Cosa influenza il ciclo di Krebs? Ciclo di Krebs Il ciclo di Krebs è una fase chiave nella respirazione di tutte le cellule che utilizzano ossigeno, l'intersezione di molte vie metaboliche nel corpo

Ciclo di Krebs

Ciclo dell'acido tricarbossilico (Ciclo di Krebs, ciclo del citrato) - parte centrale percorso comune catabolismo, un processo aerobico biochimico ciclico durante il quale avviene la conversione in CO 2 di composti a due e tre atomi di carbonio formati come prodotti intermedi negli organismi viventi durante la scomposizione di carboidrati, grassi e proteine. In questo caso, l'idrogeno rilasciato viene inviato alla catena respiratoria dei tessuti, dove viene ulteriormente ossidato in acqua, partecipando direttamente alla sintesi di una fonte di energia universale: ATP.

Il ciclo di Krebs è una fase chiave nella respirazione di tutte le cellule che utilizzano l'ossigeno, l'intersezione di molte vie metaboliche nel corpo. Oltre al ruolo energetico significativo, al ciclo viene assegnata anche una funzione plastica significativa, cioè fonte importante molecole precursori, dalle quali, nel corso di altre trasformazioni biochimiche, vengono sintetizzati composti importanti per la vita della cellula, come aminoacidi, carboidrati, acidi grassi, ecc.

Il ciclo di trasformazione dell'acido citrico nelle cellule viventi fu scoperto e studiato dal biochimico tedesco Hans Krebs, per questo lavoro gli fu assegnato il Premio Nobel (1953) insieme a F. Lipmann.

Fasi del ciclo di Krebs

Substrati Prodotti Enzima Tipo di reazione Commento
1 Ossalacetato +
Acetil-CoA+
H2O		 Citrato +
CoA-SH		 Citrato sintasi Condensazione aldolica fase limitante
converte l'ossalacetato C4 in C6
2 Citrato cis-aconiat +
H2O		 aconitasi Disidratazione isomerizzazione reversibile
3 cis-aconiat +
H2O		 isocitrato idratazione
4 Isocitrato +
isocitrato deidrogenasi Ossidazione Si forma il NADH (equivalente a 2,5 ATP)
5 ossalosuccinato α-chetoglutarato +
CO2		 decarbossilazione fase reversibile
Si forma C5
6 α-chetoglutarato +
NAD++
CoA-SH		 succinil-CoA+
NADH+H++
CO2		 alfa-chetoglutarato deidrogenasi Decarbossilazione ossidativa Si forma NADH (equivalente a 2,5 ATP),
rigenerazione della via C 4 (rilasciata da CoA)
7 succinil-CoA+
PIL + Pi		 succinato +
CoA-SH+
GTP		 succinil coenzima A sintetasi fosforilazione del substrato o ADP ->ATP,
Si forma 1 ATP
8 succinato +
ubichinone (Q)		 fumarato +
ubichinolo (QH2)		 succinato deidrogenasi Ossidazione Il FAD è utilizzato come gruppo prostetico (FAD->FADH 2 nella prima fase della reazione) nell'enzima,
si forma l'equivalente di 1,5 ATP
9 fumarato +
H2O		 l-malato fumarasi Addizione di H2O
(idratazione)
10 l-malato +
NAD+		 ossalacetato +
NADH+H+		 malato deidrogenasi ossidazione Si forma il NADH (equivalente a 2,5 ATP)

L'equazione generale per una rivoluzione del ciclo di Krebs è:

Acetil-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e −

Note

Collegamenti

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2010.

Ciclo di Krebs chiamato anche Ciclo dell'acido tricarbossilico, poiché in esso si formano come prodotti intermedi. È un trasportatore ad anello enzimatico che “lavora” nella matrice mitocondriale.

Il risultato del ciclo di Krebs è la sintesi di una piccola quantità di ATP e la formazione di NAD H 2, che viene poi inviato alla fase successiva: la catena respiratoria (fosforilazione ossidativa), situata sulla membrana interna dei mitocondri.

L'acido piruvico risultante (piruvato) entra nei mitocondri, dove alla fine viene completamente ossidato, trasformandosi in anidride carbonica e acqua. Ciò avviene prima nel ciclo di Krebs, poi durante la fosforilazione ossidativa.

Prima del ciclo di Krebs, il piruvato viene decarbossilato e deidrogenato. Come risultato della decarbossilazione, una molecola di CO 2 viene eliminata. La deidrogenazione è l'eliminazione degli atomi di idrogeno. Si collegano al NAD.

