Rövid történelmi információk

Kedvenc ciklusunk a CTK, vagyis a harmadik ciklus karbonsavak- élet a Földön és a Föld alatt és a Földben... Állj meg, általában ez a legcsodálatosabb mechanizmus - univerzális, a szénhidrátok, zsírok, fehérjék bomlástermékeinek oxidációja az élő sejtekben szervezetek, ennek eredményeként energiát nyerünk szervezetünk tevékenységéhez.

Hans Krebs maga fedezte fel ezt a folyamatot, amiért megkapta Nóbel díj!

1900. augusztus 25-én született a németországi Hildesheim városában. Megkapta orvosi oktatás Hamburgi Egyetem folytatta a biokémiai kutatásokat Otto Warburg vezetésével Berlinben.

1930-ban tanítványával együtt felfedezte az ammónia semlegesítésének folyamatát a szervezetben, amely az élővilág számos képviselőjében, így az emberben is jelen volt. Ez a ciklus a karbamid-ciklus, amelyet Krebs-ciklusnak is neveznek #1.

Amikor Hitler hatalomra került, Hans Nagy-Britanniába emigrált, ahol a Cambridge-i és Sheffieldi Egyetemen folytatja természettudományos tanulmányait. Szent-Györgyi Albert magyar biokémikus kutatásait fejlesztve betekintést nyert és elkészítette a leghíresebb 2. számú Krebs-ciklust, vagyis a „Szent-Györgyö – Krebs-ciklust” - 1937.

A kutatási eredményeket elküldik a Nature folyóiratnak, amely megtagadja a cikk közzétételét. Ezután a szöveg a hollandiai "Enzymologia" magazinba repül. Krebs 1953-ban fiziológiai és orvosi Nobel-díjat kapott.

A felfedezés meglepő volt: Szent-Györgyi 1935-ben megállapította, hogy a borostyánkősav, oxálecetsav, fumársav és almasav (mind a 4 sav az állati sejtek természetes kémiai összetevője) fokozza az oxidációs folyamatot a galamb mellizomjában. Ami fel volt aprítva.

Ebben fordulnak elő a legnagyobb sebességgel az anyagcsere folyamatok.

F. Knoop és K. Martius 1937-ben azt találta, hogy a citromsav egy köztes termék, a cisz-akonitsav révén alakul izocitrinsavvá. Ezen túlmenően az izocitrinsav a-ketoglutársavvá, az pedig borostyánkősavvá alakítható.

Krebs észrevette a savak hatását a galamb mellizomzatában az O2 felszívódására, és megállapította, hogy aktiválják a PVC oxidációját és az acetil-koenzim A képződését. Ezenkívül az izomban zajló folyamatokat a malonsav gátolta. , amely hasonló a borostyánkősavhoz, és kompetitív módon gátolja azokat az enzimeket, amelyek szubsztrátja a borostyánkősav.

Amikor Krebs malonsavat adott a reakcióközeghez, megindult az a-ketoglutársav, citromsav és borostyánkősav felhalmozódása. Így egyértelmű, hogy az a-ketoglutársav és a citromsav együttes hatása borostyánkősav képződéséhez vezet.

Hans több mint 20 másik anyagot vizsgált meg, de ezek nem befolyásolták az oxidációt. A kapott adatokat összehasonlítva Krebs ciklust kapott. A kutató kezdetben nem tudta biztosan megmondani, hogy a folyamat citromsavval vagy izocitromsavval indult-e ki, ezért „trikarbonsav-ciklusnak” nevezte el.

Most már tudjuk, hogy az első a citromsav, így a helyes név a citrát ciklus vagy a citromsav ciklus.

Az eukariótákban a TCA-ciklusreakciók a mitokondriumokban mennek végbe, míg az 1-es kivételével minden katalizáló enzim szabad állapotban van a mitokondriális mátrixban; kivétel a szukcinát-dehidrogenáz, amely a mitokondrium belső membránján lokalizálódik és beágyazódik a mitokondriumba. a lipid kettősréteg. A prokariótákban a ciklus reakciói a citoplazmában mennek végbe.

Találkozzunk a ciklus résztvevőivel:

1) Acetil-koenzim A:
- acetilcsoport
- koenzim A - koenzim A:

2) PIKE – Oxaloacetát – Oxaloecetsav:
két részből áll: oxálsavból és ecetsavból.

3-4) Citromsav és izocitromsav:

5) a-ketoglutársav:

6) szukcinil-koenzim A:

7) Borostyánkősav:

8) Fumársav:

9) Almasav:

Hogyan jönnek létre a reakciók? Általában mindannyian hozzászoktunk a gyűrű megjelenéséhez, ami az alábbi képen látható. Az alábbiakban minden lépésről lépésre le van írva:

1. Az acetil-koenzim A és az oxálecetsav ➙ citromsav kondenzációja.

Az acetil-koenzim A átalakulása oxálecetsavval történő kondenzációval kezdődik, ami citromsav képződését eredményezi.

A reakcióhoz nincs szükség ATP felhasználására, mivel ehhez a folyamathoz az energiát a tioéterkötés hidrolízise biztosítja az acetil-koenzim A-val, amely nagy energiájú:

2. A citromsav a cisz-akonitsavon keresztül izocitromsavvá alakul.

Megtörténik a citromsav izomerizációja izocitromsavvá. A konverziós enzim - az akonitáz - először dehidratálja a citromsavat cisz-akonitsavvá, majd a vizet a metabolit kettős kötéséhez köti, izocitricsavat képezve:

3. Az izocitromsavat dehidrogénezve α-ketoglutársav és CO2 keletkezik.

Az izocitromsavat egy specifikus dehidrogenáz oxidálja, melynek koenzimje a NAD.

Az oxidációval egyidejűleg az izocitromsav dekarboxilezése megy végbe. Az átalakulások eredményeként α-ketoglutársav képződik.

4. Az alfa-ketoglutársavat ➙ szukcinil-koenzim A és CO2 dehidrogénezi.

A következő lépés az α-ketoglutársav oxidatív dekarboxilezése.

