Hva påvirker Krebs-syklusen? Krebs-syklusen Krebs-syklusen er et nøkkelstadium i respirasjonen til alle celler som bruker oksygen, skjæringspunktet mellom mange metabolske veier i kroppen

Krebs syklus

Trikarboksylsyresyklus (Krebs syklus, sitrat syklus) - sentral del felles vei katabolisme, en syklisk biokjemisk aerob prosess der omdannelsen av to- og trekarbonforbindelser dannet som mellomprodukter i levende organismer under nedbrytningen av karbohydrater, fett og proteiner skjer til CO 2. I dette tilfellet sendes det frigjorte hydrogenet til vevets respirasjonskjede, hvor det oksideres videre til vann, og deltar direkte i syntesen av en universell energikilde - ATP.

Krebs-syklusen er et nøkkelstadium i respirasjonen til alle celler som bruker oksygen, skjæringspunktet mellom mange metabolske veier i kroppen. I tillegg til den betydelige energirollen, er syklusen også tildelt en betydelig plastisk funksjon, det vil si den viktig kilde forløpermolekyler, hvorfra det i løpet av andre biokjemiske transformasjoner syntetiseres forbindelser som er viktige for cellens levetid, som aminosyrer, karbohydrater, fettsyrer, etc.

Syklusen med transformasjon av sitronsyre i levende celler ble oppdaget og studert av den tyske biokjemikeren Hans Krebs, for dette arbeidet ble han (sammen med F. Lipmann) tildelt Nobelprisen (1953).

Stadier av Krebs-syklusen

Substrater Produkter Enzym Reaksjonstype En kommentar
1 Oksalacetat +
Acetyl-CoA+
H2O		 Citrat +
CoA-SH		 Sitratsyntase Aldol kondensering begrensende stadium
konverterer C4 oksaloacetat til C6
2 Citrat cis-aconiat +
H2O		 akonitase Dehydrering reversibel isomerisering
3 cis-aconiat +
H2O		 isocitratere hydrering
4 Isocitrater +
isocitrat dehydrogenase Oksidasjon NADH dannes (tilsvarer 2,5 ATP)
5 Oksalosuksinat α-ketoglutarat +
CO2		 dekarboksylering reversibelt stadium
C5 dannes
6 α-ketoglutarat +
NAD++
CoA-SH		 succinyl-CoA+
NADH+H++
CO2		 alfa-ketoglutarat dehydrogenase Oksidativ dekarboksylering NADH dannes (tilsvarer 2,5 ATP),
regenerering av C 4-vei (utgitt av CoA)
7 succinyl-CoA+
BNP + Pi		 succinat +
CoA-SH+
GTP		 succinyl koenzym A syntetase substratfosforylering eller ADP ->ATP,
1 ATP dannes
8 succinat +
ubiquinon (Q)		 fumarat +
ubiquinol (QH 2)		 suksinatdehydrogenase Oksidasjon FAD brukes som en protesegruppe (FAD->FADH 2 i det første trinnet av reaksjonen) i enzymet,
det dannes tilsvarende 1,5 ATP
9 fumarat +
H2O		 L-malat fumarase H 2 O-tilsetning
(hydrering)
10 L-malat +
NAD+		 oksalacetat +
NADH+H+		 malatdehydrogenase oksidasjon NADH dannes (tilsvarer 2,5 ATP)

Den generelle ligningen for en omdreining av Krebs-syklusen er:

Acetyl-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e -

Notater

Linker

Wikimedia Foundation.

2010.

Krebs syklus også kalt trikarboksylsyresyklus, siden de dannes i det som mellomprodukter. Det er en enzymatisk ringtransportør som "fungerer" i mitokondriematrisen.

Resultatet av Krebs-syklusen er syntesen av en liten mengde ATP og dannelsen av NAD H 2, som deretter sendes til neste stadium - respirasjonskjeden (oksidativ fosforylering), som ligger på den indre membranen av mitokondrier.

