Kratki povijesni podaci

Naš omiljeni ciklus je CTK ili Cycle Three karboksilne kiseline- život na Zemlji i pod Zemljom i u Zemlji... Stanite, općenito ovo je najnevjerojatniji mehanizam - univerzalan je, to je način oksidacije produkata razgradnje ugljikohidrata, masti, proteina u stanicama života. organizma, kao rezultat dobivamo energiju za aktivnosti našeg tijela.

Sam Hans Krebs je otkrio ovaj proces, za koji je dobio Nobelova nagrada!

Rođen je 25. kolovoza 1900. godine u njemačkom gradu Hildesheimu. Primljeno medicinsko obrazovanje Sveučilište u Hamburgu, nastavilo biokemijska istraživanja pod vodstvom Otta Warburga u Berlinu.

Godine 1930. zajedno sa svojim učenikom otkrio je proces neutralizacije amonijaka u tijelu, koji je bio prisutan u mnogim predstavnicima živog svijeta, pa tako i u čovjeku. Ovaj ciklus je ciklus uree, koji je također poznat kao Krebsov ciklus #1.

Kada je Hitler došao na vlast, Hans je emigrirao u Veliku Britaniju, gdje nastavlja studirati znanost na sveučilištima u Cambridgeu i Sheffieldu. Razvijajući istraživanja mađarskog biokemičara Alberta Szent-Györgyija, on je dobio uvid i napravio najpoznatiji Krebsov ciklus br. 2, odnosno “Szent-Györgyö – Krebsov ciklus” - 1937. godine.

Rezultati istraživanja šalju se časopisu Nature, koji odbija objaviti članak. Zatim tekst leti u časopis "Enzymologia" u Nizozemskoj. Krebs je 1953. dobio Nobelovu nagradu za fiziologiju ili medicinu.

Otkriće je bilo iznenađujuće: 1935. godine Szent-Györgyi je otkrio da jantarna, oksaloctena, fumarna i jabučna kiselina (sve 4 kiseline su prirodne kemijske komponente životinjskih stanica) pojačavaju proces oksidacije u prsnom mišiću goluba. Koja je bila isjeckana.

U njemu se metabolički procesi odvijaju najvećom brzinom.

F. Knoop i K. Martius 1937. godine otkrili su da se limunska kiselina pretvara u izocitričnu kiselinu preko međuproizvoda, cis - akonitske kiseline. Osim toga, izocitrična kiselina se može pretvoriti u a-ketoglutarnu kiselinu, a ona u jantarnu kiselinu.

Krebs je primijetio učinak kiselina na apsorpciju O2 od strane prsnog mišića goluba i identificirao aktivirajući učinak na oksidaciju PVC-a i stvaranje acetil-koenzima A. Osim toga, procesi u mišićima bili su inhibirani malonskom kiselinom , koji je sličan jantarnoj kiselini i mogao bi kompetitivno inhibirati enzime čiji je supstrat jantarna kiselina .

Kada je Krebs dodao malonsku kiselinu u reakcijski medij, počelo je nakupljanje a-ketoglutarne, limunske i sukcinske kiseline. Stoga je jasno da kombinirano djelovanje a-ketoglutarne i limunske kiseline dovodi do stvaranja jantarne kiseline.

Hans je ispitao više od 20 drugih tvari, ali one nisu utjecale na oksidaciju. Uspoređujući dobivene podatke, Krebs je dobio ciklus. U samom početku istraživač nije mogao sa sigurnošću reći je li proces započeo s limunskom ili izocitričnom kiselinom, pa ga je nazvao "ciklus trikarboksilne kiseline".

Sada znamo da je prva limunska kiselina, pa je točan naziv citratni ciklus ili ciklus limunske kiseline.

U eukariota se reakcije TCA ciklusa odvijaju u mitohondrijima, dok se svi enzimi za katalizu, osim 1, nalaze u slobodnom stanju u matriksu mitohondrija; iznimka je sukcinat dehidrogenaza, koja je lokalizirana na unutarnjoj membrani mitohondrija i ugrađena je u lipidni dvosloj. U prokariota se reakcije ciklusa odvijaju u citoplazmi.

Upoznajmo sudionike ciklusa:

1) Acetil koenzim A:
- acetilna skupina
- koenzim A - koenzim A:

2) ŠTUKA – Oksaloacetat – Oksaloctena kiselina:
čini se da se sastoji od dva dijela: oksalne i octene kiseline.

3-4) Limunska i izocitrična kiselina:

5) a-ketoglutarna kiselina:

6) sukcinil-koenzim A:

7) Jantarna kiselina:

8) Fumarna kiselina:

9) Jabučna kiselina:

Kako nastaju reakcije? Općenito, svi smo navikli na izgled prstena, koji je prikazan ispod na slici. U nastavku je sve opisano korak po korak:

1. Kondenzacija acetil koenzima A i oksaloctene kiseline ➙ limunske kiseline.

Transformacija acetil koenzima A počinje kondenzacijom s oksalooctenom kiselinom, što rezultira stvaranjem limunske kiseline.

Reakcija ne zahtijeva potrošnju ATP-a, budući da se energija za ovaj proces osigurava kao rezultat hidrolize tioeterske veze s acetil koenzimom A, koji je visokoenergetski:

2. Limunska kiselina prelazi kroz cis-akonitnu kiselinu u izocitričnu kiselinu.

Dolazi do izomerizacije limunske kiseline u izocitričnu kiselinu. Pretvorbeni enzim - akonitaza - prvo dehidrira limunsku kiselinu da nastane cis-akonitna kiselina, zatim povezuje vodu s dvostrukom vezom metabolita, stvarajući izocitričnu kiselinu:

3. Izocitrična kiselina se dehidrogenira u α-ketoglutarnu kiselinu i CO2.

Izocitričnu kiselinu oksidira specifična dehidrogenaza, čiji je koenzim NAD.

Istodobno s oksidacijom dolazi do dekarboksilacije izocitrične kiseline. Kao rezultat transformacija nastaje α-ketoglutarna kiselina.

