Hvad påvirker Krebs-cyklussen? Krebs-cyklus Krebs-cyklussen er et nøglestadium i respirationen af ​​alle celler, der bruger ilt, skæringspunktet mellem mange metaboliske veje i kroppen

Krebs cyklus

Tricarboxylsyre cyklus (Krebs cyklus, citrat cyklus) - central del fælles vej katabolisme, en cyklisk biokemisk aerob proces, hvor omdannelsen af ​​to- og tre-kulstofforbindelser dannet som mellemprodukter i levende organismer under nedbrydningen af ​​kulhydrater, fedtstoffer og proteiner sker til CO 2. I dette tilfælde sendes det frigivne brint til vævets respirationskæde, hvor det yderligere oxideres til vand, der direkte deltager i syntesen af ​​en universel energikilde - ATP.

Krebs-cyklussen er et nøglestadium i respirationen af ​​alle celler, der bruger ilt, skæringspunktet mellem mange metaboliske veje i kroppen. Ud over den væsentlige energirolle tildeles kredsløbet også en væsentlig plastisk funktion, det vil sige den vigtig kilde precursor-molekyler, hvorfra der i løbet af andre biokemiske transformationer syntetiseres forbindelser, der er vigtige for cellens levetid, såsom aminosyrer, kulhydrater, fedtsyrer mv.

Cyklussen for omdannelse af citronsyre i levende celler blev opdaget og undersøgt af den tyske biokemiker Hans Krebs, for dette arbejde blev han (sammen med F. Lipman) tildelt Nobelprisen (1953).

Stadier af Krebs-cyklussen

Underlag Produkter Enzym Reaktionstype Kommentar
1 Oxaloacetat +
Acetyl-CoA+
H2O		 Citrat +
CoA-SH		 Citratsyntase Aldol kondensation begrænsende fase
omdanner C4 oxaloacetat til C6
2 Citrat cis-aconiat +
H2O		 akonitase Dehydrering reversibel isomerisering
3 cis-aconiat +
H2O		 isocitratere hydrering
4 Isocitrater +
isocitrat dehydrogenase Oxidation NADH dannes (svarende til 2,5 ATP)
5 Oxalosuccinat α-ketoglutarat +
CO2		 decarboxylering reversibelt stadium
C5 dannes
6 α-ketoglutarat +
NAD++
CoA-SH		 succinyl-CoA+
NADH+H++
CO2		 alfa-ketoglutarat dehydrogenase Oxidativ decarboxylering NADH dannes (svarende til 2,5 ATP),
regenerering af C 4 pathway (frigivet af CoA)
7 succinyl-CoA+
BNP + Pi		 succinat +
CoA-SH+
GTP		 succinyl coenzym A syntetase substratfosforylering eller ADP ->ATP,
Der dannes 1 ATP
8 succinat +
ubiquinon (Q)		 fumarat +
ubiquinol (QH 2)		 succinatdehydrogenase Oxidation FAD bruges som en protesegruppe (FAD->FADH 2 i reaktionens første fase) i enzymet,
der dannes svarende til 1,5 ATP
9 fumarat +
H2O		 L-malat fumarase H 2 O-tilsætning
(hydrering)
10 L-malat +
NAD+		 oxaloacetat +
NADH+H+		 malatdehydrogenase oxidation NADH dannes (svarende til 2,5 ATP)

Den generelle ligning for en omdrejning af Krebs-cyklussen er:

Acetyl-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e -

Noter

Links

Wikimedia Foundation.

2010.

Krebs cyklus også kaldet tricarboxylsyrecyklus, da de er dannet i det som mellemprodukter. Det er en enzymatisk ringtransportør, der "virker" i mitokondriematrixen.

Resultatet af Krebs-cyklussen er syntesen af ​​en lille mængde ATP og dannelsen af ​​NAD H 2, som derefter sendes til det næste trin - den respiratoriske kæde (oxidativ phosphorylering), der er placeret på mitokondriernes indre membran.

Den resulterende pyrodruesyre (pyruvat) kommer ind i mitokondrierne, hvor den i sidste ende oxideres fuldstændigt og bliver til kuldioxid og vand. Dette sker først i Krebs-cyklussen, derefter under oxidativ phosphorylering.

Før Krebs-cyklussen decarboxyleres og dehydrogeneres pyruvat. Som et resultat af decarboxylering elimineres et CO 2 molekyle dehydrogenering er eliminering af hydrogenatomer. De forbinder til NAD.