Den resulterende pyrodruesyren (pyruvat) kommer inn i mitokondriene, hvor den til slutt blir fullstendig oksidert, og blir til karbondioksid og vann. Dette skjer først i Krebs-syklusen, deretter under oksidativ fosforylering.

Før Krebs-syklusen dekarboksyleres og dehydrogeneres pyruvat. Som et resultat av dekarboksylering elimineres et CO 2 -molekyl dehydrogenering er eliminering av hydrogenatomer. De kobler seg til NAD.

Som et resultat dannes eddiksyre fra pyrodruesyre, som tilsettes koenzym A. Det viser seg acetylkoenzym A(acetyl-CoA) – CH 3 CO~S-CoA som inneholder en høyenergibinding.

Omdannelsen av pyruvat til acetyl-CoA oppnås av et stort enzymatisk kompleks bestående av dusinvis av polypeptider assosiert med elektronbærere.

Krebs-syklusen begynner med hydrolyse av acetyl-CoA, som fjerner en acetylgruppe som inneholder to karbonatomer. Deretter er acetylgruppen inkludert i trikarboksylsyresyklusen.

En acetylgruppe fester seg til oksaloeddiksyre, som har fire karbonatomer. Som et resultat, sitronsyre, som inneholder seks karbonatomer. Energien for denne reaksjonen tilføres av den høyenergiske acetyl-CoA-bindingen.

Det som følger er en kjede av reaksjoner der acetylgruppen bundet i Krebs-syklusen dehydrogeneres, frigjør fire par hydrogenatomer og dekarboksyleres for å danne to molekyler CO 2 . I dette tilfellet brukes oksygen til oksidasjon, splittes fra to vannmolekyler, ikke molekylære. Prosessen kalles oksidativtthdekarboksyleringm. På slutten av syklusen regenereres oksaloeddiksyre.

La oss gå tilbake til sitronsyrestadiet. Dens oksidasjon skjer gjennom en rekke enzymatiske reaksjoner der isositriske, oksalosucciniske og andre syrer dannes. Som et resultat av disse reaksjonene, på forskjellige stadier av syklusen, reduseres tre molekyler av NAD og en FAD, GTP (guanosintrifosfat) dannes, som inneholder en høyenergi fosfatbinding, hvis energi deretter brukes til å fosforylere ADP . Som et resultat dannes et ATP-molekyl.

Sitronsyre mister to karbonatomer for å danne to CO 2 -molekyler.

Som et resultat av enzymatiske reaksjoner omdannes sitronsyre til oksaloeddiksyre, som igjen kan kombineres med acetyl-CoA. Syklusen gjentas.

I sitronsyre brenner den tilsatte acetyl-CoA-resten for å danne karbondioksid, hydrogenatomer og elektroner. Hydrogen og elektroner overføres til NAD og FAD, som er akseptorer for det.

Oksydasjonen av ett molekyl acetyl-CoA produserer ett molekyl ATP, fire hydrogenatomer og to karbondioksidmolekyler. Det er karbondioksid frigjort under aerob respirasjon dannes under Krebs-syklusen. I dette tilfellet brukes ikke molekylært oksygen (O 2) her, det er kun nødvendig på stadiet med oksidativ fosforylering.

Hydrogenatomer fester seg til NAD eller FAD, og ​​i denne formen går de deretter inn i respirasjonskjeden.

Ett glukosemolekyl produserer to pyruvatmolekyler og derfor to acetyl-CoA. For ett glukosemolekyl er det således to svinger i trikarboksylsyresyklusen. Det dannes totalt to ATP-molekyler, fire CO 2 og åtte H-atomer.

Det skal bemerkes at ikke bare glukose og pyruvatet som dannes av det, kommer inn i Krebs-syklusen. Som et resultat av nedbrytningen av fett av lipase-enzymet, dannes fettsyrer, hvis oksidasjon også fører til dannelse av acetyl-CoA, reduksjon av NAD, samt FAD (flavinadenindinukleotid).