Az α-ketoglutarát-dehidrogenáz komplex katalizálja, amely mechanizmusában, szerkezetében és hatásában hasonló a piruvát-dehidrogenáz komplexhez. Ennek eredményeként szukcinil-CoA képződik.

5. Succinil koenzim A ➙ borostyánkősav.

A szukcinil-CoA szabad borostyánkősavvá hidrolizálódik, a felszabaduló energiát guanozin-trifoszfát képződése tárolja. Ez az egyetlen szakasz a ciklusban, amelyben az energia közvetlenül szabadul fel.

6. A borostyánkősavat dehidrogénezzük ➙ fumársav.

A borostyánkősav dehidrogénezését a szukcinát-dehidrogenáz gyorsítja, koenzime a FAD.

7. A fumársav hidratált ➙ almasav.

A borostyánkősav dehidrogénezésével képződő fumársav hidratálódik és almasav képződik.

8. Az almasavat dehidrogénezzük ➙ Oxál-ecetsav - a ciklus bezárul.

A végső folyamat az almasav dehidrogénezése, amelyet a malát-dehidrogenáz katalizál;

A szakasz eredménye az a metabolit, amellyel a trikarbonsav ciklus megindul - az oxál-ecetsav.

A következő ciklus 1. reakciójában újabb mennyiségű acetil-koenzim A lép be.

Hogyan emlékezzünk erre a ciklusra? Éppen!

1) Nagyon képletes kifejezés:
Valójában egy egész ananász és egy darab szufla az ebédem ma, amely megfelel - citrát, cisz-akonitát, izocitrát, (alfa-)ketoglutarát, szukcinil-CoA, szukcinát, fumarát, malát, oxálacetát.

2) Még egy hosszú vers:

A PIKE acetátot evett, kiderült, citrát,
A cisakonitán keresztül izocitráttá válik.
A hidrogént a NAD-nak feladva CO2-t veszít,
Az alfa-ketoglutarát ennek rendkívül örül.
Jön az oxidáció – a NAD ellopta a hidrogént,
A TDP, a koenzim A CO2-t vesz fel.
És az energia alig jelent meg a szukcinilben,
Azonnal megszületett az ATP, és ami megmaradt, az a szukcinát volt.
Most eljutott a FAD-hoz – hidrogénre van szüksége,
A fumarát ivott a vízből, és maláttá változott.
Aztán a NAD maláthoz jutott, hidrogént szerzett,
A Csuka ismét felbukkant, és csendesen elbújt.

3) Az eredeti vers – röviden:

CSUKA ACETYL LIMONIL,
De a ló félt a nárcisztól,
Fölötte áll ISOLIMON
ALFA – KETOGLUTARÁZ.
KOENZIMVEL SUCCINALIZÁLT,
ABER FUMAROVO,
Tárolt néhány almát télre,
Ismét CSÜKÉ lett.

TRIKARBOLSAV CIKLUS (KREBS CIKLUS)

A glikolízis a glükózt piruváttá alakítja, és két ATP-molekulát állít elő egy glükózmolekulából – ez egy kis rész helyzeti energia ezt a molekulát.

Aerob körülmények között a piruvát a glikolízisből acetil-CoA-vá alakul, és a trikarbonsavciklusban (citromsavciklus) CO2-dá oxidálódik. Ebben az esetben a ciklus reakcióiban felszabaduló elektronok a NADH-t és a FADH 2-t 0 2 -be – a végső akceptorba – engedik át. Az elektrontranszport a mitokondriális membránban egy proton gradiens létrehozásához kapcsolódik, amelynek energiáját azután az oxidatív foszforiláció eredményeként az ATP szintézisére használják fel. Nézzük ezeket a reakciókat.

Aerob körülmények között a piroszőlősav (1. szakasz) oxidatív dekarboxilezésen megy keresztül, amely hatékonyabb, mint a tejsavvá történő átalakulás, acetil-CoA képződésével (2. szakasz), amely oxidálható a glükóz lebontásának végtermékeivé - CO 2 és H 2 0 (3. szakasz). G. Krebs (1900-1981), német biokémikus, miután az egyes szerves savak oxidációját tanulmányozta, reakcióikat egyetlen ciklusba egyesítette. Ezért a trikarbonsav ciklust gyakran Krebs-ciklusnak nevezik az ő tiszteletére.

A piroszőlősav acetil-CoA-vá történő oxidációja a mitokondriumokban történik három enzim (piruvát-dehidrogenáz, lipoamid-dehidrogenáz, lipoil-acetil-transzferáz) és öt koenzim (NAD, FAD, tiamin-pirofoszfát, liponsav-amid, koenzim A) részvételével. Ez a négy koenzim B-vitaminokat tartalmaz (B x, B 2, B 3, B 5), ami azt jelzi, hogy ezekre a vitaminokra van szükség a szénhidrátok normál oxidációjához. Ennek az összetett enzimrendszernek a hatására a piruvát oxidatív dekarboxilezési reakcióban ecetsav - acetil-koenzim A - aktív formává alakul:

Fiziológiás körülmények között a piruvát-dehidrogenáz kizárólag irreverzibilis enzim, ami megmagyarázza a zsírsavak szénhidráttá alakításának lehetetlenségét.

Egy nagy energiájú kötés jelenléte az acetil-CoA molekulában ennek a vegyületnek a nagy reaktivitását jelzi. Az acetil-CoA különösen a mitokondriumokban tud energiát termelni; a májban a felesleges acetil-CoA a ketontestek szintéziséhez megy, a citoszolban pedig részt vesz a szintézisben összetett molekulák, mint például a szteroidok és zsírsav.

A piroszőlősav oxidatív dekarboxilezési reakciójában kapott acetil-CoA belép a trikarbonsav ciklusba (Krebs-ciklus). A Krebs-ciklus, a szénhidrátok, zsírok és aminosavak oxidációjának végső katabolikus útja, lényegében egy „metabolikus üst”. A Krebs-ciklus kizárólag a mitokondriumokban végbemenő reakcióit citromsavciklusnak vagy trikarbonsavciklusnak (TCA ciklus) is nevezik.