Som følge heraf dannes eddikesyre af pyrodruesyre, som tilsættes coenzym A. Det viser sig acetyl coenzym A(acetyl-CoA) – CH 3 CO~S-CoA indeholdende en højenergibinding.

Omdannelsen af ​​pyruvat til acetyl-CoA udføres af et stort enzymatisk kompleks bestående af snesevis af polypeptider forbundet med elektronbærere.

Krebs-cyklussen begynder med hydrolyse af acetyl-CoA, som fjerner en acetylgruppe, der indeholder to carbonatomer. Dernæst er acetylgruppen inkluderet i tricarboxylsyrecyklussen.

En acetylgruppe binder sig til oxaloeddikesyre, som har fire carbonatomer. Som følge heraf citronsyre, indeholdende seks carbonatomer. Energien til denne reaktion leveres af højenergiacetyl-CoA-bindingen.

Det følgende er en kæde af reaktioner, hvor acetylgruppen, der er bundet i Krebs-cyklussen, dehydrogeneres, frigiver fire par hydrogenatomer og decarboxyleres til dannelse af to molekyler CO 2 . I dette tilfælde bruges oxygen til oxidation, adskilles fra to vandmolekyler, ikke molekylære. Processen kaldes oxidativthdecarboxyleringm. I slutningen af ​​cyklussen regenereres oxaloeddikesyre.

Lad os vende tilbage til citronsyrestadiet. Dets oxidation sker gennem en række enzymatiske reaktioner, hvori der dannes isocitriske, oxaloravsyresyrer og andre syrer. Som et resultat af disse reaktioner, på forskellige stadier af cyklussen, reduceres tre molekyler af NAD og en FAD, der dannes GTP (guanosintrifosfat), der indeholder en højenergi fosfatbinding, hvis energi efterfølgende bruges til at fosforylere ADP . Som et resultat dannes et ATP-molekyle.

Citronsyre mister to kulstofatomer og danner to CO 2 -molekyler.

Som et resultat af enzymatiske reaktioner omdannes citronsyre til oxaleddikesyre, som igen kan kombineres med acetyl-CoA. Cyklusen gentages.

I citronsyre brænder den tilsatte acetyl-CoA-rest og danner kuldioxid, brintatomer og elektroner. Brint og elektroner overføres til NAD og FAD, som er acceptorer for det.

Oxidationen af ​​et molekyle acetyl-CoA producerer et molekyle ATP, fire brintatomer og to molekyler kuldioxid. Det vil sige kuldioxid, der frigives under aerob respiration, dannes under Krebs-cyklussen. I dette tilfælde bruges molekylær oxygen (O 2) ikke her, det er kun nødvendigt på stadiet af oxidativ fosforylering.

Hydrogenatomer binder sig til NAD eller FAD, og ​​i denne form kommer de så ind i åndedrætskæden.

Et molekyle glucose producerer to pyruvatmolekyler og derfor to acetyl-CoA. For et glukosemolekyle er der således to omdrejninger af tricarboxylsyrecyklussen. Der dannes i alt to ATP-molekyler, fire CO 2 og otte H-atomer.

Det skal bemærkes, at ikke kun glucose og pyruvat dannet af det kommer ind i Krebs-cyklussen. Som et resultat af nedbrydning af fedt fra lipaseenzymet dannes der fedtsyrer, hvis oxidation også fører til dannelse af acetyl-CoA, reduktion af NAD samt FAD (flavinadenindinukleotid).

Hvis en celle mangler kulhydrater og fedt, kan aminosyrer undergå oxidation. I dette tilfælde dannes acetyl-CoA og organiske syrer, som yderligere deltager i Krebs-cyklussen.

Det er således ligegyldigt, hvad den primære energikilde var. Under alle omstændigheder dannes der acetyl-CoA, som er en universel forbindelse til celler.

Under anaerobe forhold gennemgår pyrodruesyre (pyruvat) yderligere transformationer under alkoholiske, mælkesyre- og andre typer gæringer, mens NADH bruges til at genoprette de endelige fermenteringsprodukter, der regenererer til en oxideret form. Sidstnævnte omstændighed understøtter glykolyseprocessen, som kræver oxideret NAD+. Ved tilstedeværelse af tilstrækkelig ilt oxideres pyruvat fuldstændigt til C0 2 og H 2 0 i en respirationscyklus kaldet Krebs cyklus eller cyklus af di- og tricarboxylsyrer. Alle områder af denne proces er lokaliseret i matrixen eller i den indre membran af mitokondrier.