Hvis en celle mangler karbohydrater og fett, kan aminosyrer gjennomgå oksidasjon. I dette tilfellet dannes acetyl-CoA og organiske syrer, som videre deltar i Krebs-syklusen.

Dermed spiller det ingen rolle hva den primære energikilden var. I alle fall dannes acetyl-CoA, som er en universalforbindelse for cellen.

Under anaerobe forhold gjennomgår pyrodruesyre (pyruvat) ytterligere transformasjoner under alkoholholdige, melkesyreholdige og andre typer gjæringer, mens NADH brukes til å gjenopprette sluttproduktene fra gjæringen, og regenereres til en oksidert form. Sistnevnte omstendighet støtter prosessen med glykolyse, som krever oksidert NAD +. I nærvær av tilstrekkelig oksygen blir pyruvat fullstendig oksidert til C0 2 og H 2 0 i en respirasjonssyklus kalt Krebs syklus eller syklus av di- og trikarboksylsyrer. Alle områder av denne prosessen er lokalisert i matrisen eller i den indre membranen av mitokondrier.

Etterfølge reaksjoner i Krebs-syklusen. Deltakelsen av organiske syrer i respirasjonen har lenge tiltrukket seg oppmerksomheten til forskere. Tilbake i 1910 viste den svenske kjemikeren T. Thunberg at dyrevev inneholder enzymer som kan fjerne hydrogen fra enkelte organiske syrer (ravsyre, eplesyre, sitronsyre). I 1935 etablerte A. Szent-Gyorgyi i Ungarn at tilsetning til hakket muskelvev små mengder ravsyre, fumarsyre, eplesyre eller oksaloeddiksyre aktiverer vevets absorpsjon av oksygen kraftig.

Under hensyntagen til dataene til Thunberg og Szent-Gyorgyi og basert på hans egne eksperimenter som studerte omdannelsen av forskjellige organiske syrer og deres effekt på respirasjonen av flymuskelen til en due, foreslo den engelske biokjemikeren G. A. Krebs i 1937 et diagram over sekvens av oksidasjon av di- og trikarboksylsyrer til CO 2 gjennom "sitronsyresyklus" Ja, kontoen om hydrogenfjerning. Denne syklusen ble oppkalt etter ham.

Direkte i syklusen blir selve pyruvat oksidert, og dets derivat acetyl-CoA. Dermed er det første trinnet i den oksidative spaltningen av PVK dannelsen av aktiv acetyl under oksidativ dekarboksylering. Oksidativ dekarboksylering av pyruvat utføres med deltakelse av pyruvatdehydrogenase-multienzymkomplekset. Den inneholder tre enzymer og fem koenzymer. Koenzymene er tiaminpyrofosfat (TPP), et fosforylert derivat av vitamin B, liponsyre, koenzym A, FAD og NAD+. Pyruvat interagerer med TPP (dekarboksylase), hvorved CO 2 spaltes og et hydroksyetylderivat av TPP dannes (fig. 4.2). Sistnevnte reagerer med den oksiderte formen av liponsyre. Disulfidbindingen til liponsyre brytes og en redoksreaksjon oppstår: hydroksyetylgruppen festet til ett svovelatom oksideres til acetyl (dette skaper en høyenergi tioesterbinding), og det andre svovelatomet i liponsyre reduseres. Den resulterende acetylliponsyren interagerer med koenzym A, acetyl-CoA og den reduserte formen av liponsyre vises. Liponsyrehydrogenet overføres deretter til FAD og deretter til NAD+. Som et resultat av oksidativ dekarboksylering av pyruvat dannes acetyl-CoA, CO 2 og NADH.

