Enzym: fumarase. Dette enzymet har stereokjemisk spesifisitet og er i stand til å tilsette vann til dobbeltbindingen bare i transkonformasjonen.

8. Oksidasjon av eplesyre (malat) - 4. dehydrogeneringsreaksjon.

Enzym: malatdehydrogenase. Den inneholder NAD+ som et koenzym.

Oksalacetatet som dannes under reaksjonene er også det første substratet, noe som gjør prosessen syklisk.

Den biologiske rollen til Krebs-syklusen :

TCA er den sentrale metabolske veien som er assosiert med transformasjonen av alle andre klasser av biomolekyler. Utfører to hovedfunksjoner

1. energifunksjon. TCA er hovedleverandøren av hydrogener i sammensetningen av NADH og FADH 2 til respirasjonskjeden. Deretter overføres e inneholdt i disse hydrogenene med deltakelse av respiratoriske kjedeenzymer til oksygen med dannelse av det endelige oksidasjonsproduktet - vann, og energien som frigjøres i dette tilfellet brukes til syntese av ATP. TCA er en aerob prosess som krever konstant deltagelse av oksygen. I fravær av oksygen akkumuleres de reduserte formene av NADH og FADH, og som et resultat blir dehydrogeneringsreaksjonene i TCA-syklusen hemmet.

I tillegg, under TCA-reaksjonene, dannes 1 mol GTP i reaksjonen av substratfosforylering.

2. Amfibolsk funksjon.

Under amfibolisk funksjon av Krebs-syklusen forstå bruken av mellomprodukter (mellomprodukter) i syklusen for syntese av andre molekyler. For eksempel er succinyl-CoA startforbindelsen i hemsyntese; a-ketoglutarat - aminosyrer (glutamat, glutamin, prolin, histidin).

Bruken av mellomprodukter fra Krebs-syklusen for syntetiske prosesser fører til en reduksjon i nivået av oksaloacetat i mitokondrier, hemming av syklusen og forstyrrelse av energimetabolismen. For å forhindre at dette skjer, er det reaksjoner i mitokondriene som fyller opp fondet med oksaloacetat.

Reaksjoner som fyller opp tilførselen av oksaloacetat i mitokondrier kalles anaplerotisk.

1. Karboksylering av pyruvat:

Enzym:pyruvat karboksylase

2. Transaminering av asparaginsyre:

Aspartat + a-KG oksaloacetat + glutamat

Enzym: aspartataminotransferase.

regulering av Krebs-syklusen.

Regulering utføres av to mekanismer:

1. Fosforylering-defosforylering. Med et høyt nivå av ATP i mitokondrier, forekommer fosforylering av det første enzymet - sitratsyntase og reaksjonshastigheten til Krebsya-syklusen avtar. Med en reduksjon i ATP og akkumulering av ADP oppstår defosforylering av enzymet og dets aktivitet øker.

2. Allosterisk regulering. I henhold til denne mekanismen utføres reguleringen av to enzymer.

sitratsyntase aktivert av oksaloacetat.

isocitrat dehydrogenase(hovedregulatorisk enzym) aktiveres av NAD + og hemmes av NADH 2

a-ketoglutarat dehydrogenase hemmes av reaksjonsproduktet, succinyl-CoA.