Efterfølgende reaktioner i Krebs-cyklussen. Organiske syres deltagelse i respiration har længe tiltrukket sig forskernes opmærksomhed. Tilbage i 1910 viste den svenske kemiker T. Thunberg, at dyrevæv indeholder enzymer, der kan fjerne brint fra nogle organiske syrer (ravsyre, æblesyre, citronsyre). I 1935 etablerede A. Szent-Gyorgyi i Ungarn, at tilføjelse til hakket muskelvæv små mængder ravsyre, fumarsyre, æblesyre eller oxaloeddikesyre aktiverer skarpt vævets optagelse af oxygen.

Under hensyntagen til data fra Thunberg og Szent-Gyorgyi og baseret på hans egne eksperimenter, der studerede indbyrdes omdannelse af forskellige organiske syrer og deres virkning på respirationen af ​​en dues flyvemuskel, foreslog den engelske biokemiker G. A. Krebs i 1937 et diagram over sekvens af oxidation af di- og tricarboxylsyrer til CO 2 gennem "citronsyre cyklus" Ja, kontoen for brintfjernelse. Denne cyklus blev opkaldt efter ham.

Direkte i cyklussen oxideres pyruvat selv, og dets derivat acetyl-CoA. Det første trin i den oxidative spaltning af PVK er således dannelsen af ​​aktiv acetyl under oxidativ decarboxylering. Oxidativ decarboxylering af pyruvat udføres med deltagelse af pyruvatdehydrogenase multienzymkomplekset. Den indeholder tre enzymer og fem coenzymer. Coenzymerne er thiaminpyrophosphat (TPP), et phosphoryleret derivat af vitamin B, liponsyre, coenzym A, FAD og NAD+. Pyruvat interagerer med TPP (decarboxylase), hvorunder CO 2 spaltes og et hydroxyethylderivat af TPP dannes (fig. 4.2). Sidstnævnte reagerer med den oxiderede form af liponsyre. Disulfidbindingen af ​​liponsyre brydes, og der opstår en redoxreaktion: hydroxyethylgruppen knyttet til det ene svovlatom oxideres til acetyl (dette skaber en højenergi thioesterbinding), og det andet svovlatom i liponsyre reduceres. Den resulterende acetylliponsyre interagerer med coenzym A, acetyl-CoA og den reducerede form af liponsyre opstår. Liponsyrebrinten overføres derefter til FAD og derefter til NAD+. Som et resultat af oxidativ decarboxylering af pyruvat dannes acetyl-CoA, CO 2 og NADH.

Yderligere oxidation af acetyl-CoA sker i en cyklisk proces. Krebs-cyklussen begynder med interaktionen af ​​acetyl-CoA med enolformen af ​​oxaloeddikesyre. I denne reaktion dannes citronsyre under påvirkning af enzymet citratsyntase. Det næste trin i cyklussen involverer to reaktioner og katalyseres af enzymet aconitase eller aconitathydratase. I den første reaktion, som et resultat af dehydrering af citronsyre, cis- akonit I den anden reaktion hydreres aconitat, og isocitronsyre syntetiseres. Isocitrinsyre, under påvirkning af NAD- eller NADP-afhængig isocitratdehydrogenase, oxideres til en ustabil forbindelse - oxalosravsyre, som straks decarboxyleres til dannelse af a-ketoglutarsyre (a-oxoglutarsyre).

α-Ketoglutarat gennemgår ligesom pyruvat oxidativ decarboxylering. a-ketoglutarat-dehydrogenase-multienzymkomplekset svarer til pyruvat-dehydrogenasekomplekset beskrevet ovenfor. Under den oxidative decarboxyleringsreaktion af α-ketoglutarat frigives CO2, og NADH og succinyl-CoA dannes.

Ligesom acetyl-CoA er succinyl-CoA en højenergi thioester. Men hvis i tilfælde af acetyl-CoA energien af ​​thioesterbindingen bruges på syntesen af ​​citronsyre, kan energien af ​​succinyl-CoA omdannes til dannelsen af ​​fosfatbindingen af ​​ATP. Med deltagelse af succinyl-CoA-syntetase dannes ravsyre (succinat), ATP ud fra succinyl-CoA, ADP og H 3 P0 4, og CoA-molekylet regenereres. ATP dannes som et resultat af substratphosphorylering.