Ytterligere oksidasjon av acetyl-CoA skjer i en syklisk prosess. Krebs-syklusen begynner med interaksjonen av acetyl-CoA med enolformen av oksaloeddiksyre. I denne reaksjonen dannes sitronsyre under påvirkning av enzymet sitratsyntase. Det neste trinnet i syklusen involverer to reaksjoner og katalyseres av enzymet akonitase, eller akonitathydratase. I den første reaksjonen, som et resultat av dehydrering av sitronsyre, cis- akonitt I den andre reaksjonen blir akonitat hydrert og isositronsyre syntetisert. Isositrinsyre, under påvirkning av NAD- eller NADP-avhengig isocitratdehydrogenase, oksideres til en ustabil forbindelse - oksaleravsyre, som umiddelbart dekarboksyleres for å danne a-ketoglutarsyre (a-oksoglutarsyre).

α-Ketoglutarat, som pyruvat, gjennomgår oksidativ dekarboksylering. a-ketoglutarat-dehydrogenase-multienzymkomplekset ligner på pyruvat-dehydrogenasekomplekset diskutert ovenfor. Under den oksidative dekarboksyleringsreaksjonen av α-ketoglutarat frigjøres CO2 og NADH og succinyl-CoA dannes.

Som acetyl-CoA er succinyl-CoA en høyenergi tioester. Imidlertid, hvis i tilfelle av acetyl-CoA energien til tioesterbindingen brukes på syntese av sitronsyre, kan energien til succinyl-CoA transformeres til dannelsen av fosfatbindingen til ATP. Med deltagelse av succinyl-CoA-syntetase dannes ravsyre (succinat), ATP fra succinyl-CoA, ADP og H 3 P0 4, og CoA-molekylet regenereres. ATP dannes som et resultat av substratfosforylering.

På neste trinn oksideres ravsyre til fumarsyre. Reaksjonen katalyseres av succinatdehydrogenase, hvis koenzym er FAD. Fumarsyre under påvirkning av fumarase eller fumarathydratase, tilsetning av H 2 0, omdannes til eplesyre (malat). Og til slutt, i siste fase av syklusen, oksideres eplesyre til oksaloeddiksyre av NAD-avhengig malatdehydrogenase. PIKE, som spontant forvandles til enolformen, reagerer med et annet molekyl av acetyl-CoA og syklusen gjentas igjen.

Det skal bemerkes at de fleste reaksjonene i syklusen er reversible, men forløpet av syklusen som helhet er praktisk talt irreversible. Grunnen til dette er at det er to svært eksergoniske reaksjoner i syklusen - citratsyntase og succinyl-CoA-syntetase.

I løpet av en omdreining av syklusen, under oksidasjonen av pyruvat, frigjøres tre CO2-molekyler, tre H2O-molekyler er inkludert, og fem par hydrogenatomer fjernes. Rollen til H 2 O i Krebs-syklusen bekrefter riktigheten av Palladins ligning, som postulerte at respirasjon skjer med deltakelse av H 2 O, hvis oksygen er inkludert i det oksiderte substratet, og hydrogen overføres til oksygen ved hjelp av av "respiratoriske pigmenter" (ifølge moderne konsepter - koenzymer dehydrogenaser) .

Det ble bemerket ovenfor at Krebs-syklusen ble oppdaget i dyreobjekter. Dens eksistens i planter ble først bevist av den engelske forskeren A. Chibnall (1939) Plantevev inneholder alle syrene som er involvert i syklusen. alle enzymer som katalyserer transformasjonen av disse syrene er oppdaget; Det er vist at malonat, en hemmer av suncinate dehydrogenase, hemmer oksidasjonen av pyruvat og reduserer absorpsjonen av 02 kraftig i respirasjonsprosesser i planter. De fleste Krebs syklus enzymer

lokalisert i mitokondriematrisen aconitase og succinatdehydrogenase er lokalisert i den indre membranen av mitokondriene.

Energiproduksjon fra Krebs-syklusen, dens forbindelse med nitrogenmetabolisme. Krebs syklus. spiller en ekstremt viktig rolle i metabolismen av planteorganismen. Det fungerer som det siste stadiet i oksidasjonen av ikke bare karbohydrater, men også proteiner, fett og andre forbindelser. Under reaksjonene i syklusen frigjøres hovedmengden av energi i det oksiderte substratet, og mesteparten av denne energien går ikke tapt til kroppen, men brukes under dannelsen av høyenergiterminale fosfatbindinger av ATP.