4. Alfa-ketoglutarnu kiselinu dehidrogeniraju ➙ sukcinil-koenzim A i CO2.

Sljedeća faza je oksidativna dekarboksilacija α-ketoglutarne kiseline.

Kataliziran kompleksom α-ketoglutarat dehidrogenaze, koji je po mehanizmu, strukturi i djelovanju sličan kompleksu piruvat dehidrogenaze. Kao rezultat nastaje sukcinil-CoA.

5. Sukcinil koenzim A ➙ jantarna kiselina.

Sukcinil-CoA se hidrolizira u slobodnu jantarnu kiselinu, a oslobođena energija se pohranjuje stvaranjem gvanozin trifosfata. Ova faza je jedina u ciklusu u kojoj se energija izravno oslobađa.

6. Jantarna kiselina je dehidrogenirana ➙ fumarna kiselina.

Dehidrogenaciju jantarne kiseline ubrzava sukcinat dehidrogenaza, čiji je koenzim FAD.

7. Fumarna kiselina je hidratizirana ➙ jabučna kiselina.

Fumarna kiselina, koja nastaje dehidrogenacijom jantarne kiseline, hidratizira se i nastaje jabučna kiselina.

8. Jabučna kiselina se dehidrogenira ➙ Oksalno-octena kiselina – ciklus se zatvara.

Konačni proces je dehidrogenacija jabučne kiseline, koju katalizira malat dehidrogenaza;

Rezultat stadija je metabolit s kojim započinje ciklus trikarboksilne kiseline - oksalno-octena kiselina.

U reakciji 1 sljedećeg ciklusa ući će još jedna količina acetil koenzima A.

Kako zapamtiti ovaj ciklus? Samo!

1) Vrlo figurativan izraz:
Cijeli ananas i komad souffléa zapravo su moj današnji ručak, što odgovara - citratu, cis-akonitatu, izocitratu, (alfa-)ketoglutaratu, sukcinil-CoA, sukcinatu, fumaratu, malatu, oksaloacetatu.

2) Još jedna duga pjesma:

ŠTUKA je pojela acetat, ispalo je citrat,
Kroz cisakonitat će postati izocitrat.
Prepustivši vodik NAD-u, gubi CO2,
Alfa-ketoglutarat je izuzetno sretan zbog toga.
Dolazi oksidacija - NAD je ukrao vodik,
TDP, koenzim A uzima CO2.
A energija se jedva pojavila u sukcinilu,
Odmah je rođen ATP, a ono što je ostalo bio je sukcinat.
Sada je došao do FAD-a - treba mu vodik,
Fumarat je popio vodu i pretvorio se u malat.
Zatim je NAD došao do malata, stekao vodik,
ŠTUKA se opet pojavila i tiho sakrila.

3) Izvorna pjesma - ukratko:

ŠTUKA ACETIL LIMONIL,
Ali konj se bojao narcisa,
On je iznad njega ISOLIMON
ALFA - KETOGLUTARAZID.
SUKCINALIZIRAN KOENZIMOM,
JANTAR FUMAROVO,
Spremio JABUKE za zimu,
Ponovno se pretvorio u ŠTUKU.

CIKLUS TRIKARBOKSILNIH KISELINA (KREBSOV CIKLUS)

Glikoliza pretvara glukozu u piruvat i proizvodi dvije molekule ATP-a iz molekule glukoze - ovo je mali dio potencijalna energija ovu molekulu.

Pod aerobnim uvjetima, piruvat se pretvara iz glikolize u acetil-CoA i oksidira u CO2 u ciklusu trikarboksilne kiseline (ciklus limunske kiseline). U tom slučaju elektroni oslobođeni u reakcijama ovog ciklusa prolaze NADH i FADH 2 do 0 2 - konačnog akceptora. Prijenos elektrona povezan je sa stvaranjem protonskog gradijenta u membrani mitohondrija, čija se energija zatim koristi za sintezu ATP-a kao rezultat oksidativne fosforilacije. Razmotrimo ove reakcije.

U aerobnim uvjetima, pirogrožđana kiselina (1. stupanj) prolazi kroz oksidativnu dekarboksilaciju, učinkovitiju od transformacije u mliječnu kiselinu, uz stvaranje acetil-CoA (2. stupanj), koji se može oksidirati do konačnih produkata razgradnje glukoze - CO 2 i H 2 0 (3. faza). G. Krebs (1900.-1981.), njemački biokemičar, proučavajući oksidaciju pojedinih organskih kiselina, spojio je njihove reakcije u jedan ciklus. Stoga se ciklus trikarboksilne kiseline često naziva Krebsov ciklus njemu u čast.

Oksidacija pirogrožđane kiseline u acetil-CoA odvija se u mitohondrijima uz sudjelovanje tri enzima (piruvat dehidrogenaza, lipoamid dehidrogenaza, lipoil acetiltransferaza) i pet koenzima (NAD, FAD, tiamin pirofosfat, amid lipoične kiseline, koenzim A). Ova četiri koenzima sadrže vitamine B skupine (B x, B 2, B 3, B 5), što ukazuje na potrebu ovih vitamina za normalnu oksidaciju ugljikohidrata. Pod utjecajem ovog složenog enzimskog sustava piruvat se u reakciji oksidativne dekarboksilacije pretvara u aktivni oblik octene kiseline - acetil koenzim A:

U fiziološkim uvjetima piruvat dehidrogenaza je isključivo ireverzibilan enzim, što objašnjava nemogućnost pretvaranja masnih kiselina u ugljikohidrate.

Prisutnost visokoenergetske veze u molekuli acetil-CoA ukazuje na visoku reaktivnost ovog spoja. Konkretno, acetil-CoA može djelovati u mitohondrijima za stvaranje energije; u jetri, višak acetil-CoA ide na sintezu ketonskih tijela; u citosolu sudjeluje u sintezi složene molekule, kao što su steroidi i masna kiselina.

Acetil-CoA dobiven u reakciji oksidativne dekarboksilacije pirogrožđane kiseline ulazi u ciklus trikarboksilnih kiselina (Krebsov ciklus). Krebsov ciklus, konačni katabolički put za oksidaciju ugljikohidrata, masti i aminokiselina, u biti je "metabolički kotao". Reakcije Krebsovog ciklusa, koje se odvijaju isključivo u mitohondrijima, nazivaju se još i ciklus limunske kiseline ili ciklus trikarboksilne kiseline (TCA ciklus).