Az egyik alapvető funkciókat A trikarbonsavak ciklusa redukált koenzimek generálása (3 molekula NADH + H + és 1 molekula FADH 2), majd a hidrogénatomok vagy elektronjaik átvitele a végső akceptorhoz - molekuláris oxigénhez. Ezt a transzportot a szabad energia nagymértékű csökkenése kíséri, amelynek egy részét az oxidatív foszforiláció folyamatában használják fel ATP formájában való tárolásra. Nyilvánvaló, hogy a trikarbonsav ciklus aerob, oxigénfüggő.

1. A trikarbonsavciklus kezdeti reakciója az acetil-CoA és az oxálecetsav kondenzációja a citrát szintáz mitokondriális mátrix enzim részvételével, citromsav keletkezése közben.

2. A citrátból egy vízmolekula eltávolítását katalizáló akonitáz enzim hatására az utóbbi elfordul

cisz-akonitsavhoz. A víz a cisz-akonitsavval egyesül, és izocitromsavvá alakul.

3. Az izocitrát-dehidrogenáz enzim ezután katalizálja a citromsavciklus első dehidrogenáz-reakcióját, amikor az izocitromsav oxidatív dekarboxilezéssel α-ketoglutársavvá alakul:

Ebben a reakcióban keletkezik az első CO 2 molekula és a NADH 4- H + ciklus első molekulája.

4. Az α-ketoglutársav további átalakulását szukcinil-CoA-vá az α-ketoglutarin-dehidrogenáz multienzim komplexe katalizálja. Ez a reakció kémiailag analóg a piruvát-dehidrogenáz reakcióval. Ez magában foglalja a liponsavat, a tiamin-pirofoszfátot, a HS-KoA-t, a NAD+-t, a FAD-ot.

E reakció eredményeként ismét NADH + H + és CO 2 molekula keletkezik.

5. A szukcinil-CoA molekula nagy energiájú kötést tartalmaz, melynek energiája a következő reakcióban raktározódik el GTP formájában. A szukcinil-CoA szintetáz enzim hatására a szukcinil-CoA szabad borostyánkősavvá alakul. Megjegyzendő, hogy a borostyánkősavat metilmalonil-CoA-ból is nyerhetjük páratlan szénatomszámú zsírsavak oxidációjával.

Ez a reakció egy példa a szubsztrát foszforilációjára, mivel a nagy energiájú GTP molekula ebben az esetben az elektron- és oxigénszállító lánc részvétele nélkül jön létre.

6. A borostyánkősav a szukcinát-dehidrogenáz reakcióban fumársavvá oxidálódik. A szukcinát-dehidrogenáz tipikus vas-kéntartalmú enzim, melynek koenzimje a FAD. A szukcinát-dehidrogenáz az egyetlen enzim, amely a belső mitokondriális membránhoz van rögzítve, míg az összes többi ciklus enzim a mitokondriális mátrixban található.

7. Ezt követi a fumársav almasavvá történő hidratálása a fumaráz enzim hatására reverzibilis reakció fiziológiás körülmények között:

8. A trikarbonsavciklus végső reakciója a malát-dehidrogenáz reakció a mitokondriális NAD~-függő malát-dehidrogenáz aktív enzim részvételével, amelyben a redukált NADH + H + harmadik molekulája keletkezik:

Az oxál-ecetsav (oxál-acetát) képződése befejezi a trikarbonsav ciklus egy fordulatát. Az oxalacsav felhasználható egy második acetil-CoA molekula oxidálására, és ez a reakcióciklus sokszor megismételhető, ami folyamatosan oxálecetsav képződéséhez vezet.

Így egy molekula acetil-CoA oxidációja a TCA-ciklusban a ciklus szubsztrátjaként egy molekula GTP, három molekula NADP + H + és egy molekula FADH 2 termelődéséhez vezet. Ezen redukálószerek oxidációja a biológiai oxidációs láncban

a lenition 12 ATP molekula szintéziséhez vezet. Ez a számítás jól látszik a „Biológiai oxidáció” témakörből: egy NAD + molekula bekerülése az elektrontranszport rendszerbe végső soron 3 ATP molekula képződésével jár együtt, egy FADH 2 molekula bevonása 2 ATP molekula kialakulását biztosítja, és egy GTP-molekula egyenértékű 1 ATP-molekulával.

Vegye figyelembe, hogy az adetil-CoA két szénatomja belép a trikarbonsav körfolyamatba, és két szénatom CO 2 formájában hagyja el a ciklust az izocitrát-dehidrogenáz és az alfa-ketoglutarát-dehidrogenáz által katalizált dekarboxilezési reakciókban.

A glükózmolekula aerob körülmények között történő teljes oxidációjával C0 2 -vé és H 2 0 - vá, az energia képződése ATP formájában:

• 4 molekula ATP a glükózmolekula 2 molekula piroszőlősavvá történő átalakulása során (glikolízis);
• 6 ATP molekula képződik a 3-foszfogliceraldehid dehidrogenáz reakcióban (glikolízis);
• 30 ATP-molekula, amely a piruvát-dehidrogenáz reakcióban két piroszőlősav-molekula oxidációja során, majd a trikarbonsavciklusban két acetil-CoA-molekula CO 2 -dá és H 2 0 -dá történő átalakulása során keletkezik. Ezért a glükózmolekula teljes oxidációjából származó teljes energiatermelés 40 ATP molekula lehet. Figyelembe kell azonban venni, hogy a glükóz oxidációja során két ATP-molekula fogyaszt el a glükóz glükóz-6-foszfáttá, illetve a fruktóz-6-foszfát 1,6-fruktózzá történő átalakulásának szakaszában. difoszfát. Ezért a glükózmolekula oxidációjából származó „nettó” energia 38 ATP-molekula.

Összehasonlíthatja az anaerob glikolízis és a glükóz aerob katabolizmusának energetikáját. Az 1 gramm glükózmolekula (180 g) elméletileg tartalmazott 688 kcal energiájából 20 kcal két ATP molekulák, az anaerob glikolízis reakcióiban keletkezik, és elméletileg 628 kcal marad tejsav formájában.

Aerob körülmények között egy gramm glükózmolekula 688 kcal-jából 38 ATP-molekulában 380 kcal-t kapunk. Így a glükóz felhasználásának hatékonysága aerob körülmények között körülbelül 19-szer magasabb, mint az anaerob glikolízisnél.