Hva er energiproduksjonen til Krebs-syklusen? Under oksidasjonen av pyruvat skjer 5 dehydrogeneringer, noe som resulterer i 3NADH, NADPH (når det gjelder isositratdehydrogenase) og FADH 2. Oksydasjonen av hvert NADH (NADPH) molekyl med deltakelse av komponenter i elektrontransportkjeden til mitokondrier produserer 3 ATP-molekyler, og oksidasjonen av FADH 2 produserer 2 ATP. Således, med fullstendig oksidasjon av pyruvat, dannes 14 ATP-molekyler. I tillegg syntetiseres 1 ATP-molekyl; i Krebs-syklusen under substratfosforylering. Følgelig kan oksidasjonen av ett pyruvatmolekyl produsere 15 ATP-molekyler. Og siden i prosessen med glykolyse oppstår to pyruvatmolekyler fra et glukosemolekyl, vil oksidasjonen deres produsere 30 ATP-molekyler.

Så, under oksidasjonen av glukose under respirasjon under funksjonen av glykolysen og Krebs-syklusen, dannes totalt 38 ATP-molekyler (8 ATP er assosiert med glykolyse). Hvis vi antar at energien til den tredje ester- og fosfatbindingen til ATP er 41,87 kJ/mol (10 kcal/mol), så er energiutgangen til den glykolytiske veien for aerob respirasjon 1591 kJ/mol (380 kcal/mol).

Regulering av Krebs-syklusen. Videre bruk av acetyl-CoA dannet fra pyruvat avhenger av energitilstanden til cellen. Når energibehovet til cellen er lavt, hemmer respirasjonskontroll arbeidet til respirasjonskjeden, og følgelig reaksjonene til TCA-syklusen og dannelsen av syklusmellomprodukter, inkludert oksaloacetat, som involverer acetyl-CoA i Krebs-syklusen. Dette resulterer i større bruk av acetyl-CoA i syntetiske prosesser, som også forbruker energi.

Et trekk ved reguleringen av TCA-syklusen er avhengigheten av alle fire dehydrogenaser i syklusen (isositratdehydrogenase, α-ketoglutaratdehydrogenase, succinatdehydrogenase, malatdehydrogenase) av forholdet /. Aktiviteten til sitratsyntase hemmes av en høy konsentrasjon av ATP og dets eget produkt, sitrat. Isocitrat dehydrogenase hemmes av NADH og aktiveres av sitrat. α-Keto-glutarat dehydrogenase undertrykkes av reaksjonsproduktet, succinyl-CoA, og aktiveres av adenylater. Oksydasjonen av succinat av succinatdehydrogenase hemmes av oksalacetat og akselereres av ATP, ADP og redusert ubikinon (QH 2). Til slutt hemmes malatdehydrogenase av oksaloacetat og, i en rekke objekter, av høye nivåer av ATP. Imidlertid er det ikke fullt ut forstått i hvilken grad størrelsen på energiladningen, eller nivået av adenin-nukleotider, deltar i reguleringen av aktiviteten til Krebs-syklusen i planter.

Den alternative veien for elektrontransport i plantemitokondrier kan også spille en regulerende rolle. Under forhold med høyt ATP-innhold, når aktiviteten til hovedrespirasjonskjeden reduseres, fortsetter oksidasjonen av substrater gjennom en alternativ oksidase (uten ATP-dannelse), som opprettholder et lavt NADH/NAD+-forhold og reduserer ATP-nivåer. Alt dette lar Krebs-syklusen fungere.