Jedan od bitne funkcije ciklus trikarboksilnih kiselina je generiranje reduciranih koenzima (3 molekule NADH + H + i 1 molekula FADH 2) nakon čega slijedi prijenos vodikovih atoma ili njihovih elektrona na konačni akceptor - molekularni kisik. Ovaj transport je popraćen velikim smanjenjem slobodne energije, čiji se dio koristi u procesu oksidativne fosforilacije za skladištenje u obliku ATP-a. Jasno je da je ciklus trikarboksilne kiseline aeroban, ovisan o kisiku.

1. Početna reakcija ciklusa trikarboksilne kiseline je kondenzacija acetil-CoA i oksaloctene kiseline uz sudjelovanje enzima citrat sintaze mitohondrijskog matriksa da nastane limunska kiselina.

2. Pod utjecajem enzima akonitaze, koji katalizira uklanjanje molekule vode iz citrata, potonji se pretvara

na cis-akonitnu kiselinu. Voda se spaja s cis-akonitskom kiselinom, pretvarajući se u izocitričnu kiselinu.

3. Enzim izocitrat dehidrogenaza zatim katalizira prvu reakciju dehidrogenaze u ciklusu limunske kiseline, kada se izocitratna kiselina oksidativnom dekarboksilacijom pretvara u α-ketoglutarnu kiselinu:

U ovoj reakciji nastaju prva molekula CO 2 i prva molekula NADH 4- H + ciklusa.

4. Daljnju pretvorbu α-ketoglutarne kiseline u sukcinil-CoA katalizira multienzimski kompleks α-ketoglutarne dehidrogenaze. Ova reakcija je kemijski analogna reakciji piruvat dehidrogenaze. Uključuje lipoičnu kiselinu, tiamin pirofosfat, HS-KoA, NAD +, FAD.

Kao rezultat ove reakcije ponovno nastaje molekula NADH + H + i CO 2 .

5. Molekula sukcinil-CoA ima visokoenergetsku vezu, čija se energija pohranjuje u sljedećoj reakciji u obliku GTP-a. Pod utjecajem enzima sukcinil-CoA sintetaze, sukcinil-CoA se pretvara u slobodnu jantarnu kiselinu. Imajte na umu da se jantarna kiselina također može dobiti iz metilmalonil-CoA oksidacijom masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma.

Ova reakcija je primjer fosforilacije supstrata, budući da se visokoenergetska GTP molekula u ovom slučaju formira bez sudjelovanja lanca prijenosa elektrona i kisika.

6. Jantarna kiselina se oksidira u fumarnu kiselinu u reakciji sukcinat dehidrogenaze. Sukcinat dehidrogenaza, tipični enzim koji sadrži željezo i sumpor, čiji je koenzim FAD. Sukcinat dehidrogenaza je jedini enzim usidren na unutarnju membranu mitohondrija, dok su svi ostali enzimi ciklusa smješteni u matriksu mitohondrija.

7. Nakon toga slijedi hidratacija fumarne kiseline u jabučnu kiselinu pod utjecajem enzima fumaraze u reverzibilna reakcija u fiziološkim uvjetima:

8. Konačna reakcija ciklusa trikarboksilne kiseline je reakcija malat dehidrogenaze uz sudjelovanje aktivnog enzima mitohondrijske NAD~-ovisne malat dehidrogenaze, u kojoj nastaje treća molekula reduciranog NADH + H +:

Formiranje oksaloctene kiseline (oksaloacetata) završava jedan okretaj ciklusa trikarboksilne kiseline. Oksaloctena kiselina može se koristiti u oksidaciji druge molekule acetil-CoA, a ovaj ciklus reakcija može se ponavljati mnogo puta, neprestano dovodeći do proizvodnje oksaloctene kiseline.

Dakle, oksidacija jedne molekule acetil-CoA u TCA ciklusu kao supstrata ciklusa dovodi do proizvodnje jedne molekule GTP, tri molekule NADP + H + i jedne molekule FADH 2. Oksidacija ovih redukcijskih sredstava u biološkom oksidacijskom lancu

lenicija dovodi do sinteze 12 molekula ATP-a. Ovaj izračun je jasan iz teme "Biološka oksidacija": uključivanje jedne molekule NAD + u sustav prijenosa elektrona u konačnici je popraćeno stvaranjem 3 molekule ATP, uključivanje molekule FADH 2 osigurava stvaranje 2 molekule ATP, a jedna GTP molekula je ekvivalentna 1 ATP molekuli.

Imajte na umu da dva ugljikova atoma adetil-CoA ulaze u ciklus trikarboksilne kiseline, a dva ugljikova atoma napuštaju ciklus kao CO 2 u reakcijama dekarboksilacije kataliziranim izocitrat dehidrogenazom i alfa-ketoglutarat dehidrogenazom.

Uz potpunu oksidaciju molekule glukoze u aerobnim uvjetima do C0 2 i H 2 0, stvaranje energije u obliku ATP je:

• 4 molekule ATP-a tijekom pretvorbe molekule glukoze u 2 molekule pirogrožđane kiseline (glikoliza);
• 6 molekula ATP nastalih u reakciji 3-fosfogliceraldehid dehidrogenaze (glikoliza);
• 30 Molekule ATP nastale su tijekom oksidacije dviju molekula pirogrožđane kiseline u reakciji piruvat dehidrogenaze i u kasnijim transformacijama dviju molekula acetil-CoA u CO 2 i H 2 0 u ciklusu trikarboksilne kiseline. Stoga ukupni izlaz energije iz potpune oksidacije molekule glukoze može biti 40 molekula ATP-a. No, treba uzeti u obzir da se tijekom oksidacije glukoze troše dvije molekule ATP-a u fazi pretvaranja glukoze u glukoza-6-fosfat i u fazi pretvaranja fruktozo-6-fosfata u fruktozu-1,6- difosfat. Stoga je "neto" izlazna energija iz oksidacije molekule glukoze 38 molekula ATP-a.