Meg kell jegyezni, hogy az összes oxidációs reakció (trióz-foszfát, piroszőlősav oxidációja, a trikarbonsavciklus négy oxidációs reakciója) versenyez ATP szintézis ADP-ből és F neorból (Pasteur-effektus). Ez azt jelenti, hogy az oxidációs reakciók során létrejövő NADH + H + molekula választhat a légzőrendszer reakciói között, amelyek a hidrogént oxigénné adják át, illetve az LDH enzimet, amely a hidrogént viszi át a piroszőlősavba.

A trikarbonsavciklus korai szakaszában annak savai kiléphetnek a ciklusból, hogy részt vegyenek más sejtvegyületek szintézisében anélkül, hogy magának a ciklusnak a működését megzavarnák. A trikarbonsavciklus aktivitásának szabályozásában különböző tényezők vesznek részt. Közülük elsősorban az acetil-CoA molekulákkal való ellátottságot, a piruvát-dehidrogenáz komplex aktivitását, a légzési lánc komponenseinek aktivitását és a kapcsolódó oxidatív foszforilációt, valamint az oxálecetsav szintjét kell megemlíteni.

A molekuláris oxigén közvetlenül nem vesz részt a trikarbonsav körfolyamatban, de reakciói csak aerob körülmények között mennek végbe, mivel a NAD ~ és a FAD a mitokondriumokban csak elektronok molekuláris oxigénbe történő átvitelével regenerálható. Hangsúlyozni kell, hogy a glikolízis a trikarbonsavciklussal ellentétben anaerob körülmények között is lehetséges, mivel a NAD~ a piroszőlősav tejsavvá történő átalakulása során regenerálódik.

Az ATP képződésén kívül a trikarbonsav ciklusnak van egy másik fontos: a ciklus közvetítő struktúrákat biztosít a szervezet különféle bioszintéziséhez. Például a porfirinek legtöbb atomja szukcinil-CoA-ból származik, sok aminosav α-ketoglutársav és oxálecetsav származéka, és a fumársav a karbamid szintézis folyamatában fordul elő. Ez bizonyítja a trikarbonsav ciklus integritását a szénhidrátok, zsírok és fehérjék metabolizmusában.

Ahogy a glikolízis reakciói mutatják, a legtöbb sejt energiatermelő képessége a mitokondriumaiban rejlik. A különböző szövetekben található mitokondriumok száma a szövetek fiziológiai funkcióival függ össze, és tükrözi az aerob körülmények között való részvételi képességüket. Például a vörösvérsejtek nem rendelkeznek mitokondriumokkal, és ezért nem képesek energiát termelni oxigénnel, mint végső elektronakceptorral. Az aerob körülmények között működő szívizomzatban azonban a sejt citoplazma térfogatának felét a mitokondriumok képviselik. A máj az aerob körülményektől is függ különféle funkciókat, az emlős hepatociták pedig akár 2 ezer mitokondriumot is tartalmaznak egy sejtben.

A mitokondriumok két membránt tartalmaznak - külső és belső. A külső membrán egyszerűbb, 50%-ban zsírokból és 50%-ban fehérjékből áll, és viszonylag kevés funkciót lát el. A belső membrán szerkezetileg és funkcionálisan összetettebb. Térfogatának körülbelül 80%-a fehérje. Tartalmazza az elektrontranszportban és az oxidatív foszforilációban részt vevő enzimek többségét, metabolikus intermediereket és adenin nukleotidokat a citoszol és a mitokondriális mátrix között.

A redox reakciókban részt vevő különféle nukleotidok, mint például a NAD +, NADH, NADP +, FAD és FADH 2, nem hatolnak át a belső mitokondriális membránon. Az acetil-CoA nem tud eljutni a mitokondriális kompartmentből a citoszolba, ahol zsírsavak vagy szterolok szintéziséhez szükséges. Ezért az intramitokondriális acetil-CoA a trikarbonsavciklus citrát-szintáz reakciójává alakul, és ebben a formában lép be a citoszolba.

Ezután a PVK-dehidrogenáz reakcióban képződött acetil-SCoA belép trikarbonsav ciklus(TCA ciklus, citromsav ciklus, Krebs ciklus). A piruváton kívül a ciklus magában foglalja az aminosavak vagy más anyagok katabolizmusából származó ketosavakat is.

Trikarbonsav ciklus

A ciklus beindul mitokondriális mátrixés képviseli oxidáció molekulák acetil-SCoA nyolc egymást követő reakcióban.

Az első reakcióban megkötik acetilÉs oxálacetát(oxálecetsav) képződik citrát(citromsav), akkor a citromsav izomerizációja következik be izocitrátés két dehidrogénezési reakció CO 2 felszabadulásával és NAD redukciójával.

Az ötödik reakcióban GTP képződik, ez a reakció szubsztrát foszforiláció. Ezután a FAD-függő dehidrogénezés szekvenciálisan megy végbe szukcinát(borostyánkősav), hidratálás fumarova savat malát(almasav), majd NAD-függő dehidrogénezés alakul ki oxálacetát.

Ennek eredményeként a ciklus nyolc reakciója után újra oxálacetát képződik .

Az utolsó három reakció alkotja az ún biokémiai motívum(FAD-függő dehidrogénezés, hidratálás és NAD-függő dehidrogénezés, ketocsoport bevitelére szolgál a szukcinát szerkezetbe. Ez a motívum a zsírsavak β-oxidációs reakcióiban is jelen van. Fordított sorrendben (redukció, de hidratálás és redukció) ez a motívum figyelhető meg a zsírsavszintézis reakcióiban.

A TsTK funkciói

1. Energia

• generáció hidrogénatomok a légzőlánc működéséhez, nevezetesen három molekula NADH és egy molekula FADH2,
• egymolekulás szintézis GTF(egyenértékű az ATP-vel).

2. Anabolikus. A TCC-ben alakulnak ki

• hem prekurzora szukcinil-SCoA,
• aminosavakká alakítható ketosavak - α-ketoglutarát glutaminsavhoz, oxálacetát az aszparaginsavhoz,
• citromsav, zsírsavak szintézisére használják,
• oxálacetát, glükóz szintézisre használják.