Di conseguenza, dall'acido piruvico si forma acido acetico, che viene aggiunto al coenzima A. Risulta acetil coenzima A(acetil-CoA) – CH 3 CO~S-CoA contenente un legame ad alta energia.

La conversione del piruvato in acetil-CoA è compiuta da un grande complesso enzimatico costituito da dozzine di polipeptidi associati a trasportatori di elettroni.

Il ciclo di Krebs inizia con l'idrolisi dell'acetil-CoA, che rimuove un gruppo acetile contenente due atomi di carbonio. Successivamente, il gruppo acetile viene incluso nel ciclo dell'acido tricarbossilico.

Un gruppo acetile si lega all'acido ossalacetico, che ha quattro atomi di carbonio. Di conseguenza, acido citrico, contenente sei atomi di carbonio. L'energia per questa reazione è fornita dal legame acetil-CoA ad alta energia.

Ciò che segue è una catena di reazioni in cui il gruppo acetile legato nel ciclo di Krebs viene deidrogenato, rilasciando quattro coppie di atomi di idrogeno, e decarbossilato per formare due molecole di CO 2 . In questo caso, l'ossigeno viene utilizzato per l'ossidazione, scisso da due molecole d'acqua, non molecolare. Il processo è chiamato ossidativothdecarbossilazioneM. Alla fine del ciclo l'acido ossalacetico viene rigenerato.

Torniamo alla fase dell'acido citrico. La sua ossidazione avviene attraverso una serie di reazioni enzimatiche in cui si formano acidi isocitrico, ossalosuccinico e altri. Come risultato di queste reazioni, in diverse fasi del ciclo, tre molecole di NAD e una FAD vengono ridotte, si forma GTP (guanosina trifosfato), contenente un legame fosfato ad alta energia, la cui energia viene successivamente utilizzata per fosforilare l'ADP . Di conseguenza, si forma una molecola di ATP.

L'acido citrico perde due atomi di carbonio per formare due molecole di CO 2.

Come risultato delle reazioni enzimatiche, l'acido citrico viene convertito in acido ossalacetico, che può nuovamente combinarsi con l'acetil-CoA. Il ciclo si ripete.

Nell'acido citrico, il residuo di acetil-CoA aggiunto brucia per formare anidride carbonica, atomi di idrogeno ed elettroni. L'idrogeno e gli elettroni vengono trasferiti al NAD e al FAD, che ne sono accettori.

L'ossidazione di una molecola di acetil-CoA produce una molecola di ATP, quattro atomi di idrogeno e due molecole di anidride carbonica. Questo è L'anidride carbonica rilasciata durante la respirazione aerobica si forma durante il ciclo di Krebs. In questo caso, l'ossigeno molecolare (O 2) non viene utilizzato qui, è necessario solo nella fase di fosforilazione ossidativa;

Gli atomi di idrogeno sono attaccati al NAD o FAD, in questa forma entrano poi nella catena respiratoria.

Una molecola di glucosio produce due molecole di piruvato e quindi due acetil-CoA. Pertanto, per una molecola di glucosio ci sono due giri del ciclo dell'acido tricarbossilico. Si formano in totale due molecole di ATP, quattro di CO 2 e otto atomi di H.

Va notato che non solo il glucosio e il piruvato da esso formato entrano nel ciclo di Krebs. Come risultato della scomposizione dei grassi da parte dell'enzima lipasi, si formano acidi grassi, la cui ossidazione porta anche alla formazione di acetil-CoA, alla riduzione del NAD e al FAD (flavina adenina dinucleotide).

Se una cellula è carente di carboidrati e grassi, gli amminoacidi possono subire un'ossidazione. In questo caso si formano acetil-CoA e acidi organici, che partecipano ulteriormente al ciclo di Krebs.

Pertanto, non importa quale fosse la fonte primaria di energia. In ogni caso si forma acetil-CoA, che è un composto universale per la cellula.

In condizioni anaerobiche, l'acido piruvico (piruvato) subisce ulteriori trasformazioni durante le fermentazioni alcolica, lattica e di altro tipo, mentre il NADH viene utilizzato per ripristinare i prodotti finali della fermentazione, rigenerandosi in forma ossidata. Quest'ultima circostanza favorisce il processo di glicolisi, che richiede NAD+ ossidato. In presenza di sufficiente ossigeno, il piruvato viene completamente ossidato a C0 2 e H 2 0 in un ciclo respiratorio chiamato Ciclo di Krebs O Ciclo degli acidi di- e tricarbossilici. Tutte le aree di questo processo sono localizzate nella matrice o nella membrana interna dei mitocondri.