På næste trin oxideres ravsyre til fumarsyre. Reaktionen katalyseres af succinatdehydrogenase, hvis coenzym er FAD. Fumarsyre under påvirkning af fumarase eller fumarathydratase, tilsat H 2 0, omdannes til æblesyre (malat). Og endelig, i det sidste trin af cyklussen, oxideres æblesyre til oxaloeddikesyre af NAD-afhængig malatdehydrogenase. PIKE, som spontant omdannes til enolformen, reagerer med et andet molekyle af acetyl-CoA, og cyklussen gentages igen.

Det skal bemærkes, at de fleste af cyklussens reaktioner er reversible, men forløbet af cyklussen som helhed er praktisk talt irreversibelt. Grunden til dette er, at der er to meget eksergoniske reaktioner i cyklussen - citratsyntase og succinyl-CoA syntetase.

Under en omdrejning af cyklussen, under oxidationen af ​​pyruvat, frigives tre CO2-molekyler, tre H2O-molekyler er inkluderet, og fem par brintatomer fjernes. H 2 O's rolle i Krebs-cyklussen bekræfter rigtigheden af ​​Palladins ligning, som postulerede, at respiration sker med deltagelse af H 2 O, hvis ilt er inkluderet i det oxiderede substrat, og hydrogen overføres til ilt ved hjælp af af "respiratoriske pigmenter" (ifølge moderne koncepter - coenzymer dehydrogenaser) .

Det blev bemærket ovenfor, at Krebs-cyklussen blev opdaget i dyreobjekter. Dets eksistens i planter blev først bevist af den engelske forsker A. Chibnall (1939) Plantevæv indeholder alle de syrer, der er involveret i kredsløbet. alle enzymer, der katalyserer omdannelsen af ​​disse syrer, er blevet opdaget; Det har vist sig, at malonat, en hæmmer af suncinatdehydrogenase, hæmmer oxidationen af ​​pyruvat og reducerer absorptionen af ​​02 kraftigt i respirationsprocesser i planter. De fleste Krebs kredser enzymer

lokaliseret i mitokondriematrixen og aconitase og succinatdehydrogenase er placeret i mitokondriernes indre membran.

Energioutput af Krebs-cyklussen, dens forbindelse med nitrogenmetabolisme. Krebs cyklus. spiller en yderst vigtig rolle i planteorganismens stofskifte. Det tjener som det sidste trin i oxidationen af ​​ikke kun kulhydrater, men også proteiner, fedtstoffer og andre forbindelser. Under cyklussens reaktioner frigives hovedmængden af ​​energi, der er indeholdt i det oxiderede substrat, og det meste af denne energi går ikke tabt til kroppen, men udnyttes under dannelsen af ​​højenergiterminale fosfatbindinger af ATP.

Hvad er energioutputtet af Krebs-cyklussen? Under oxidationen af ​​pyruvat finder 5 dehydrogeneringer sted, hvilket resulterer i 3NADH, NADPH (i tilfælde af isocitrat dehydrogenase) og FADH 2. Oxidationen af ​​hvert NADH (NADPH) molekyle med deltagelse af komponenter i elektrontransportkæden af ​​mitokondrier producerer 3 ATP molekyler, og oxidationen af ​​FADH 2 producerer 2 ATP. Ved fuldstændig oxidation af pyruvat dannes der således 14 ATP-molekyler. Derudover syntetiseres 1 ATP-molekyle; i Krebs-cyklussen under substratphosphorylering. Som følge heraf kan oxidationen af ​​et pyruvatmolekyle producere 15 ATP-molekyler. Og da der i processen med glykolyse opstår to pyruvatmolekyler fra et glukosemolekyle, vil deres oxidation producere 30 ATP-molekyler.

Så under oxidationen af ​​glukose under respiration under funktionen af ​​glykolysen og Krebs-cyklussen dannes i alt 38 ATP-molekyler (8 ATP er forbundet med glykolyse). Hvis vi antager, at energien af ​​den tredje ester- og fosfatbinding af ATP er 41,87 kJ/mol (10 kcal/mol), så er energioutputtet af den glykolytiske vej for aerob respiration 1591 kJ/mol (380 kcal/mol).