Možete usporediti energiju anaerobne glikolize i aerobnog katabolizma glukoze. Od 688 kcal energije koje teoretski sadrži 1 gram molekule glukoze (180 g), 20 kcal se nalazi u dvije ATP molekule, nastaje u reakcijama anaerobne glikolize, a 628 kcal teoretski ostaje u obliku mliječne kiseline.

U aerobnim uvjetima iz 688 kcal gram molekule glukoze u 38 molekula ATP-a dobije se 380 kcal. Dakle, učinkovitost korištenja glukoze u aerobnim uvjetima je otprilike 19 puta veća nego u anaerobnoj glikolizi.

Treba napomenuti da se sve oksidacijske reakcije (oksidacija trioza fosfata, pirogrožđane kiseline, četiri oksidacijske reakcije ciklusa trikarboksilne kiseline) natječu u sinteza ATP-a od ADP i F neor (Pasteurov efekt). To znači da rezultirajuća molekula NADH + H + u reakcijama oksidacije ima izbor između reakcija dišnog sustava, prenoseći vodik u kisik, i enzima LDH, prenoseći vodik u pirogrožđanu kiselinu.

U ranim fazama ciklusa trikarboksilne kiseline, njezine kiseline mogu napustiti ciklus kako bi sudjelovale u sintezi drugih staničnih spojeva bez ometanja funkcioniranja samog ciklusa. U regulaciju aktivnosti ciklusa trikarboksilne kiseline uključeni su različiti čimbenici. Među njima prvenstveno treba spomenuti opskrbljenost molekulama acetil-CoA, aktivnost piruvat dehidrogenaznog kompleksa, aktivnost komponenata respiratornog lanca i pridružene oksidativne fosforilacije, kao i razinu oksaloctene kiseline.

Molekularni kisik nije izravno uključen u ciklus trikarboksilne kiseline, ali se njegove reakcije odvijaju samo u aerobnim uvjetima, budući da se NAD ~ i FAD mogu regenerirati u mitohondrijima samo prijenosom elektrona na molekularni kisik. Treba naglasiti da je glikoliza, za razliku od ciklusa trikarboksilne kiseline, moguća i u anaerobnim uvjetima, budući da se NAD~ regenerira pri prijelazu pirogrožđane kiseline u mliječnu kiselinu.

Osim stvaranja ATP-a, ciklus trikarboksilne kiseline ima još jedan važno: ciklus osigurava posredničke strukture za različite biosinteze u tijelu. Na primjer, većina atoma porfirina dolazi od sukcinil-CoA, mnoge aminokiseline su derivati ​​α-ketoglutarne i oksalooctene kiseline, a fumarna kiselina nastaje u procesu sinteze uree. Ovo pokazuje cjelovitost ciklusa trikarboksilne kiseline u metabolizmu ugljikohidrata, masti i proteina.

Kao što pokazuju reakcije glikolize, sposobnost većine stanica da stvaraju energiju leži u njihovim mitohondrijima. Broj mitohondrija u različitim tkivima povezan je s fiziološkim funkcijama tkiva i odražava njihovu sposobnost sudjelovanja u aerobnim uvjetima. Na primjer, crvena krvna zrnca nemaju mitohondrije i stoga nemaju sposobnost generiranja energije koristeći kisik kao konačni akceptor elektrona. Međutim, u srčanom mišiću koji funkcionira u aerobnim uvjetima, polovicu volumena stanične citoplazme čine mitohondriji. Jetra također ovisi o aerobnim uvjetima za svoje razne funkcije, a hepatociti sisavaca sadrže do 2 tisuće mitohondrija u jednoj stanici.

Mitohondriji uključuju dvije membrane - vanjsku i unutarnju. Vanjska membrana je jednostavnija, sastoji se od 50% masti i 50% proteina i ima relativno malo funkcija. Unutarnja membrana je strukturno i funkcionalno složenija. Otprilike 80% njegovog volumena čine proteini. Sadrži većinu enzima uključenih u transport elektrona i oksidativnu fosforilaciju, metaboličke posrednike i adenin nukleotide između citosola i matriksa mitohondrija.

Različiti nukleotidi uključeni u redoks reakcije, kao što su NAD+, NADH, NADP+, FAD i FADH 2, ne prodiru kroz unutarnju membranu mitohondrija. Acetil-CoA ne može prijeći iz mitohondrijskog odjeljka u citosol, gdje je potreban za sintezu masnih kiselina ili sterola. Stoga se intramitohondrijski acetil-CoA pretvara u reakciju citrat sintaze ciklusa trikarboksilne kiseline i u tom obliku ulazi u citosol.

Zatim ulazi acetil-SCoA nastao u reakciji PVK dehidrogenaze ciklus trikarboksilnih kiselina(TCA ciklus, ciklus limunske kiseline, Krebsov ciklus). Osim piruvata, ciklus uključuje keto kiseline koje dolaze iz katabolizma aminokiselina ili drugih tvari.

Ciklus trikarboksilnih kiselina

Ciklus se nastavlja mitohondrijski matriks i predstavlja oksidacija molekule acetil-SCoA u osam uzastopnih reakcija.

U prvoj reakciji se vežu acetil I oksalacetat(oksaloctena kiselina) da nastane citrat(limunska kiselina), tada dolazi do izomerizacije limunske kiseline izocitrat te dvije reakcije dehidrogenacije s popratnim oslobađanjem CO 2 i redukcijom NAD.

U petoj reakciji nastaje GTP, to je reakcija fosforilacija supstrata. Zatim se sekvencijalno događa dehidrogenacija ovisna o FAD-u sukcinat(jantarna kiselina), hidratacija fumarova kiseline do malat(jabučna kiselina), zatim NAD-ovisna dehidrogenacija da nastane oksalacetat.

Kao rezultat toga, nakon osam reakcija ciklusa opet nastaje oksalacetat .

Posljednje tri reakcije čine tzv biokemijski motiv(FAD-ovisna dehidrogenacija, hidratacija i NAD-ovisna dehidrogenacija, koristi se za uvođenje keto skupine u strukturu sukcinata. Ovaj motiv je također prisutan u reakcijama β-oksidacije masnih kiselina. Obrnutim redoslijedom (redukcija, de hidratacija i redukcija) ovaj se motiv opaža u reakcijama sinteze masnih kiselina.