Successione Reazioni del ciclo di Krebs. La partecipazione degli acidi organici alla respirazione attira da tempo l'attenzione dei ricercatori. Già nel 1910, il chimico svedese T. Thunberg dimostrò che i tessuti animali contengono enzimi in grado di rimuovere l'idrogeno da alcuni acidi organici (succinico, malico, citrico). Nel 1935, A. Szent-Gyorgyi in Ungheria scoprì che l'aggiunta al tessuto muscolare tritato piccole quantità Gli acidi succinico, fumarico, malico o ossalacetico attivano bruscamente l'assorbimento dell'ossigeno da parte dei tessuti.

Tenendo conto dei dati di Thunberg e Szent-Gyorgyi e basandosi sui propri esperimenti studiando l'interconversione di vari acidi organici e il loro effetto sulla respirazione del muscolo del volo di un piccione, il biochimico inglese G. A. Krebs nel 1937 propose un diagramma del sequenza di ossidazione degli acidi di- e tricarbossilici a CO 2 attraverso "ciclo dell'acido citrico" Sì, il resoconto della rimozione dell'idrogeno. A lui è stato intitolato questo ciclo.

Direttamente nel ciclo viene ossidato il piruvato stesso e il suo derivato, l'acetil-CoA. Pertanto, il primo passo nella scissione ossidativa del PVK è la formazione di acetile attivo durante la decarbossilazione ossidativa. La decarbossilazione ossidativa del piruvato viene effettuata con la partecipazione del complesso multienzimatico della piruvato deidrogenasi. Contiene tre enzimi e cinque coenzimi. I coenzimi sono la tiamina pirofosfato (TPP), un derivato fosforilato della vitamina B, l'acido lipoico, il coenzima A, FAD e NAD+. Il piruvato interagisce con il TPP (decarbossilasi), durante il quale viene scissa la CO 2 e si forma un derivato idrossietilico del TPP (Fig. 4.2). Quest'ultimo reagisce con la forma ossidata dell'acido lipoico. Il legame disolfuro dell'acido lipoico viene rotto e si verifica una reazione redox: il gruppo idrossietilico attaccato a un atomo di zolfo viene ossidato in acetile (questo crea un legame tioestere ad alta energia) e l'altro atomo di zolfo dell'acido lipoico viene ridotto. L'acido acetil lipoico risultante interagisce con il coenzima A, appare l'acetil-CoA e appare la forma ridotta dell'acido lipoico. L'idrogeno dell'acido lipoico viene quindi trasferito al FAD e quindi al NAD+. Come risultato della decarbossilazione ossidativa del piruvato, si formano acetil-CoA, CO 2 e NADH.

Un'ulteriore ossidazione dell'acetil-CoA avviene in un processo ciclico. Il ciclo di Krebs inizia con l'interazione dell'acetil-CoA con la forma enolica dell'acido ossalacetico. In questa reazione, sotto l'azione dell'enzima citrato sintasi, si forma acido citrico. La fase successiva del ciclo prevede due reazioni ed è catalizzata dall'enzima aconitasi o aconitato idratasi. Nella prima reazione, a seguito della disidratazione dell'acido citrico, cis- aconito. Nella seconda reazione, l'aconitato viene idratato e viene sintetizzato l'acido isocitrico. L'acido isocitrico, sotto l'azione dell'isocitrato deidrogenasi NAD o NADP-dipendente, viene ossidato in un composto instabile: l'acido ossalosuccinico, che viene immediatamente decarbossilato per formare acido a-chetoglutarico (acido a-ossoglutarico).

L'α-chetoglutarato, come il piruvato, subisce decarbossilazione ossidativa. Il complesso multienzimatico dell'a-chetoglutarato deidrogenasi è simile al complesso della piruvato deidrogenasi discusso sopra. Durante la reazione di decarbossilazione ossidativa dell'α-chetoglutarato, viene rilasciata CO2 e si formano NADH e succinil-CoA.