Regulering af Krebs-cyklussen. Yderligere brug af acetyl-CoA dannet af pyruvat afhænger af cellens energitilstand. Når cellens energibehov er lavt, hæmmer respirationskontrol arbejdet i åndedrætskæden og følgelig reaktionerne i TCA-cyklussen og dannelsen af ​​cyklusmellemprodukter, herunder oxaloacetat, som involverer acetyl-CoA i Krebs-cyklussen. Dette resulterer i større brug af acetyl-CoA i syntetiske processer, som også forbruger energi.

Et træk ved reguleringen af ​​TCA-cyklussen er afhængigheden af ​​alle fire dehydrogenaser i cyklussen (isocitratdehydrogenase, α-ketoglutaratdehydrogenase, succinatdehydrogenase, malatdehydrogenase) af forholdet /. Aktiviteten af ​​citratsyntase hæmmes af en høj koncentration af ATP og dets eget produkt, citrat. Isocitrat dehydrogenase hæmmes af NADH og aktiveres af citrat. α-Keto-glutarat dehydrogenase undertrykkes af reaktionsproduktet, succinyl-CoA, og aktiveres af adenylater. Oxidationen af ​​succinat af succinatdehydrogenase hæmmes af oxaloacetat og accelereres af ATP, ADP og reduceret ubiquinon (QH 2). Endelig hæmmes malatdehydrogenase af oxaloacetat og, i en række objekter, af høje niveauer af ATP. Imidlertid er det ikke fuldt ud forstået, i hvilket omfang størrelsen af ​​energiladningen eller niveauet af adenin-nukleotider deltager i reguleringen af ​​aktiviteten af ​​Krebs-cyklussen i planter.

Den alternative vej for elektrontransport i plantemitokondrier kan også spille en regulerende rolle. Under forhold med højt ATP-indhold, når aktiviteten af ​​hovedrespirationskæden er reduceret, fortsætter oxidationen af ​​substrater gennem en alternativ oxidase (uden ATP-dannelse), som opretholder et lavt NADH/NAD+-forhold og reducerer ATP-niveauer. Alt dette gør det muligt for Krebs-cyklussen at fungere.

Tricarboxylsyrecyklussen blev først opdaget af den engelske biokemiker Krebs. Han var den første til at postulere vigtigheden af ​​denne cyklus for den fuldstændige forbrænding af pyruvat, hvis hovedkilde er den glykolytiske omdannelse af kulhydrater. Det blev efterfølgende vist, at tricarboxylsyrecyklussen er et "fokus", hvor næsten alle metaboliske veje konvergerer.

Så acetyl-CoA dannet som et resultat af oxidativ decarboxylering af pyruvat går ind i Krebs-cyklussen. Denne cyklus består af otte på hinanden følgende reaktioner (fig. 91). Cyklussen begynder med kondenseringen af ​​acetyl-CoA med oxaloacetat og dannelsen af ​​citronsyre. ( Som det vil ses nedenfor, er det i cyklussen ikke selve acetyl-CoA, der oxideres, men en mere kompleks forbindelse - citronsyre (tricarboxylsyre).)

Så mister citronsyre (en forbindelse med seks carbonatomer), gennem en række dehydrogeneringer (fjernelse af brint) og decarboxylering (eliminering af CO 2), to carbonatomer, og igen optræder oxaloacetat (en forbindelse med 4 carbonatomer) i Krebs-cyklussen, dvs. som et resultat af en fuldstændig omdrejning af cyklussen, brænder acetyl-CoA-molekylet til CO 2 og H 2 O, og oxaloacetat-molekylet regenereres. Nedenfor er alle otte sekventielle reaktioner (stadier) af Krebs-cyklussen.

I den første reaktion, katalyseret af enzymet citratsyntase, kondenseres acetyl-CoA med oxaloacetat. Som et resultat dannes citronsyre:

Tilsyneladende dannes i denne reaktion citril-CoA bundet til enzymet som et mellemprodukt. Sidstnævnte hydrolyseres derefter spontant og irreversibelt til dannelse af citrat og HS-CoA.