Trikarboksylsyresyklusen ble først oppdaget av den engelske biokjemikeren Krebs. Han var den første som postulerte viktigheten av denne syklusen for fullstendig forbrenning av pyruvat, hvor hovedkilden er den glykolytiske omdannelsen av karbohydrater. Det ble senere vist at trikarboksylsyresyklusen er et "fokus" der nesten alle metabolske veier konvergerer.

Så acetyl-CoA dannet som et resultat av oksidativ dekarboksylering av pyruvat går inn i Krebs-syklusen. Denne syklusen består av åtte påfølgende reaksjoner (fig. 91). Syklusen begynner med kondensering av acetyl-CoA med oksalacetat og dannelse av sitronsyre. ( Som det vil ses nedenfor, er det i syklusen ikke acetyl-CoA i seg selv som gjennomgår oksidasjon, men en mer kompleks forbindelse - sitronsyre (trikarboksylsyre).)

Deretter mister sitronsyre (en sekskarbonforbindelse), gjennom en serie dehydrogeneringer (fjerning av hydrogen) og dekarboksylering (eliminering av CO 2), to karbonatomer og igjen dukker det opp oksalacetat (en firekarbonforbindelse) i Krebs-syklusen, dvs. som et resultat av en fullstendig omdreining av syklusen, brenner acetyl-CoA-molekylet til CO 2 og H 2 O, og oksaloacetat-molekylet regenereres. Nedenfor er alle åtte sekvensielle reaksjoner (stadier) i Krebs-syklusen.

I den første reaksjonen, katalysert av enzymet citratsyntase, kondenseres acetyl-CoA med oksalacetat. Som et resultat dannes sitronsyre:

Tilsynelatende, i denne reaksjonen, dannes citril-CoA bundet til enzymet som et mellomprodukt. Sistnevnte hydrolyseres deretter spontant og irreversibelt for å danne sitrat og HS-CoA.

I den andre reaksjonen av syklusen gjennomgår den resulterende sitronsyren dehydrering for å danne cis-akonitsyre, som ved å tilsette et vannmolekyl blir isositronsyre. Disse reversible hydrerings-dehydreringsreaksjonene katalyseres av enzymet akonitathydratase:

I den tredje reaksjonen, som ser ut til å være den hastighetsbegrensende reaksjonen til Krebs-syklusen, dehydrogeneres isositronsyre i nærvær av NAD-avhengig isositratdehydrogenase:


(Det finnes to typer isositratdehydrogenaser i vev: NAD- og NADP-avhengige. Det er fastslått at NAD-avhengig isocitrat-dehydrogenase spiller rollen som hovedkatalysatoren for oksidasjon av isositratsyre i Krebs-syklusen.)

Under isositrat-dehydrogenasereaksjonen dekarboksyleres isositronsyre. NAD-avhengig isocitrat dehydrogenase er et allosterisk enzym som krever ADP som en spesifikk aktivator. I tillegg krever enzymet Mg 2+ eller Mn 2+ ioner for å vise sin aktivitet.

I den fjerde reaksjonen blir α-ketoglutarsyre oksidativt dekarboksylert til succinyl-CoA. Mekanismen for denne reaksjonen ligner reaksjonen av oksidativ dekarboksylering av pyruvat til acetyl-CoA. α-ketoglutarat dehydrogenase-komplekset ligner i strukturen på pyruvat-dehydrogenase-komplekset. I begge tilfeller deltar fem koenzymer i reaksjonen: TDP, liponsyreamid, HS-CoA, FAD og NAD. Totalt kan denne reaksjonen skrives som følger:

Den femte reaksjonen katalyseres av enzymet succinyl-CoA-syntetase. Under denne reaksjonen omdannes succinyl-CoA, med deltagelse av BNP og uorganisk fosfat, til ravsyre (succinat). Samtidig skjer dannelsen av en høyenergifosfatbinding av GTP1 på grunn av den høyenergiske tioesterbindingen til succinyl-CoA:


(Den resulterende GTP donerer deretter sin terminale fosfatgruppe til ADP, noe som resulterer i dannelsen av ATP. Dannelsen av et høyenerginukleosidtrifosfat under succinyl-CoA-syntetasereaksjonen er et eksempel på fosforylering på substratnivå.)