Come l'acetil-CoA, il succinil-CoA è un tioestere ad alta energia. Tuttavia, se nel caso dell'acetil-CoA l'energia del legame tioestere viene spesa nella sintesi dell'acido citrico, l'energia del succinil-CoA può essere trasformata nella formazione del legame fosfato dell'ATP. Con la partecipazione della succinil-CoA sintetasi, l'acido succinico (succinato), l'ATP si formano da succinil-CoA, ADP e H 3 P0 4 e la molecola CoA viene rigenerata. L'ATP si forma a seguito della fosforilazione del substrato.

Nella fase successiva, l'acido succinico viene ossidato in acido fumarico. La reazione è catalizzata dalla succinato deidrogenasi, il cui coenzima è FAD. L'acido fumarico sotto l'azione della fumarasi o della fumarato idratasi, aggiungendo H 2 0, viene convertito in acido malico (malato). Infine, nell'ultima fase del ciclo, l'acido malico viene ossidato in acido ossalacetico dalla malato deidrogenasi NAD-dipendente. PIKE, che si trasforma spontaneamente nella forma enolica, reagisce con un'altra molecola di acetil-CoA e il ciclo si ripete nuovamente.

Va notato che la maggior parte delle reazioni del ciclo sono reversibili, ma il corso del ciclo nel suo insieme è praticamente irreversibile. La ragione di ciò è che ci sono due reazioni altamente esergoniche nel ciclo: citrato sintasi e succinil-CoA sintetasi.

Durante un giro del ciclo, durante l'ossidazione del piruvato, vengono rilasciate tre molecole di CO2, vengono incluse tre molecole di H2O e vengono rimosse cinque coppie di atomi di idrogeno. Il ruolo dell'H 2 O nel ciclo di Krebs conferma la correttezza dell'equazione di Palladin, che postulava che la respirazione avviene con la partecipazione di H 2 O, il cui ossigeno è incluso nel substrato ossidato, e l'idrogeno viene trasferito all'ossigeno con l'aiuto di “pigmenti respiratori” (secondo i concetti moderni - coenzimi deidrogenasi).

È stato notato sopra che il ciclo di Krebs è stato scoperto negli oggetti animali. La sua esistenza nelle piante fu dimostrata per la prima volta dal ricercatore inglese A. Chibnall (1939). I tessuti vegetali contengono tutti gli acidi coinvolti nel ciclo; sono stati scoperti tutti gli enzimi che catalizzano la trasformazione di questi acidi; È stato dimostrato che il malonato, un inibitore della suncinato deidrogenasi, inibisce l'ossidazione del piruvato e riduce drasticamente l'assorbimento di 02 nei processi respiratori nelle piante. La maggior parte degli enzimi del ciclo di Krebs

localizzato nella matrice mitocondriale, aconitasi e succinato deidrogenasi - nella membrana interna dei mitocondri.

Produzione energetica del ciclo di Krebs, sua connessione con il metabolismo dell'azoto. Ciclo di Krebs. svolge un ruolo estremamente importante nel metabolismo dell'organismo vegetale. Serve come fase finale nell'ossidazione non solo dei carboidrati, ma anche delle proteine, dei grassi e di altri composti. Durante le reazioni del ciclo, la maggior parte dell'energia contenuta nel substrato ossidato viene rilasciata e la maggior parte di questa energia non viene persa nel corpo, ma viene utilizzata durante la formazione di legami fosfatici terminali ad alta energia dell'ATP.

Qual è l'energia prodotta dal ciclo di Krebs? Durante l'ossidazione del piruvato avvengono 5 deidrogenazioni, risultanti in 3NADH, NADPH (nel caso dell'isocitrato deidrogenasi) e FADH 2. L'ossidazione di ciascuna molecola di NADH (NADPH) con la partecipazione di componenti della catena di trasporto degli elettroni dei mitocondri produce 3 molecole di ATP e l'ossidazione di FADH 2 - 2 ATP. Pertanto, con la completa ossidazione del piruvato, si formano 14 molecole di ATP. Inoltre, viene sintetizzata 1 molecola di ATP; nel ciclo di Krebs durante la fosforilazione del substrato. Di conseguenza, l'ossidazione di una molecola di piruvato può produrre 15 molecole di ATP. E poiché nel processo di glicolisi nascono due molecole di piruvato da una molecola di glucosio, la loro ossidazione produrrà 30 molecole di ATP.

Quindi, durante l'ossidazione del glucosio durante la respirazione durante il funzionamento della glicolisi e del ciclo di Krebs, si formano un totale di 38 molecole di ATP (8 ATP sono associate alla glicolisi). Se assumiamo che l'energia del terzo estere e del legame fosfato dell'ATP sia 41,87 kJ/mol (10 kcal/mol), allora l'energia prodotta dalla via glicolitica della respirazione aerobica è 1591 kJ/mol (380 kcal/mol).