Funkcije TsTK

1. Energija

• generacija atomi vodika za funkcioniranje dišnog lanca i to tri molekule NADH i jednu molekulu FADH2,
• sinteza jedne molekule GTF(ekvivalent ATP-u).

2. Anabolički. U TCC nastaju

• prekursor hema sukcinil-SCoA,
• keto kiseline koje se mogu pretvoriti u aminokiseline - α-ketoglutarat za glutaminsku kiselinu, oksalacetat za asparaginsku kiselinu,
• limunska kiselina, koristi se za sintezu masnih kiselina,
• oksalacetat, koristi se za sintezu glukoze.

Anaboličke reakcije TCA ciklusa

Regulacija ciklusa trikarboksilnih kiselina

Alosterična regulacija

Enzimi koji kataliziraju 1., 3. i 4. reakciju TCA ciklusa osjetljivi su na alosterična regulacija metaboliti:

Regulacija dostupnosti oksaloacetata

Glavni I glavni Regulator TCA ciklusa je oksaloacetat, odnosno njegova dostupnost. Prisutnost oksaloacetata regrutira acetil-SCoA u TCA ciklus i pokreće proces.

Obično ćelija ima ravnoteža između stvaranja acetil-SCoA (iz glukoze, masnih kiselina ili aminokiselina) i količine oksaloacetata. Izvori oksaloacetata su

1)Pirogrožđana kiselina, formiran od glukoze ili alanina,

Sinteza oksaloacetata iz piruvata

Regulacija aktivnosti enzima piruvat karboksilaza provedeno uz sudjelovanje acetil-SCoA. Alosteričan je aktivator enzima, a bez njega je piruvat karboksilaza praktički neaktivna. Kada se acetil-SCoA nakupi, enzim počinje djelovati i nastaje oksaloacetat, ali, naravno, samo u prisustvu piruvata.

2) Potvrda od asparaginska kiselina kao rezultat transaminacije ili iz ciklusa AMP-IMP,

3) Dolazeći iz voćne kiseline samog ciklusa (jantarna, α-ketoglutarna, jabučna, limunska), nastala tijekom katabolizma aminokiselina ili u drugim procesima. Većina aminokiseline tijekom katabolizma mogu se transformirati u metabolite TCA ciklusa, koji zatim prelaze u oksaloacetat, koji također održava aktivnost ciklusa.

Nadopunjavanje bazena metabolita TCA ciklusa iz aminokiselina

Reakcije nadopunjavanja ciklusa novim metabolitima (oksaloacetat, citrat, α-ketoglutarat itd.) nazivaju se anaplerotičan.

Uloga oksalacetata u metabolizmu

Primjer značajne uloge oksalacetat služi za aktiviranje sinteze ketonskih tijela i ketoacidoza krvna plazma pri nedovoljna količina oksalacetata u jetri. Ovo stanje se opaža tijekom dekompenzacije dijabetes melitusa ovisnog o inzulinu (dijabetes tipa 1) i tijekom posta. Kod ovih poremećaja u jetri se aktivira proces glukoneogeneze, tj. stvaranje glukoze iz oksalacetata i drugih metabolita, što za posljedicu ima smanjenje količine oksalacetata. Istodobna aktivacija oksidacije masnih kiselina i nakupljanje acetil-SCoA pokreće rezervni put za iskorištavanje acetilne skupine - sinteza ketonskih tijela. U tom slučaju dolazi do zakiseljavanja krvi u tijelu ( ketoacidoza) s karakterističnom kliničkom slikom: slabost, glavobolja, pospanost, smanjen tonus mišića, tjelesna temperatura i krvni tlak.

Promjene u brzini reakcija TCA ciklusa i razlozi nakupljanja ketonskih tijela pod određenim uvjetima

Opisana metoda regulacije uz sudjelovanje oksaloacetata ilustracija je prekrasne formulacije " Masti izgaraju u plamenu ugljikohidrata"To implicira da "plamen sagorijevanja" glukoze dovodi do pojave piruvata, a piruvat se pretvara ne samo u acetil-SCoA, već iu oksalacetat. Prisutnost oksaloacetata osigurava uključivanje acetilne skupine nastale iz masne kiseline u obliku acetil-SCoA, u prvoj reakciji TCA ciklusa.

U slučaju velikog "izgaranja" masnih kiselina, koje se opaža u mišićima tijekom fizički rad i u jetri post, brzina ulaska acetil-SCoA u reakciju TCA ciklusa izravno će ovisiti o količini oksaloacetata (ili oksidirane glukoze).

Ako je količina oksalacetata u hepatocit nije dovoljna (nema glukoze ili nije oksidirana u piruvat), tada će acetilna skupina ići na sintezu ketonskih tijela. To se događa kada dugi post I dijabetes melitus tipa 1.

Taj je metabolički put nazvan po autoru koji ga je otkrio, G. Krebsu, koji je za to otkriće 1953. godine dobio (zajedno s F. Lipmanom) Nobelovu nagradu. Ciklus limunske kiseline hvata većinu slobodne energije stvorene razgradnjom proteina, masti i ugljikohidrata u hrani. Krebsov ciklus je središnji metabolički put.

Acetil-CoA, nastao kao rezultat oksidativne dekarboksilacije piruvata u matriksu mitohondrija, uključen je u lanac uzastopnih oksidacijskih reakcija. Postoji osam takvih reakcija.

1. reakcija - stvaranje limunske kiseline. Citrat nastaje kondenzacijom acetilnog ostatka acetil-CoA s oksalacetatom (OA) pomoću enzima citrat sintaze (uz sudjelovanje vode):

Ova reakcija je praktički ireverzibilna, budući da razgrađuje energetski bogatu tioetersku vezu acetil~S-CoA.

2. reakcija – nastajanje izocitrične kiseline. Ovu reakciju katalizira enzim koji sadrži željezo (Fe - non-hem) - akonitaza. Reakcija se odvija kroz fazu formiranja cis-akonitna kiselina (limunska kiselina podliježe dehidraciji da nastane cis-akonitna kiselina koja dodatkom molekule vode prelazi u izocitričnu kiselinu).