A TCA ciklus anabolikus reakciói

A trikarbonsavciklus szabályozása

Alloszterikus szabályozás

A TCA ciklus 1., 3. és 4. reakcióját katalizáló enzimek érzékenyek a allosztérikus szabályozás metabolitok:

Az oxálacetát hozzáférhetőségének szabályozása

FőÉs fő- A TCA-ciklus szabályozója az oxálacetát, pontosabban annak elérhetősége. Az oxál-acetát jelenléte bevonja az acetil-SCoA-t a TCA-ciklusba, és elindítja a folyamatot.

Általában a sejt rendelkezik egyensúly az acetil-SCoA képződése (glükózból, zsírsavakból vagy aminosavakból) és az oxálacetát mennyisége között. Az oxálacetát forrásai a következők

1)Piruvinsav glükózból vagy alaninból képződik,

Oxaloacetát szintézise piruvátból

Az enzimaktivitás szabályozása piruvát-karboxiláz részvételével valósult meg acetil-SCoA. Ez allosztérikus aktivátor enzim, anélkül pedig a piruvát-karboxiláz gyakorlatilag inaktív. Amikor az acetil-SCoA felhalmozódik, az enzim elkezd dolgozni, és oxálacetát képződik, de természetesen csak piruvát jelenlétében.

2) Átvétel innen aszparaginsav transzamináció vagy az AMP-IMP ciklus eredményeként,

3) innen származik gyümölcssavak maga a ciklus (borostyánkősav, α-ketoglutársav, almasavsav, citromsav), ami az aminosavak lebontása során vagy más folyamatok során jön létre. Többség aminosavak katabolizmusuk során képesek átalakulni a TCA-ciklus metabolitjaivá, amelyek aztán oxálacetáttá alakulnak, ami szintén fenntartja a ciklus aktivitását.

A TCA-ciklus metabolitkészletének pótlása aminosavakból

A ciklus új metabolitokkal (oxaloacetát, citrát, α-ketoglutarát stb.) történő feltöltésének reakcióit ún. anaplerotikus.

Az oxálacetát szerepe az anyagcserében

Példa egy jelentős szerepre oxálacetát ketontestek szintézisének aktiválására szolgál és ketoacidózis vérplazma at elégtelen oxálacetát mennyisége a májban. Ezt az állapotot az inzulinfüggő diabetes mellitus (1-es típusú cukorbetegség) dekompenzációja és az éhezés során figyelik meg. Ezekkel a rendellenességekkel a májban aktiválódik a glükoneogenezis folyamata, azaz. glükóz képződése az oxálacetátból és más metabolitokból, ami az oxálacetát mennyiségének csökkenésével jár. A zsírsav-oxidáció és az acetil-SCoA felhalmozódása egyidejű aktiválása egy tartalék útvonalat indít el az acetilcsoport hasznosításához. ketontestek szintézise. Ilyenkor a szervezetben vérsavasodás alakul ki ( ketoacidózis) jellegzetes klinikai képpel: gyengeség, fejfájás, álmosság, csökkent izomtónus, testhőmérséklet és vérnyomás.

A TCA-ciklusreakciók sebességének változása és a ketontestek felhalmozódásának okai bizonyos körülmények között

Az oxálacetát részvételével leírt szabályozási módszer a gyönyörű készítmény illusztrációja. A zsírok a szénhidrátok lángjában égnek„Ez azt jelenti, hogy a glükóz „égés lángja” piruvát megjelenéséhez vezet, és a piruvát nemcsak acetil-SCoA-vá, hanem acetil-SCoA-vá is alakul. oxálacetát. Az oxál-acetát jelenléte biztosítja a képződött acetilcsoport beépülését zsírsavak acetil-SCoA formájában, a TCA ciklus első reakciójában.

Abban az esetben, ha a zsírsavak nagy léptékű „égése” történik, amely során az izmokban figyelhető meg fizikai munka és a májban böjtölés, az acetil-SCoA TCA ciklus reakcióba való belépésének sebessége közvetlenül függ az oxálacetát (vagy oxidált glükóz) mennyiségétől.

Ha az oxálacetát mennyisége a hepatocita nem elég (nincs glükóz, vagy nem oxidálódik piruváttá), akkor az acetilcsoport a ketontestek szintéziséhez megy. Ez akkor történik, amikor hosszú böjtÉs típusú diabetes mellitus.

Ez az anyagcsereút a felfedező szerzőről, G. Krebsről kapta a nevét, aki (F. Lipmannel együtt) Nobel-díjat kapott ezért a felfedezésért 1953-ban. A citromsav ciklus felfogja az élelmiszerben lévő fehérjék, zsírok és szénhidrátok lebontása során keletkező szabad energia nagy részét. A Krebs-ciklus a központi anyagcsereút.

Az acetil-CoA, amely a piruvát oxidatív dekarboxilezése eredményeként képződik a mitokondriális mátrixban, az egymást követő oxidációs reakciók láncolatában szerepel. Nyolc ilyen reakció létezik.

1. reakció - citromsav képződése. A citrát az acetil-CoA acetilmaradékának oxálacetáttal (OA) történő kondenzációjával jön létre a citrát szintáz enzim segítségével (víz részvételével):

Ez a reakció gyakorlatilag irreverzibilis, mivel szétesik az acetil-S-CoA energiagazdag tioéter kötés.

2. reakció - izocitronsav képződése. Ezt a reakciót egy vastartalmú (Fe - nem hem) enzim - akonitáz katalizálja. A reakció a képződési szakaszon keresztül megy végbe cis-akonitsav (a citromsav kiszáradáson megy keresztül, és képződik cis-akonitsav, amely egy vízmolekula hozzáadásával izocitricsavvá alakul).

3. reakció - az izocitromsav dehidrogénezése és közvetlen dekarboxilezése. A reakciót a NAD+-függő enzim, az izocitrát-dehidrogenáz katalizálja. Az enzimhez mangán (vagy magnézium) ionok jelenléte szükséges. Mivel természeténél fogva alloszterikus fehérje, az izocitrát-dehidrogenáznak specifikus aktivátorra, az ADP-re van szüksége.