Regolazione del ciclo di Krebs. L'ulteriore utilizzo dell'acetil-CoA formato dal piruvato dipende dallo stato energetico della cellula. Quando il fabbisogno energetico della cellula è basso, il controllo respiratorio inibisce il lavoro della catena respiratoria e, di conseguenza, le reazioni del ciclo TCA e la formazione di intermedi del ciclo, tra cui l'ossalacetato, che coinvolge l'acetil-CoA nel ciclo di Krebs. Ciò si traduce in un maggiore utilizzo di acetil-CoA nei processi sintetici, che consumano anche energia.

Una caratteristica della regolazione del ciclo TCA è la dipendenza di tutte e quattro deidrogenasi del ciclo (isocitrato deidrogenasi, α-chetoglutarato deidrogenasi, succinato deidrogenasi, malato deidrogenasi) dal rapporto /. L'attività della citrato sintasi è inibita da un'elevata concentrazione di ATP e del suo stesso prodotto, il citrato. L'isocitrato deidrogenasi è inibita dal NADH e attivata dal citrato. L'α-cheto-glutarato deidrogenasi viene soppressa dal prodotto di reazione, il succinil-CoA, e attivata dagli adenilati. L'ossidazione del succinato da parte della succinato deidrogenasi è inibita dall'ossalacetato e accelerata da ATP, ADP e ubichinone ridotto (QH 2). Infine, la malato deidrogenasi è inibita dall'ossalacetato e, in numerosi casi, da elevati livelli di ATP. Tuttavia, la misura in cui l'entità della carica energetica, o il livello dei nucleotidi di adenina, partecipa alla regolazione dell'attività del ciclo di Krebs nelle piante non è completamente compresa.

Anche la via alternativa del trasporto degli elettroni nei mitocondri delle piante può svolgere un ruolo regolatore. In condizioni di elevato contenuto di ATP, quando l'attività della catena respiratoria principale è ridotta, continua l'ossidazione dei substrati attraverso un'ossidasi alternativa (senza formazione di ATP), che mantiene un basso rapporto NADH/NAD+ e riduce i livelli di ATP. Tutto ciò consente il funzionamento del ciclo di Krebs.

Il ciclo dell'acido tricarbossilico fu scoperto per la prima volta dal biochimico inglese Krebs. Fu il primo a postulare l'importanza di questo ciclo per la completa combustione del piruvato, la cui fonte principale è la conversione glicolitica dei carboidrati. Successivamente è stato dimostrato che il ciclo dell’acido tricarbossilico è un “focus” in cui convergono quasi tutte le vie metaboliche.

Quindi, l'acetil-CoA formato a seguito della decarbossilazione ossidativa del piruvato entra nel ciclo di Krebs. Questo ciclo è composto da otto reazioni consecutive (Fig. 91). Il ciclo inizia con la condensazione dell'acetil-CoA con l'ossalacetato e la formazione di acido citrico. ( Come si vedrà di seguito, nel ciclo non è l'acetil-CoA stesso a subire l'ossidazione, ma un composto più complesso: l'acido citrico (acido tricarbossilico).)

Quindi l'acido citrico (un composto a sei atomi di carbonio), attraverso una serie di deidrogenazioni (rimozione di idrogeno) e decarbossilazione (eliminazione di CO 2), perde due atomi di carbonio e di nuovo appare l'ossalacetato (un composto a quattro atomi di carbonio) nel ciclo di Krebs, cioè, come risultato di una rivoluzione completa del ciclo, la molecola di acetil-CoA brucia in CO 2 e H 2 O e la molecola di ossalacetato viene rigenerata. Di seguito sono riportate tutte le otto reazioni sequenziali (fasi) del ciclo di Krebs.

Nella prima reazione, catalizzata dall'enzima citrato sintasi, l'acetil-CoA viene condensato con l'ossalacetato. Di conseguenza, si forma acido citrico:

Apparentemente, in questa reazione, il citril-CoA legato all'enzima si forma come prodotto intermedio. Quest'ultimo viene poi spontaneamente e irreversibilmente idrolizzato per formare citrato e HS-CoA.