3. reakcija - dehidrogenacija i izravna dekarboksilacija izocitrične kiseline. Reakciju katalizira NAD+-ovisan enzim izocitrat dehidrogenaza. Enzim zahtijeva prisutnost iona mangana (ili magnezija). Budući da je po svojoj prirodi alosterični protein, izocitrat dehidrogenaza zahtijeva specifičan aktivator - ADP.

4. reakcija - oksidativna dekarboksilacija α-ketoglutarne kiseline. Proces katalizira α-ketoglutarat dehidrogenaza - enzimski kompleks sličan strukturi i mehanizmu djelovanja kompleksu piruvat dehidrogenaze. Sadrži iste koenzime: TPP, LA i FAD - vlastite koenzime kompleksa; CoA-SH i NAD + su vanjski koenzimi.

5. reakcija – fosforilacija supstrata. Suština reakcije je prijenos bogata energijom veze sukcinil-CoA (visokoenergetski spoj) na HDF uz sudjelovanje fosforne kiseline - to proizvodi GTP, čija molekula reagira refosforilacija uz ADP – nastaje ATP.

6. reakcija - dehidrogenacija jantarne kiseline sukcinat dehidrogenazom. Enzim izravno prenosi vodik iz supstrata (sukcinat) u ubikinon u unutarnjoj mitohondrijskoj membrani. Sukcinat dehidrogenaza - kompleks II dišnog lanca mitohondrija. Koenzim u ovoj reakciji je FAD.

7. reakcija – stvaranje jabučne kiseline enzimom fumarazom. Fumaraza (fumarat hidrataza) hidratizira fumarnu kiselinu - pritom nastaje jabučna kiselina, a njezina L-oblik, budući da je enzim stereospecifičan.

8. reakcija – stvaranje oksalacetata. Reakcija je katalizirana malat dehidrogenaza , čiji je koenzim NAD +. Oksalacetat nastao pod djelovanjem enzima ponovno se uključuje u Krebsov ciklus i cijeli se ciklički proces ponavlja.

Posljednje tri reakcije su reverzibilne, ali budući da je NADH?H + zahvaćen respiratornim lancem, ravnoteža reakcije se pomiče udesno, tj. prema stvaranju oksalacetata. Kao što vidite, tijekom jedne revolucije ciklusa postoji potpuna oksidacija, “izgaranje”, molekule acetil-CoA. Tijekom ciklusa nastaju reducirani oblici koenzima nikotinamida i flavina koji se oksidiraju u dišnom lancu mitohondrija. Dakle, Krebsov ciklus je in blizak odnos s procesom staničnog disanja.

Funkcije ciklusa trikarboksilne kiseline su različite:

· Integrativni - Krebsov ciklus je središnji metabolički put koji spaja procese razgradnje i sinteze najvažnijih komponenti stanice.

· Anabolički - supstrati ciklusa služe za sintezu mnogih drugih spojeva: oksalacetat se koristi za sintezu glukoze (glukoneogeneza) i sintezu asparaginske kiseline, acetil-CoA - za sintezu hema, α-ketoglutarat - za sintezu glutaminske kiseline. kiselina, acetil-CoA - za sintezu masnih kiselina, kolesterola, steroidnih hormona, acetonskih tijela itd.

· Katabolički - u ovom ciklusu produkti razgradnje glukoze, masnih kiselina i ketogenih aminokiselina završavaju svoj put - svi se oni pretvaraju u acetil-CoA; glutaminska kiselina - u α-ketoglutarnu kiselinu; asparagin - u oksalacetat, itd.

· Zapravo energija - jedna od reakcija ciklusa (razgradnja sukcinil-CoA) je reakcija fosforilacije supstrata. Tijekom te reakcije nastaje jedna molekula GTP-a (reakcija refosforilacije dovodi do stvaranja ATP-a).

· Donator vodika - uz sudjelovanje tri NAD + -ovisne dehidrogenaze (izocitrat, α-ketoglutarat i malat dehidrogenaza) i FAD-ovisne sukcinat dehidrogenaze nastaju 3 NADH?H + i 1 FADH 2. Ovi reducirani koenzimi su donori vodika za dišni lanac mitohondrija, a energija prijenosa vodika koristi se za sintezu ATP-a.

· Anaplerotičan - nadopunjavanje. Značajne količine supstrata Krebsovog ciklusa koriste se za sintezu raznih spojeva i izlaze iz ciklusa. Jedna od reakcija koja nadoknađuje te gubitke je reakcija katalizirana piruvat karboksilazom.

Brzina reakcije Krebsovog ciklusa određena je energetskim potrebama stanice

Brzina reakcija Krebsovog ciklusa korelira s intenzitetom procesa tkivnog disanja i pridružene oksidativne fosforilacije - respiracijske kontrole. Svi metaboliti koji odražavaju dovoljnu opskrbu stanice energijom su inhibitori Krebsovog ciklusa. Povećanje omjera ATP/ADP pokazatelj je dovoljne opskrbe stanice energijom i smanjuje aktivnost ciklusa. Povećanje omjera NAD + / NADH, FAD / FADH 2 ukazuje na nedostatak energije i signal je ubrzanja oksidacijskih procesa u Krebsovom ciklusu.

Glavno djelovanje regulatora usmjereno je na aktivnost tri ključna enzima: citrat sintaze, izocitrat dehidrogenaze i a-ketoglutarat dehidrogenaze. Alosterični inhibitori citrat sintaze su ATP i masne kiseline. U nekim stanicama citrat i NADH imaju ulogu njegovih inhibitora. Izocitrat dehidrogenazu alosterički aktivira ADP i inhibira povećanjem razine NADH+H +.

Riža. 5.15. Ciklus trikarboksilnih kiselina (Krebsov ciklus)

Potonji je također inhibitor a-ketoglutarat dehidrogenaze, čija se aktivnost također smanjuje s povećanjem razine sukcinil-CoA.