4. reakció - az α-ketoglutársav oxidatív dekarboxilezése. A folyamatot az α-ketoglutarát dehidrogenáz katalizálja - egy enzimkomplex, amely szerkezetében és hatásmechanizmusában hasonló a piruvát-dehidrogenáz komplexhez. Ugyanazokat a koenzimeket tartalmazza: TPP, LA és FAD - a komplex saját koenzimei; A CoA-SH és a NAD + külső koenzimek.

5. reakció - szubsztrát foszforiláció. A reakció lényege az átvitel energiában gazdag szukcinil-CoA (nagy energiájú vegyület) kötései a HDF-en foszforsav részvételével - ez GTP-t termel, amelynek molekulája reagál refoszforiláció ADP-vel - ATP képződik.

6. reakció - a borostyánkősav dehidrogénezése szukcinát-dehidrogenázzal. Az enzim közvetlenül továbbítja a hidrogént a szubsztrátból (szukcinát) a belső mitokondriális membránban lévő ubikinonba. A szukcinát-dehidrogenáz - a mitokondriális légzőlánc II-es komplexe. Ebben a reakcióban a koenzim a FAD.

7. reakció - almasav képződése a fumaráz enzim által. A fumaráz (fumarát hidratáz) hidratálja a fumársavat – ez almasavat termel, és L-forma, mivel az enzim sztereospecifikus.

8. reakció - oxálacetát képződése. A reakciót katalizálják malát-dehidrogenáz , melynek koenzimje a NAD +. Az enzim hatására képződő oxálacetát ismét bekerül a Krebs-ciklusba, és a teljes ciklusos folyamat megismétlődik.

Az utolsó három reakció reverzibilis, de mivel a NADH?H +-t a légzési lánc befogja, a reakció egyensúlya jobbra tolódik el, azaz. oxálacetát képződése felé. Mint látható, a ciklus egy fordulata alatt van teljes oxidáció, „égés”, acetil-CoA molekulák. A ciklus során nikotinamid és flavin koenzimek redukált formái képződnek, amelyek a mitokondriális légzőláncban oxidálódnak. Így a Krebs-ciklus be van kapcsolva szoros kapcsolat a sejtlégzés folyamatával.

A trikarbonsav ciklus funkciói sokrétűek:

· Integratív - a Krebs-ciklus egy központi anyagcsereút, amely egyesíti a sejt legfontosabb összetevőinek lebontási és szintézisének folyamatait.

· Anabolikus - a ciklus szubsztrátokat sok más vegyület szintézisére használják: az oxálacetátot a glükóz szintézisére (glukoneogenezis) és az aszparaginsav szintézisére használják, az acetil-CoA - a hem szintézisére, az α-ketoglutarát - a glutamin szintézisére sav, acetil-CoA - zsírsavak, koleszterin, szteroid hormonok, acetontestek stb. szintéziséhez.

· Katabolikus - ebben a ciklusban a glükóz, a zsírsavak és a ketogén aminosavak bomlástermékei befejezik útjukat - mindegyik acetil-CoA-vá alakul; glutaminsav - α-ketoglutársavvá; aszparagin - oxálacetátba stb.

· Valójában az energia - a ciklus egyik reakciója (a szukcinil-CoA bomlása) a szubsztrát foszforilációs reakciója. A reakció során egy molekula GTP képződik (a refoszforilációs reakció ATP képződéséhez vezet).

· Hidrogén donor - három NAD + -függő dehidrogenáz (iszocitrát, α-ketoglutarát és malát dehidrogenáz) és FAD-függő szukcinát dehidrogenáz részvételével 3 NADH?H + és 1 FADH 2 képződik. Ezek a redukált koenzimek hidrogéndonorok a mitokondriális légzési lánc számára, a hidrogéntranszfer energiáját pedig az ATP szintézisére használják fel.

· Anaplerotikus - utánpótlás. Jelentős mennyiségű Krebs-ciklus szubsztrátot használnak fel különböző vegyületek szintéziséhez, és elhagyják a ciklust. Az egyik olyan reakció, amely ezeket a veszteségeket kompenzálja, a piruvát-karboxiláz által katalizált reakció.

A Krebs-ciklus reakciójának sebességét a sejt energiaszükséglete határozza meg

A Krebs-ciklus reakcióinak sebessége korrelál a szöveti légzés és a kapcsolódó oxidatív foszforiláció - légzésszabályozás - folyamatának intenzitásával. Minden metabolit, amely a sejt elegendő energiaellátását tükrözi, gátolja a Krebs-ciklust. Az ATP/ADP arány növekedése a sejt elegendő energiaellátását jelzi, és csökkenti a ciklus aktivitását. A NAD + / NADH, FAD / FADH 2 arányának növekedése energiahiányt jelez, és az oxidációs folyamatok felgyorsulását jelzi a Krebs-ciklusban.

A szabályozók fő hatása három kulcsenzim aktivitására irányul: a citrát-szintáz, az izocitrát-dehidrogenáz és az a-ketoglutarát-dehidrogenáz. A citrát szintáz alloszterikus inhibitorai az ATP és a zsírsavak. Egyes sejtekben a citrát és a NADH gátolják a szerepét. Az izocitrát-dehidrogenázt az ADP alloszterikusan aktiválja, és a NADH+H + szint növekedése gátolja.

Rizs. 5.15. Trikarbonsav-ciklus (Krebs-ciklus)

Ez utóbbi az a-ketoglutarát dehidrogenáz inhibitora is, amelynek aktivitása szintén csökken a szukcinil-CoA szintjének emelkedésével.

A Krebs-ciklus aktivitása nagymértékben függ a szubsztrátumellátástól. A szubsztrátok folyamatos „kiszivárgása” a ciklusból (például ammóniamérgezéskor) jelentős zavarokat okozhat a sejtek energiaellátásában.

A glükóz oxidációjának pentóz-foszfát útja a reduktív szintézist szolgálja a sejtben.