Nella seconda reazione del ciclo, l'acido citrico risultante subisce disidratazione per formare acido cis-aconitico che, aggiungendo una molecola d'acqua, diventa acido isocitrico. Queste reazioni reversibili di idratazione-disidratazione sono catalizzate dall'enzima aconitato idratasi:

Nella terza reazione, che sembra essere la reazione limitante della velocità del ciclo di Krebs, l'acido isocitrico viene deidrogenato in presenza di isocitrato deidrogenasi NAD-dipendente:


(Esistono due tipi di isocitrato deidrogenasi nei tessuti: NAD- e NADP-dipendenti. È stato stabilito che l'isocitrato deidrogenasi NAD-dipendente svolge il ruolo di catalizzatore principale per l'ossidazione dell'acido isocitrico nel ciclo di Krebs.)

Durante la reazione dell'isocitrato deidrogenasi, l'acido isocitrico viene decarbossilato. L'isocitrato deidrogenasi NAD-dipendente è un enzima allosterico che richiede l'ADP come attivatore specifico. Inoltre, l'enzima richiede ioni Mg 2+ o Mn 2+ per esercitare la sua attività.

Nella quarta reazione, l'acido α-chetoglutarico viene decarbossilato ossidativamente a succinil-CoA. Il meccanismo di questa reazione è simile alla reazione di decarbossilazione ossidativa del piruvato ad acetil-CoA. Il complesso dell'α-chetoglutarato deidrogenasi ha una struttura simile al complesso della piruvato deidrogenasi. In entrambi i casi, cinque coenzimi prendono parte alla reazione: TDP, ammide dell'acido lipoico, HS-CoA, FAD e NAD. In totale, questa reazione può essere scritta come segue:

La quinta reazione è catalizzata dall'enzima succinil-CoA sintetasi. Durante questa reazione, il succinil-CoA, con la partecipazione del PIL e del fosfato inorganico, viene convertito in acido succinico (succinato). Allo stesso tempo, la formazione di un legame fosfato ad alta energia di GTP1 avviene a causa del legame tioestere ad alta energia di succinil-CoA:


(Il GTP risultante dona quindi il suo gruppo fosfato terminale all'ADP, determinando la formazione di ATP. La formazione di un nucleoside trifosfato ad alta energia durante la reazione della succinil-CoA sintetasi è un esempio di fosforilazione a livello del substrato.)

Nella sesta reazione, il succinato viene deidrogenato ad acido fumarico. L'ossidazione del succinato è catalizzata dalla succinato deidrogenasi, nella cui molecola il coenzima FAD è legato covalentemente alla proteina:

Nella settima reazione, l'acido fumarico risultante viene idratato sotto l'influenza dell'enzima fumarato idratasi. Il prodotto di questa reazione è l'acido malico (malato). Va notato che la fumarato idratasi è stereospecifica: durante questa reazione si forma acido L-malico:

Infine, nell'ottava reazione del ciclo dell'acido tricarbossilico, sotto l'influenza della malato deidrogenasi mitocondriale NAD-dipendente, l'L-malato viene ossidato in ossalacetato:

Come puoi vedere, in un giro del ciclo, costituito da otto reazioni enzimatiche, avviene l'ossidazione completa ("combustione") di una molecola di acetil-CoA. Per il funzionamento continuo del ciclo è necessaria una fornitura costante di acetil-CoA nel sistema e i coenzimi (NAD e FAD), che sono passati allo stato ridotto, devono essere ossidati più e più volte. Questa ossidazione avviene nel sistema di trasporto degli elettroni (o catena di enzimi respiratori) situato nei mitocondri.

L’energia rilasciata come risultato dell’ossidazione dell’acetil-CoA è in gran parte concentrata nei legami fosfatici ad alta energia dell’ATP. Delle quattro coppie di atomi di idrogeno, tre coppie vengono trasferite tramite NAD al sistema di trasporto degli elettroni; in questo caso, per ciascuna coppia nel sistema di ossidazione biologica, si formano tre molecole di ATP (nel processo di fosforilazione ossidativa coniugata), e quindi un totale di nove molecole di ATP. Una coppia di atomi entra nel sistema di trasporto degli elettroni attraverso il FAD, dando luogo alla formazione di 2 molecole di ATP. Durante le reazioni del ciclo di Krebs viene sintetizzata anche 1 molecola di GTP, che equivale a 1 molecola di ATP. Quindi, l'ossidazione dell'acetil-CoA nel ciclo di Krebs produce 12 molecole di ATP.