I den sjette reaksjonen dehydrogeneres succinat til fumarsyre. Oksydasjonen av succinat katalyseres av succinatdehydrogenase, i molekylet hvis koenzym FAD er kovalent bundet til proteinet:

I den syvende reaksjonen blir den resulterende fumarsyren hydrert under påvirkning av enzymet fumarathydratase. Produktet av denne reaksjonen er eplesyre (malat). Det skal bemerkes at fumarathydratase er stereospesifikk - under denne reaksjonen dannes L-eplesyre:

Til slutt, i den åttende reaksjonen av trikarboksylsyresyklusen, under påvirkning av mitokondriell NAD-avhengig malatdehydrogenase, oksideres L-malat til oksaloacetat:

Som du kan se, i en runde av syklusen, bestående av åtte enzymatiske reaksjoner, oppstår fullstendig oksidasjon ("forbrenning") av ett molekyl av acetyl-CoA. For kontinuerlig drift av syklusen er det nødvendig med en konstant tilførsel av acetyl-CoA inn i systemet, og koenzymer (NAD og FAD), som har gått over i redusert tilstand, må oksideres igjen og igjen. Denne oksidasjonen skjer i elektrontransportsystemet (eller kjeden av respiratoriske enzymer) som ligger i mitokondriene.

Energien som frigjøres som et resultat av oksidasjonen av acetyl-CoA er i stor grad konsentrert i høyenergifosfatbindingene til ATP. Av de fire parene med hydrogenatomer overføres tre par gjennom NAD til elektrontransportsystemet; i dette tilfellet, for hvert par i det biologiske oksidasjonssystemet, dannes tre ATP-molekyler (i prosessen med konjugert oksidativ fosforylering), og derfor totalt ni ATP-molekyler. Ett par atomer kommer inn i elektrontransportsystemet gjennom FAD, noe som resulterer i dannelsen av 2 ATP-molekyler. Under reaksjonene i Krebs-syklusen syntetiseres også 1 molekyl GTP, som tilsvarer 1 molekyl ATP. Så oksidasjonen av acetyl-CoA i Krebs-syklusen produserer 12 ATP-molekyler.

Som allerede nevnt, dannes 1 molekyl NADH 2 (3 molekyler ATP) under den oksidative dekarboksyleringen av pyruvat til acetyl-CoA. Siden nedbrytningen av ett molekyl glukose produserer to pyruvatmolekyler, når de oksideres til 2 molekyler acetyl-CoA og de påfølgende to svingene i trikarboksylsyresyklusen, syntetiseres 30 molekyler ATP (derav oksidasjonen av ett molekyl av pyruvat til CO 2 og H 2 O produserer 15 molekyler ATP).

Til dette må vi legge til 2 ATP-molekyler dannet under aerob glykolyse, og 4 ATP-molekyler syntetisert gjennom oksidasjon av 2 molekyler av ekstramitokondriell NADH 2, som dannes under oksidasjonen av 2 molekyler glysehyd-3-fosfat i dehydrogenasereaksjonen. Totalt finner vi at når 1 glukosemolekyl brytes ned i vev i henhold til ligningen: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, syntetiseres 36 ATP-molekyler, noe som bidrar til akkumulering av adenosintrifosfat i høyenergifosfatbindinger 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (eller, ifølge andre kilder, 36 X 38 ~ 1430 kJ) fri energi. Med andre ord, av all den frie energien som frigjøres under aerob oksidasjon av glukose (ca. 2840 kJ), akkumuleres opptil 50 % av den i mitokondrier i en form som kan brukes til å utføre ulike funksjoner. fysiologiske funksjoner. Det er ingen tvil om at energimessig er den fullstendige nedbrytningen av glukose mer effektiv prosess enn glykolyse. Det skal bemerkes at NADH 2-molekylene som dannes under omdannelsen av glyceraldehyd-3-fosfat 2, deretter, ved oksidasjon, ikke produserer 6 ATP-molekyler, men bare 4. Faktum er at molekylene til ekstramitokondriell NADH 2 selv ikke er i stand til å trenge gjennom membranen inn i mitokondriene. Elektronene de donerer kan imidlertid inkluderes i mitokondriekjeden av biologisk oksidasjon ved hjelp av den såkalte glyserofosfat-skyttelmekanismen (fig. 92). Som man kan se på figuren, reagerer cytoplasmatisk NADH 2 først med cytoplasmatisk dihydroksyacetonfosfat for å danne glyserol 3-fosfat. Reaksjonen katalyseres av NAD-avhengig cytoplasmatisk glyserol-3-fosfatdehydrogenase.