Ahogy a neve is sugallja, ez az útvonal pentóz-foszfátokat termel, amelyekre nagy szüksége van a sejtnek. Mivel a pentózok képződése oxidációval és a glükóz első szénatomjának eliminációjával jár együtt, ezt az utat is ún. apotómikus (csúcs- felső).

A pentóz-foszfát út két részre osztható: oxidatív és nem oxidatív. Az oxidatív részben, amely három reakciót foglal magában, NADPH?H + és ribulóz-5-foszfát képződik. A nem oxidatív részben a ribulóz-5-foszfát különféle 3, 4, 5, 6, 7 és 8 szénatomos monoszacharidokká alakul; a végtermékek a fruktóz-6-foszfát és a 3-PHA.

· Oxidatív rész . Első reakció- glükóz-6-foszfát dehidrogénezése glükóz-6-foszfát-dehidrogenázzal δ-lakton-6-foszfoglükonsav és NADPH?H + (NADP +) képződésével - koenzim glükóz-6-foszfát dehidrogenáz).

Második reakció- 6-foszfoglükonolakton hidrolízise glükonolakton hidrolázzal. A reakciótermék 6-foszfoglükonát.

Harmadik reakció- a 6-foszfoglükonolakton dehidrogénezése és dekarboxilezése a 6-foszfoglükonát-dehidrogenáz enzim által, amelynek koenzimje NADP +. A reakció során a koenzim helyreáll, és a C-1 glükóz lehasad, így ribulóz-5-foszfát keletkezik.

· Nem oxidáló rész . Az első, oxidatívtól eltérően a pentóz-foszfát út ezen részének minden reakciója reverzibilis (5.16. ábra).

5.16. ábra: A pentóz-foszfát útvonal oxidatív része (F-változat)

A ribulóz-5-foszfát izomerizálódhat (enzim- ketoizomeráz ) ribóz-5-foszfáttá és epimerizálódik (enzim- epimeráz ) xilulóz-5-foszfáttá. Ezt kétféle reakció követi: a transzketoláz és a transzaldoláz.

Transketoláz(koenzim – tiamin-pirofoszfát) leválaszt egy kétszénből álló fragmentumot, és átadja azt más cukroknak (lásd az ábrát). Transaldoláz három szénatomos töredékeket szállít.

Először a ribóz-5-foszfát és a xilulóz-5-foszfát reagál. Ez egy transzketoláz reakció: a 2C fragmentum xilulóz-5-foszfátról ribóz-5-foszfátra kerül.

A két kapott vegyület ezután transzaldoláz reakcióban reagál egymással; ebben az esetben a 3C fragmentum sedoheptulóz-7-foszfátról 3-PHA-ra történő átvitele eredményeként eritróz-4-foszfát és fruktóz-6-foszfát keletkezik, ez a pentóz-foszfát-útvonal F-változata. . A zsírszövetre jellemző.

A reakciók azonban más utat is bejárhatnak (5.17. ábra), ezt az utat nevezzük L-változatnak. A májban és más szervekben fordul elő. Ebben az esetben a transzaldoláz reakcióban oktulóz-1,8-difoszfát képződik.

5.17. ábra. A glükóz metabolizmus pentóz-foszfát (apotómikus) útvonala (oktulóz vagy L-variáns)

Az eritróz-4-foszfát és a fruktóz-6-foszfát transzketoláz reakcióba léphet, ami fruktóz-6-foszfát és 3-PHA képződését eredményezi.

A pentóz-foszfát út oxidatív és nem oxidatív részeinek általános egyenlete a következőképpen ábrázolható:

Glükóz-6-P + 7H 2O + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH2H + + Fn.

Beszéltem arról, hogy mi is ez valójában, miért van szükség a Krebs-ciklusra, és milyen helyet foglal el az anyagcserében. Most térjünk rá magukra ennek a ciklusnak a reakcióira.

Azonnal lefoglalom - személy szerint számomra a reakciók memorizálása teljesen értelmetlen tevékenység volt, amíg a fenti kérdéseket nem rendeztem. De ha már megértette az elméletet, javaslom, hogy térjen át a gyakorlatra.

A Krebs-ciklus megírásának számos módja látható. A leggyakoribb lehetőségek a következők:

De számomra az tűnt a legkényelmesebbnek, hogy reakciókat írtam le T. T. Berezov szerző biokémia jó öreg tankönyvéből. és Korovkina B.V.

Első reakció

A már jól ismert acetil-CoA és oxálacetát egyesül és citráttá alakul, azaz citromsav.

Második reakció

Most citromsavat veszünk, és megforgatjuk izocitrinsav. Ennek az anyagnak egy másik neve izocitrát.

Valójában ez a reakció valamivel bonyolultabb, egy köztes szakaszon keresztül - a cisz-akonitsav képződésén keresztül. De úgy döntöttem, hogy leegyszerűsítem, hogy jobban emlékezzen rá. Ha szükséges, ide beírhatja a hiányzó lépést, ha minden másra emlékszik.

Lényegében a két funkcionális csoport egyszerűen helyet cserélt.

Harmadik reakció

Tehát van izocitránsavunk. Most dekarboxilezni (vagyis a COOH-t eltávolítani) és dehidrogénezni (vagyis a H-t eltávolítani) kell. A kapott anyag az a-ketoglutarát.

Ez a reakció figyelemre méltó a HADH 2 komplex képződése miatt. Ez azt jelenti, hogy a NAD transzporter felveszi a hidrogént, hogy elindítsa a légzési láncot.

A Krebs-ciklus reakcióinak Berezov és Korovkin tankönyvében szereplő változata éppen azért tetszik, mert a reakciókban résztvevő atomok és funkciós csoportok azonnal jól láthatóak.

Negyedik reakció

A nikotin-amid-adenin-dinukleotid ismét óraműként működik, vagyis FELETT. Ez a szép hordozó idejön, akárcsak az utolsó lépésben, hogy megragadja a hidrogént és bevigye a légzőláncba.

A kapott anyag egyébként az szukcinil-CoA, nem szabad megijesztenie. A szukcinát a borostyánkősav másik neve, amely a bioszerves kémia idejéből ismerős. A szukcinil-Coa borostyánkősav és koenzim-A vegyülete. Azt mondhatjuk, hogy ez a borostyánkősav észtere.