Come già notato, 1 molecola di NADH 2 (3 molecole di ATP) si forma durante la decarbossilazione ossidativa del piruvato in acetil-CoA. Poiché la scissione di una molecola di glucosio produce due molecole di piruvato, quando queste vengono ossidate in 2 molecole di acetil-CoA e i successivi due giri del ciclo dell'acido tricarbossilico, vengono sintetizzate 30 molecole di ATP (quindi, l'ossidazione di una molecola di piruvato in CO 2 e H 2 O produce 15 molecole di ATP).

A questo dobbiamo aggiungere 2 molecole di ATP formate durante la glicolisi aerobica e 4 molecole di ATP sintetizzate attraverso l'ossidazione di 2 molecole di NADH 2 extramitocondriale, che si formano durante l'ossidazione di 2 molecole di gliceraldeide-3-fosfato nella reazione della deidrogenasi. In totale, troviamo che quando 1 molecola di glucosio viene scomposta nei tessuti secondo l'equazione: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, vengono sintetizzate 36 molecole di ATP, che contribuiscono all'accumulo di adenosina trifosfato in legami fosfatici ad alta energia 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (o, secondo altre fonti, 36 X 38 ~ 1430 kJ) energia libera. In altre parole, di tutta l'energia libera rilasciata durante l'ossidazione aerobica del glucosio (circa 2840 kJ), fino al 50% di essa viene accumulata nei mitocondri in una forma che può essere utilizzata per eseguire varie funzioni fisiologiche. Non c’è dubbio che, a livello energetico, la scomposizione completa del glucosio sia maggiore processo efficiente rispetto alla glicolisi. Va notato che le molecole di NADH 2 formate durante la conversione della gliceraldeide-3-fosfato 2 successivamente, dopo l'ossidazione, producono non 6 molecole di ATP, ma solo 4. Il fatto è che le stesse molecole di NADH 2 extramitocondriale non sono in grado di penetrare attraverso la membrana nei mitocondri. Tuttavia, gli elettroni donati possono essere inclusi nella catena mitocondriale dell'ossidazione biologica utilizzando il cosiddetto meccanismo di navetta del glicerofosfato (Fig. 92). Come si può vedere nella figura, il NADH 2 citoplasmatico reagisce prima con il diidrossiacetone fosfato citoplasmatico per formare glicerolo 3-fosfato. La reazione è catalizzata dalla glicerolo-3-fosfato deidrogenasi citoplasmatica NAD-dipendente.

Quindi entra l'acetil-SCoA formato nella reazione della PVK deidrogenasi Ciclo dell'acido tricarbossilico(Ciclo TCA, ciclo dell'acido citrico, ciclo di Krebs). Oltre al piruvato, nel ciclo sono coinvolti chetoacidi provenienti dal catabolismo amminoacidi o qualsiasi altra sostanza.

Ciclo dell'acido tricarbossilico

Il ciclo prosegue matrice mitocondriale e rappresenta ossidazione molecole acetil-SCoA in otto reazioni consecutive.

Nella prima reazione si legano acetile E ossalacetato(acido ossalacetico) per formarsi citrato(acido citrico), quindi avviene l'isomerizzazione dell'acido citrico isocitrato e due reazioni di deidrogenazione con rilascio concomitante di CO 2 e riduzione di NAD.

Nella quinta reazione si forma il GTP, questa è la reazione fosforilazione del substrato. Successivamente, la deidrogenazione dipendente dal FAD avviene in sequenza succinato (acido succinico), idratazione fumarova acido a malato(acido malico), quindi deidrogenazione NAD-dipendente con conseguente formazione ossalacetato.

Di conseguenza, dopo otto reazioni del ciclo Ancora si forma ossalacetato .

Le ultime tre reazioni costituiscono il cosiddetto motivo biochimico (deidrogenazione FAD-dipendente, idratazione e deidrogenazione NAD-dipendente, serve per introdurre un gruppo cheto nella struttura succinato. Questo motivo è presente anche nelle reazioni di β-ossidazione dei grassi acidi. Nell'ordine inverso (riduzione, de idratazione e riduzione) questo motivo si osserva nelle reazioni di sintesi degli acidi grassi.

Funzioni del TsTK

1. Energia

  • generazione atomi di idrogeno per il funzionamento della catena respiratoria, ovvero tre molecole di NADH e una molecola di FADH2,
  • sintesi di singole molecole GTF(equivalente all'ATP).