I den anden reaktion i cyklussen gennemgår den resulterende citronsyre dehydrering for at danne cis-aconitsyre, som ved tilsætning af et vandmolekyle bliver til isocitronsyre. Disse reversible hydrerings-dehydreringsreaktioner katalyseres af enzymet aconitathydratase:

I den tredje reaktion, som ser ud til at være den hastighedsbegrænsende reaktion i Krebs-cyklussen, dehydrogeneres isocitronsyre i nærværelse af NAD-afhængig isocitrat-dehydrogenase:


(Der er to typer isocitrat-dehydrogenaser i væv: NAD- og NADP-afhængige. Det er blevet fastslået, at NAD-afhængig isocitrat-dehydrogenase spiller rollen som hovedkatalysatoren for oxidationen af ​​isocitronsyre i Krebs-cyklussen.)

Under isocitrat-dehydrogenasereaktionen decarboxyleres isocitronsyre. NAD-afhængig isocitrat dehydrogenase er et allosterisk enzym, der kræver ADP som en specifik aktivator. Derudover kræver enzymet Mg 2+ eller Mn 2+ ioner for at udvise sin aktivitet.

I den fjerde reaktion decarboxyleres α-ketoglutarsyre oxidativt til succinyl-CoA. Mekanismen for denne reaktion ligner reaktionen af ​​oxidativ decarboxylering af pyruvat til acetyl-CoA. α-ketoglutarat dehydrogenase komplekset ligner pyruvat dehydrogenase komplekset i sin struktur. I begge tilfælde deltager fem coenzymer i reaktionen: TDP, liponsyreamid, HS-CoA, FAD og NAD. I alt kan denne reaktion skrives som følger:

Den femte reaktion katalyseres af enzymet succinyl-CoA-syntetase. Under denne reaktion omdannes succinyl-CoA, med deltagelse af BNP og uorganisk fosfat, til ravsyre (succinat). Samtidig sker dannelsen af ​​en højenergi-phosphatbinding af GTP1 på grund af den højenergiske thioesterbinding af succinyl-CoA:


(Den resulterende GTP donerer derefter sin terminale fosfatgruppe til ADP, hvilket resulterer i dannelsen af ​​ATP. Dannelsen af ​​et nukleosidtrifosfat med høj energi under succinyl-CoA-syntetasereaktionen er et eksempel på phosphorylering på substratniveau.)

I den sjette reaktion dehydrogeneres succinat til fumarsyre. Oxidationen af ​​succinat katalyseres af succinatdehydrogenase, i hvis molekyle coenzymet FAD er kovalent bundet til proteinet:

I den syvende reaktion hydreres den resulterende fumarsyre under påvirkning af enzymet fumarathydratase. Produktet af denne reaktion er æblesyre (malat). Det skal bemærkes, at fumarathydratase er stereospecifik - under denne reaktion dannes L-æblesyre:

Endelig, i den ottende reaktion af tricarboxylsyrecyklussen, under påvirkning af mitokondriel NAD-afhængig malatdehydrogenase, oxideres L-malat til oxaloacetat:

Som du kan se, sker der i en omgang af cyklussen, bestående af otte enzymatiske reaktioner, fuldstændig oxidation ("forbrænding") af et molekyle acetyl-CoA. For den kontinuerlige drift af cyklussen er en konstant tilførsel af acetyl-CoA til systemet nødvendig, og coenzymer (NAD og FAD), som er gået over i en reduceret tilstand, skal oxideres igen og igen. Denne oxidation finder sted i elektrontransportsystemet (eller kæden af ​​respiratoriske enzymer) placeret i mitokondrierne.

Den energi, der frigives som følge af oxidationen af ​​acetyl-CoA, er stort set koncentreret i ATP's højenergifosfatbindinger. Af de fire par brintatomer overføres tre par gennem NAD til elektrontransportsystemet; i dette tilfælde dannes der for hvert par i det biologiske oxidationssystem tre ATP-molekyler (i processen med konjugeret oxidativ phosphorylering), og derfor i alt ni ATP-molekyler. Et par atomer kommer ind i elektrontransportsystemet gennem FAD, hvilket resulterer i dannelsen af ​​2 ATP-molekyler. Under reaktionerne i Krebs-cyklussen syntetiseres også 1 molekyle GTP, hvilket svarer til 1 molekyle ATP. Så oxidationen af ​​acetyl-CoA i Krebs-cyklussen producerer 12 ATP-molekyler.

Som allerede nævnt dannes 1 molekyle NADH 2 (3 molekyler ATP) under den oxidative decarboxylering af pyruvat til acetyl-CoA. Da nedbrydningen af ​​et molekyle glucose producerer to molekyler pyruvat, når de oxideres til 2 molekyler acetyl-CoA og de efterfølgende to omdrejninger af tricarboxylsyrecyklussen, syntetiseres 30 molekyler ATP (derfor oxidationen af ​​et molekyle af pyruvat til CO 2 og H 2 O producerer 15 molekyler ATP).