Aktivnost Krebsovog ciklusa uvelike ovisi o opskrbljenosti supstratima. Konstantno “curenje” supstrata iz ciklusa (na primjer, tijekom trovanja amonijakom) može izazvati značajne poremećaje u opskrbi stanica energijom.

Pentozofosfatni put oksidacije glukoze služi reduktivnoj sintezi u stanici.

Kao što naziv implicira, ovaj put proizvodi pentozofosfate, koji su prijeko potrebni stanici. Budući da je stvaranje pentoza popraćeno oksidacijom i eliminacijom prvog atoma ugljika glukoze, ovaj se put također naziva apotomski (vrh- vrh).

Pentozofosfatni put može se podijeliti u dva dijela: oksidativni i neoksidativni. U oksidativnom dijelu, koji uključuje tri reakcije, nastaju NADPH?H + i ribuloza-5-fosfat. U neoksidativnom dijelu ribuloza 5-fosfat se pretvara u različite monosaharide s 3, 4, 5, 6, 7 i 8 atoma ugljika; krajnji proizvodi su fruktoza 6-fosfat i 3-PHA.

· Oksidativni dio . Prva reakcija-dehidrogenacija glukoza-6-fosfata glukoza-6-fosfat dehidrogenazom uz stvaranje δ-lakton 6-fosfoglukonske kiseline i NADPH?H + (NADP + - koenzim glukoza-6-fosfat dehidrogenaza).

Druga reakcija- hidroliza 6-fosfoglukonolaktona glukonolakton hidrolazom. Produkt reakcije je 6-fosfoglukonat.

Treća reakcija- dehidrogenacija i dekarboksilacija 6-fosfoglukonolaktona pomoću enzima 6-fosfoglukonat dehidrogenaze, čiji je koenzim NADP +. Tijekom reakcije, koenzim se obnavlja i C-1 glukoza se cijepa u ribuloza-5-fosfat.

· Neoksidirajući dio . Za razliku od prve, oksidativne, sve reakcije ovog dijela pentozofosfatnog puta su reverzibilne (sl. 5.16).

Slika 5.16. Oksidativni dio pentozofosfatnog puta (F-varijanta)

Ribuloza 5-fosfat može izomerizirati (enzim - ketoizomeraza ) u riboza-5-fosfat i epimerizirati (enzim - epimeraza ) u ksiluloza-5-fosfat. Nakon toga slijede dvije vrste reakcija: transketolaza i transaldolaza.

Transketolaza(koenzim - tiamin pirofosfat) odvaja fragment od dva ugljika i prenosi ga na druge šećere (vidi dijagram). Transaldolaza transportira fragmente s tri ugljika.

Prvi reagiraju riboza 5-fosfat i ksiluloza 5-fosfat. Ovo je reakcija transketolaze: 2C fragment se prenosi sa ksiluloza-5-fosfata na riboza-5-fosfat.

Dva nastala spoja tada reagiraju jedan s drugim u reakciji transaldolaze; u ovom slučaju, kao rezultat prijenosa 3C fragmenta sa sedoheptuloza-7-fosfata na 3-PHA, nastaju eritroza-4-fosfat i fruktoza-6-fosfat. To je F-varijanta pentozofosfatnog puta . Karakterističan je za masno tkivo.

Međutim, reakcije mogu ići i drugačijim putem (slika 5.17.) Ovaj put je označen kao L-varijanta. Javlja se u jetri i drugim organima. U tom slučaju u reakciji transaldolaze nastaje oktuloza-1,8-difosfat.

Sl.5.17. Pentozofosfatni (apotomski) put metabolizma glukoze (oktuloza ili L-varijanta)

Eritroza 4-fosfat i fruktoza 6-fosfat mogu ući u reakciju transketolaze, što rezultira stvaranjem fruktoza 6-fosfata i 3-PHA.

Opća jednadžba za oksidativne i neoksidativne dijelove puta pentoza fosfata može se prikazati na sljedeći način:

Glukoza-6-P + 7H 2 O + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH?H + + Fn.

Govorio sam o tome što je to zapravo, zašto je potreban Krebsov ciklus i koje mjesto on zauzima u metabolizmu. Sada prijeđimo na same reakcije ovog ciklusa.

Rezerviram odmah - meni osobno je pamćenje reakcija bila potpuno besmislena aktivnost dok nisam riješio gornja pitanja. Ali ako ste već razumjeli teoriju, predlažem da prijeđete na praksu.

Možete vidjeti mnogo načina za pisanje Krebsovog ciklusa. Najčešće opcije su otprilike ove:

Ali ono što mi se činilo najprikladnijim bila je metoda pisanja reakcija iz dobrog starog udžbenika biokemije autora T. T. Berezova. i Korovkina B.V.

Prva reakcija

Već poznati Acetyl-CoA i Oxaloacetat spajaju se i pretvaraju u citrat, tj. limunska kiselina.

Druga reakcija

Sada uzimamo limunsku kiselinu i okrećemo je izocitrična kiselina. Drugi naziv za ovu tvar je izocitrat.

Zapravo, ova reakcija je nešto kompliciranija, kroz međufazu - stvaranje cis-akonitne kiseline. Ali odlučio sam ga pojednostaviti kako biste ga bolje zapamtili. Ako je potrebno, ovdje možete dodati korak koji nedostaje ako se sjećate svega ostalog.

U biti, dvije funkcionalne skupine jednostavno su zamijenile mjesta.

Treća reakcija

Dakle, imamo izocitričnu kiselinu. Sada ga treba dekarboksilirati (tj. ukloniti COOH) i dehidrogenirati (tj. ukloniti H). Dobivena tvar je a-ketoglutarat.

Ova reakcija je značajna za stvaranje kompleksa HADH 2. To znači da NAD transporter preuzima vodik za pokretanje dišnog lanca.

Sviđa mi se verzija reakcija Krebsovog ciklusa u udžbeniku Berezova i Korovkina upravo zato što su atomi i funkcionalne skupine koje sudjeluju u reakcijama odmah jasno vidljive.

Četvrta reakcija

Opet, nikotin amid adenin dinukleotid radi kao sat, tj IZNAD. Ovaj lijepi nosač dolazi ovamo, baš kao u zadnjem koraku, da zgrabi vodik i prenese ga u dišni lanac.