2. Anabolico. Nel TCC si formano

  • precursore dell'eme succinil-SCoA,
  • chetoacidi che possono essere convertiti in aminoacidi - α-chetoglutarato per l'acido glutammico, ossalacetato per l'acido aspartico,
  • acido citrico, utilizzato per la sintesi degli acidi grassi,
  • ossalacetato, utilizzato per la sintesi del glucosio.

Reazioni anaboliche del ciclo TCA

Regolazione del ciclo degli acidi tricarbossilici

Regolazione allosterica

Sono sensibili gli enzimi che catalizzano la 1a, 3a e 4a reazione del ciclo TCA regolazione allosterica metaboliti:

Regolazione della disponibilità di ossalacetato

Principale E di base Il regolatore del ciclo del TCA è l'ossalacetato, o meglio la sua disponibilità. La presenza di ossalacetato recluta l'acetil-SCoA nel ciclo TCA e avvia il processo.

Di solito la cella ha bilancia tra la formazione di acetil-SCoA (da glucosio, acidi grassi o aminoacidi) e la quantità di ossalacetato. La fonte dell'ossalacetato è piruvato, (formato da glucosio o alanina), ottenuto da acido aspartico come risultato della transaminazione o del ciclo AMP-IMP, e anche da acidi della frutta ciclo stesso (succinico, α-chetoglutarico, malico, citrico), che possono formarsi durante il catabolismo degli aminoacidi o provenire da altri processi.

Sintesi dell'ossalacetato dal piruvato

Regolazione dell'attività enzimatica piruvato carbossilasi realizzato con la partecipazione acetil-SCoA. È allosterico attivatore enzima e senza di esso la piruvato carbossilasi è praticamente inattiva. Quando l'acetil-SCoA si accumula, l'enzima inizia a funzionare e si forma l'ossalacetato, ma, ovviamente, solo in presenza di piruvato.

Anche la maggioranza amminoacidi durante il loro catabolismo sono in grado di trasformarsi in metaboliti del ciclo TCA, che poi si trasformano in ossalacetato, che mantiene anche l'attività del ciclo.

Ricostituzione del pool di metaboliti del ciclo TCA da aminoacidi

Vengono chiamate reazioni di rifornimento del ciclo con nuovi metaboliti (ossalacetato, citrato, α-chetoglutarato, ecc.) anaplerotico.

Il ruolo dell'ossalacetato nel metabolismo

Un esempio di ruolo significativo ossalacetato serve ad attivare la sintesi dei corpi chetonici e chetoacidosi plasma sanguigno a insufficiente quantità di ossalacetato nel fegato. Questa condizione si osserva durante lo scompenso del diabete mellito insulino-dipendente (diabete di tipo 1) e durante il digiuno. Con questi disturbi, nel fegato viene attivato il processo di gluconeogenesi, cioè la formazione di glucosio da ossalacetato e altri metaboliti, che comporta una diminuzione della quantità di ossalacetato. L'attivazione simultanea dell'ossidazione degli acidi grassi e dell'accumulo di acetil-SCoA innesca un percorso di riserva per l'utilizzo del gruppo acetile - sintesi dei corpi chetonici. In questo caso, nel corpo si sviluppa l'acidificazione del sangue ( chetoacidosi) con un quadro clinico caratteristico: debolezza, mal di testa, sonnolenza, diminuzione tono muscolare, temperatura corporea e pressione sanguigna.

Cambiamenti nella velocità delle reazioni del ciclo TCA e ragioni dell'accumulo di corpi chetonici in determinate condizioni

Il metodo di regolazione descritto con la partecipazione dell'ossalacetato è un esempio della bella formulazione " I grassi bruciano nella fiamma dei carboidrati". Ciò implica che la "fiamma di combustione" del glucosio porta alla comparsa del piruvato, e il piruvato viene convertito non solo in acetil-SCoA, ma anche in ossalacetato. La presenza di ossalacetato garantisce l'inclusione del gruppo acetile formato da acidi grassi sotto forma di acetil-SCoA, nella prima reazione del ciclo TCA.

Nel caso della “combustione” su larga scala degli acidi grassi, che si osserva nei muscoli durante lavoro fisico e nel fegato con digiuno, la velocità di ingresso dell'acetil-SCoA nel ciclo del TCA dipenderà direttamente dalla quantità di ossalacetato (o glucosio ossidato).

Se la quantità di ossalacetato presente epatociti non è sufficiente (non c'è glucosio o non è ossidato a piruvato), quindi il gruppo acetile andrà alla sintesi dei corpi chetonici. Questo accade quando lungo digiuno E diabete mellito 1 tipo.



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