Hertil skal vi tilføje 2 ATP molekyler dannet under aerob glykolyse, og 4 ATP molekyler syntetiseret gennem oxidation af 2 molekyler af ekstramitochondrial NADH 2, som dannes under oxidation af 2 molekyler af glyceraldehyd-3-phosphate reaktionen i dehydrogenasereaktionen. I alt finder vi, at når 1 glukosemolekyle nedbrydes i væv ifølge ligningen: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, syntetiseres 36 ATP molekyler, hvilket bidrager til ophobning af adenosintrifosfat i højenergiphosphatbindinger 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (eller, ifølge andre kilder, 36 X 38 ~ 1430 kJ) fri energi. Med andre ord, af al den frie energi, der frigives under aerob oxidation af glukose (ca. 2840 kJ), akkumuleres op til 50 % af den i mitokondrier i en form, der kan bruges til at udføre div. fysiologiske funktioner. Der er ingen tvivl om, at energimæssigt er den fuldstændige nedbrydning af glukose mere effektiv proces end glykolyse. Det skal bemærkes, at de NADH 2-molekyler, der dannes under omdannelsen af ​​glyceraldehyd-3-phosphat 2, efterfølgende ved oxidation ikke producerer 6 ATP-molekyler, men kun 4. Faktum er, at molekylerne af ekstramitochondrial NADH 2 ikke selv er i stand til at trænge gennem membranen ind i mitokondrierne. De elektroner, de donerer, kan dog indgå i den mitokondrielle kæde af biologisk oxidation ved hjælp af den såkaldte glycerofosfat-shuttle-mekanisme (fig. 92). Som det kan ses på figuren, reagerer cytoplasmatisk NADH 2 først med cytoplasmatisk dihydroxyacetonephosphat for at danne glycerol 3-phosphat. Reaktionen katalyseres af NAD-afhængig cytoplasmatisk glycerol-3-phosphatdehydrogenase.

Acetyl-SCoA dannet i PVK-dehydrogenasereaktionen kommer derefter ind tricarboxylsyrecyklus(TCA cyklus, citronsyre cyklus, Krebs cyklus). Ud over pyruvat er ketosyrer, der kommer fra katabolisme, involveret i cyklussen aminosyrer eller andre stoffer.

Tricarboxylsyre cyklus

Cyklusen fortsætter ind mitokondriel matrix og repræsenterer oxidation molekyler acetyl-SCoA i otte på hinanden følgende reaktioner.

I den første reaktion binder de acetyl Og oxalacetat(oxaloeddikesyre) dannes citrat(citronsyre), så sker isomerisering af citronsyre til isocitratere og to dehydrogeneringsreaktioner med samtidig frigivelse af CO 2 og reduktion af NAD.

I den femte reaktion dannes GTP, dette er reaktionen substratfosforylering. Dernæst sker FAD-afhængig dehydrogenering sekventielt succinat (ravsyre), hydrering fumarova syre til malat(æblesyre), derefter NAD-afhængig dehydrogenering, hvilket resulterer i dannelsen oxalacetat.

Som et resultat, efter otte reaktioner af cyklussen igen oxaloacetat dannes .

De sidste tre reaktioner udgør det såkaldte biokemiske motiv (FAD-afhængig dehydrogenering, hydrering og NAD-afhængig dehydrogenering, det bruges til at indføre en ketogruppe i succinatstrukturen. Dette motiv er også til stede i β-oxidationsreaktioner af fedtstoffer syrer i omvendt rækkefølge (reduktion, de hydrering og reduktion) dette motiv observeres i fedtsyresyntesereaktioner.

Funktioner af TsTK

1. Energi

  • generation hydrogenatomer for funktionen af ​​åndedrætskæden, nemlig tre molekyler af NADH og et molekyle af FADH2,
  • enkelt molekyle syntese GTF(svarende til ATP).

2. Anabolske. I TCC dannes

  • hæm forløber succinyl-SCoA,
  • ketosyrer, der kan omdannes til aminosyrer - α-ketoglutarat for glutaminsyre, oxalacetat for asparaginsyre,
  • citronsyre, bruges til syntese af fedtsyrer,
  • oxalacetat, brugt til glucosesyntese.