Usput, dobivena tvar je sukcinil-CoA, ne treba te plašiti. Sukcinat je drugi naziv za jantarnu kiselinu, koji vam je poznat iz dana bioorganske kemije. Sukcinil-Coa je spoj jantarne kiseline s koenzimom-A. Možemo reći da je ovo ester jantarne kiseline.

Peta reakcija

U prethodnom koraku smo rekli da je sukcinil-CoA ester jantarne kiseline. A sada ćemo dobiti samu jantarna kiselina, odnosno sukcinat, iz sukcinil-CoA. Izuzetno važna točka: upravo u ovoj reakciji fosforilacija supstrata.

Fosforilacija općenito (može biti oksidacijska i supstratna) je dodavanje fosforne skupine PO 3 na GDP ili ATP kako bi se dobio potpuni GTF, odnosno ATP. Supstrat se razlikuje po tome što je ta ista fosforna skupina otrgnuta od svake tvari koja ga sadrži. Pa jednostavno rečeno, prenosi se s PODLOGE na HDF ili ADP. Zato se zove "fosforilacija supstrata".

Još jednom: na početku fosforilacije supstrata imamo molekulu difosfata - gvanozin difosfat ili adenozin difosfat. Fosforilacija se sastoji u činjenici da se molekula s dva ostatka fosforne kiseline - HDP ili ADP - "kompletira" u molekulu s tri ostatka fosforne kiseline kako bi se proizveo gvanozin TRIfosfat ili adenozin TRIfosfat. Ovaj se proces događa tijekom pretvorbe sukcinil-CoA u sukcinat (tj. jantarnu kiselinu).

Na dijagramu možete vidjeti slova F (n). To znači "anorganski fosfat". Anorganski fosfat se prenosi sa supstrata na HDP tako da produkti reakcije sadrže dobar, kompletan GTP. Pogledajmo sada samu reakciju:

Šesta reakcija

Sljedeća transformacija. Ovaj put će se jantarna kiselina koju smo dobili u zadnjem koraku pretvoriti u fumarat, primijetite novu dvostruku vezu.

Dijagram jasno pokazuje kako sudjeluje u reakciji FAD: Ovaj neumorni prijenosnik protona i elektrona hvata vodik i vuče ga izravno u dišni lanac.

Sedma reakcija

Već smo na cilju. Pretposljednja faza Krebsovog ciklusa je reakcija koja pretvara fumarat u L-malat. L-malat je drugo ime L-jabučna kiselina, poznat iz kolegija bioorganske kemije.

Ako pogledate samu reakciju, vidjet ćete da, prvo, ide obostrano, a drugo, njezina bit je hidratacija. To jest, fumarat jednostavno veže molekulu vode na sebe, što rezultira L-jabučnom kiselinom.

Osma reakcija

Posljednja reakcija Krebsovog ciklusa je oksidacija L-jabučne kiseline u oksalacetat, tj. oksaloctena kiselina. Kao što razumijete, "oksaloacetat" i "oksaloctena kiselina" su sinonimi. Vjerojatno se sjećate da je oksaloctena kiselina sastavni dio prve reakcije Krebsovog ciklusa.

Ovdje primjećujemo osobitost reakcije: stvaranje NADH 2, koji će prenositi elektrone u dišni lanac. Ne zaboravite i reakcije 3,4 i 6, tamo također nastaju prijenosnici elektrona i protona za dišni lanac.

Kao što vidite, posebno sam crvenom bojom istaknuo reakcije tijekom kojih nastaju NADH i FADH2. To su vrlo važne tvari za dišni lanac. Zelenom bojom označio sam reakciju u kojoj se javlja fosforilacija supstrata i proizvodi GTP.

Kako zapamtiti sve ovo?

Zapravo, nije tako teško. Nakon što pročitate moja dva članka u cijelosti, kao i vaš udžbenik i predavanja, samo trebate vježbati pisanje ovih reakcija. Preporučujem zapamtiti Krebsov ciklus u blokovima od 4 reakcije. Zapišite ove 4 reakcije nekoliko puta, za svaku odaberite asocijaciju koja odgovara vašem sjećanju.

Na primjer, odmah sam se vrlo lako sjetio druge reakcije, u kojoj izocitrična kiselina nastaje iz limunske kiseline (koja je, mislim, svima poznata od djetinjstva).

Također možete koristiti mnemotehniku ​​kao što je: " Cijeli ananas i komad souffléa zapravo su moj današnji ručak, što odgovara seriji - citrat, cis-akonitat, izocitrat, alfa-ketoglutarat, sukcinil-CoA, sukcinat, fumarat, malat, oksaloacetat." Ima još hrpa takvih.

Ali, da budem iskren, takve pjesme gotovo nikad nisam volio. Po meni je lakše zapamtiti sam slijed reakcija. Puno mi je pomoglo što sam Krebsov ciklus podijelio na dva dijela, od kojih sam svaki vježbao pisati nekoliko puta na sat. U pravilu se to događalo na nastavi poput psihologije ili bioetike. Ovo je vrlo zgodno - bez ometanja s predavanja, možete potrošiti doslovno minutu na pisanje reakcija onako kako ih se sjećate, a zatim ih provjeriti s ispravnom opcijom.

Usput, na nekim sveučilištima, tijekom testova i ispita iz biokemije, nastavnici ne zahtijevaju poznavanje samih reakcija. Samo trebate znati što je Krebsov ciklus, gdje se pojavljuje, koje su njegove značajke i značaj i, naravno, sam lanac transformacija. Samo se lanac može imenovati bez formula, koristeći samo nazive tvari. Ovaj pristup nije bez smisla, po mom mišljenju.

Nadam se da vam je moj vodič kroz TCA ciklus bio od pomoći. I želim vas podsjetiti da ova dva članka nisu potpuna zamjena za vaša predavanja i udžbenike. Napisao sam ih samo da otprilike shvatite što je Krebsov ciklus. Ako iznenada vidite bilo kakvu pogrešku u mom vodiču, napišite o tome u komentarima. Hvala na pozornosti!