Ötödik reakció

Az előző lépésben azt mondtuk, hogy a szukcinil-CoA a borostyánkősav észtere. És most megkapjuk a samat borostyánkősav, azaz szukcinát, szukcinil-CoA-ból. Egy rendkívül fontos pont: ebben a reakcióban az szubsztrát foszforiláció.

A foszforiláció általában (lehet oxidatív és szubsztrát) egy PO 3 foszforcsoport hozzáadása a GDP-hez vagy az ATP-hez, hogy teljes egységet kapjunk. GTF, illetve ATP. A szubsztrát abban különbözik, hogy ugyanez a foszforcsoport elszakad minden azt tartalmazó anyagtól. Nos, egyszerűen fogalmazva, az SUBSTRATE-ről HDF-re vagy ADP-re kerül át. Ezért hívják „szubsztrát-foszforilációnak”.

Még egyszer: a szubsztrát foszforilációjának kezdetén van egy difoszfát molekulánk - guanozin-difoszfát vagy adenozin-difoszfát. A foszforiláció abból áll, hogy a két foszforsav-maradékot - HDP-t vagy ADP-t - tartalmazó molekulát három foszforsav-maradékot tartalmazó molekulává „teljesítenek”, és így guanozin-TRIfoszfátot vagy adenozin-TRIfoszfátot állítanak elő. Ez a folyamat a szukcinil-CoA szukcináttá (azaz borostyánkősavvá) történő átalakulása során megy végbe.

Az ábrán az F (n) betűk láthatók. Azt jelenti, hogy "szervetlen foszfát". A szervetlen foszfát a szubsztrátumról a HDP-re kerül, így a reakciótermékek jó, teljes GTP-t tartalmaznak. Most pedig nézzük magát a reakciót:

Hatodik reakció

Következő átalakulás. Ezúttal a borostyánkősav, amelyet az utolsó lépésben kaptunk, átalakul fumarát, vegye figyelembe az új kettős kötést.

A diagramon jól látható, hogyan vesz részt a reakcióban HÓBORT: Ez a fáradhatatlan proton- és elektronhordozó felveszi a hidrogént, és közvetlenül a légzési láncba vonzza.

Hetedik reakció

Már a célban vagyunk. A Krebs-ciklus utolsó előtti szakasza az a reakció, amely a fumarátot L-maláttá alakítja. Az L-malát egy másik név L-almasav, a bioszerves kémia tanfolyamról ismerős.

Ha megnézi magát a reakciót, látni fogja, hogy egyrészt mindkét irányban megy, másrészt a lényege a hidratálás. Vagyis a fumarát egyszerűen magához köt egy vízmolekulát, ami L-almasavat eredményez.

Nyolcadik reakció

A Krebs-ciklus utolsó reakciója az L-almasav oxál-acetáttá történő oxidációja, azaz oxálecetsav. Mint érti, az „oxál-acetát” és az „oxálecetsav” szinonimák. Valószínűleg emlékszel arra, hogy az oxálecetsav a Krebs-ciklus első reakciójának összetevője.

Itt megjegyezzük a reakció sajátosságait: NADH 2 képződése, amely elektronokat visz a légzési láncba. Ne feledkezzünk meg a 3-as, 4-es és 6-os reakcióról sem, ahol a légzési lánc elektron- és protonhordozói is képződnek.

Mint látható, külön kiemeltem pirossal azokat a reakciókat, amelyek során NADH és FADH2 képződik. Ezek nagyon fontos anyagok a légzőlánc számára. Zölddel kiemeltem azt a reakciót, amelyben a szubsztrát foszforilációja és GTP termelődik.

Hogyan kell mindezt emlékezni?

Valójában nem is olyan nehéz. Miután teljesen elolvasta a két cikkemet, valamint a tankönyvét és az előadásait, csak gyakorolnia kell ezeknek a reakcióknak az írását. Azt javaslom, hogy emlékezzen a Krebs-ciklusra 4 reakcióblokkban. Írd le többször ezt a 4 reakciót, mindegyikhez válassza ki a memóriájának megfelelő asszociációt.

Például azonnal nagyon könnyen emlékeztem a második reakcióra, amelyben az izocitsav citromsavból képződik (ami, azt hiszem, mindenki számára ismerős gyermekkora óta).

Használhat emlékeztetőt is, például: " Valójában egy egész ananász és egy darab szufla az ebédem ma, amely megfelel a sorozatnak - citrát, cis-akonitát, izocitrát, alfa-ketoglutarát, szukcinil-CoA, szukcinát, fumarát, malát, oxálacetát." Van még egy csomó ilyen.

De őszintén szólva szinte soha nem szerettem az ilyen verseket. Véleményem szerint magát a reakciósorozatot könnyebb megjegyezni. Sokat segített, hogy a Krebs-ciklust két részre osztottam, amelyek mindegyikében óránként többször is gyakoroltam az írást. Általában ez olyan órákon történt, mint a pszichológia vagy a bioetika. Ez nagyon kényelmes - anélkül, hogy elterelné a figyelmét az előadásról, szó szerint egy percet tölthet azzal, hogy megírja a reakciókat, ahogy emlékszik rájuk, majd ellenőrizze őket a megfelelő opcióval.

Mellesleg, egyes egyetemeken a biokémia tesztjei és vizsgái során a tanároknak nem szükséges ismerniük magukat a reakciókat. Csak azt kell tudni, hogy mi a Krebs-ciklus, hol fordul elő, mik a jellemzői és jelentősége, és természetesen magát az átalakulások láncát. Csak a lánc nevezhető képletek nélkül, csak az anyagok neveivel. Ez a megközelítés véleményem szerint nem értelmetlen.

Remélem, hogy a TCA ciklusról szóló útmutatóm hasznos volt az Ön számára. És szeretném emlékeztetni, hogy ez a két cikk nem helyettesíti teljesen az előadásait és a tankönyveit. Csak azért írtam őket, hogy nagyjából megértsétek, mi a Krebs-ciklus. Ha hirtelen hibát lát az útmutatómban, kérjük, írja meg a megjegyzésekben. Köszönöm a figyelmet!