Anabolske reaktioner i TCA-cyklussen

Regulering af tricarboxylsyrecyklussen

Allosterisk regulering

Enzymer, der katalyserer 1., 3. og 4. reaktioner i TCA-cyklussen, er følsomme overfor allosterisk regulering metabolitter:

Regulering af tilgængelighed af oxaloacetat

Hoved Og grundlæggende Regulatoren af ​​TCA-cyklussen er oxaloacetat, eller rettere dets tilgængelighed. Tilstedeværelsen af ​​oxaloacetat rekrutterer acetyl-SCoA i TCA-cyklussen og starter processen.

Normalt har cellen balance mellem dannelsen af ​​acetyl-SCoA (fra glukose, fedtsyrer eller aminosyrer) og mængden af ​​oxaloacetat. Kilden til oxaloacetat er pyruvat, (dannet af glucose eller alanin), opnået fra asparaginsyre som et resultat af transaminering eller AMP-IMP-cyklussen, og også fra frugtsyrer cyklus selv (ravsyre, α-ketoglutarsyre, æblesyre, citronsyre), som kan dannes under nedbrydningen af ​​aminosyrer eller komme fra andre processer.

Syntese af oxaloacetat fra pyruvat

Regulering af enzymaktivitet pyruvatcarboxylase udføres med deltagelse acetyl-SCoA. Det er allosterisk aktivator enzym, og uden det er pyruvatcarboxylase praktisk talt inaktiv. Når acetyl-SCoA akkumuleres, begynder enzymet at virke, og oxaloacetat dannes, men selvfølgelig kun i nærvær af pyruvat.

Også flertallet aminosyrer under deres katabolisme er de i stand til at omdannes til metabolitter af TCA-cyklussen, som derefter går til oxaloacetat, som også opretholder aktiviteten af ​​cyklussen.

Genopfyldning af TCA-cyklusmetabolitpuljen fra aminosyrer

Reaktioner af genopfyldning af cyklussen med nye metabolitter (oxaloacetat, citrat, α-ketoglutarat osv.) kaldes anaplerotisk.

Oxaloacetats rolle i stofskiftet

Et eksempel på en væsentlig rolle oxalacetat tjener til at aktivere syntesen af ​​ketonstoffer og ketoacidose blodplasma kl utilstrækkelig mængde oxaloacetat i leveren. Denne tilstand observeres under dekompensation af insulinafhængig diabetes mellitus (type 1-diabetes) og under faste. Ved disse lidelser aktiveres processen med glukoneogenese i leveren, dvs. dannelsen af ​​glucose fra oxaloacetat og andre metabolitter, hvilket medfører et fald i mængden af ​​oxaloacetat. Den samtidige aktivering af fedtsyreoxidation og akkumulering af acetyl-SCoA udløser en backup-vej for udnyttelsen af ​​acetylgruppen - syntese af ketonstoffer. I dette tilfælde udvikles blodforsuring i kroppen ( ketoacidose) med et karakteristisk klinisk billede: svaghed, hovedpine, døsighed, nedsat muskeltonus, kropstemperatur og blodtryk.

Ændringer i hastigheden af ​​TCA-cyklusreaktioner og årsagerne til akkumulering af ketonstoffer under visse forhold

Den beskrevne metode til regulering med deltagelse af oxaloacetat er en illustration af den smukke formulering " Fedt brænder i kulhydraternes flammer". Det indebærer, at "forbrændingsflammen" af glucose fører til udseendet af pyruvat, og pyruvat omdannes ikke kun til acetyl-SCoA, men også til oxalacetat. Tilstedeværelsen af ​​oxaloacetat sikrer inklusion af acetylgruppen dannet af fedtsyrer i form af acetyl-SCoA, i den første reaktion i TCA-cyklussen.

I tilfælde af storstilet "forbrænding" af fedtsyrer, som observeres i muskler under fysisk arbejde og i leveren faste hastigheden for indtræden af ​​acetyl-SCoA i TCA-cyklusreaktionen vil direkte afhænge af mængden af ​​oxaloacetat (eller oxideret glucose).

Hvis mængden af ​​oxaloacetat i hepatocyt er ikke nok (der er ingen glukose, eller det er ikke oxideret til pyruvat), så vil acetylgruppen gå til syntese af ketonstoffer. Dette sker når lang faste Og diabetes mellitus 1 type.



Relaterede artikler