Acetyl-SCoA dannet i PVK-dehydrogenasereaksjonen kommer deretter inn trikarboksylsyresyklus(TCA-syklus, sitronsyresyklus, Krebs-syklus). I tillegg til pyruvat er ketosyrer som kommer fra katabolisme involvert i syklusen aminosyrer eller andre stoffer.

Trikarboksylsyresyklus

Syklusen fortsetter inn mitokondriell matrise og representerer oksidasjon molekyler acetyl-SCoA i åtte påfølgende reaksjoner.

I den første reaksjonen binder de seg acetyl Og oksalacetat(oksaloeddiksyre) dannes sitrat(sitronsyre), så skjer isomerisering av sitronsyre til isocitratere og to dehydrogeneringsreaksjoner med samtidig frigjøring av CO 2 og reduksjon av NAD.

I den femte reaksjonen dannes GTP, dette er reaksjonen substratfosforylering. Deretter skjer FAD-avhengig dehydrogenering sekvensielt suksinat (ravsyre), hydrering fumarova syre til malat(eplesyre), deretter NAD-avhengig dehydrogenering som resulterer i dannelsen oksalacetat.

Som et resultat, etter åtte reaksjoner av syklusen en gang til oksaloacetat dannes .

De tre siste reaksjonene utgjør det såkalte biokjemiske motivet (FAD-avhengig dehydrogenering, hydrering og NAD-avhengig dehydrogenering, det brukes til å introdusere en ketogruppe i succinatstrukturen. Dette motivet er også tilstede i β-oksidasjonsreaksjonene til fettstoffer syrer i omvendt rekkefølge (reduksjon, de hydrering og reduksjon) dette motivet observeres i fettsyresyntesereaksjoner.

Funksjoner til TsTK

1. Energi

  • generasjon hydrogenatomer for funksjonen til respirasjonskjeden, nemlig tre molekyler av NADH og ett molekyl av FADH2,
  • enkeltmolekylsyntese GTF(tilsvarer ATP).

2. Anabole. I TCC dannes

  • heme forløper succinyl-SCoA,
  • ketosyrer som kan omdannes til aminosyrer - α-ketoglutarat for glutaminsyre, oksalacetat for asparaginsyre,
  • sitronsyre, brukt til syntese av fettsyrer,
  • oksalacetat, brukt til glukosesyntese.

Anabole reaksjoner av TCA-syklusen

Regulering av trikarboksylsyresyklusen

Allosterisk regulering

Enzymer som katalyserer den 1., 3. og 4. reaksjonen i TCA-syklusen er følsomme for allosterisk regulering metabolitter:

Regulering av tilgjengelighet av oksaloacetat

Hoved Og grunnleggende Regulatoren for TCA-syklusen er oksaloacetat, eller snarere tilgjengeligheten. Tilstedeværelsen av oksaloacetat rekrutterer acetyl-SCoA inn i TCA-syklusen og starter prosessen.

Vanligvis har cellen balansere mellom dannelsen av acetyl-SCoA (fra glukose, fettsyrer eller aminosyrer) og mengden oksaloacetat. Kilden til oksaloacetat er pyruvat, (dannet fra glukose eller alanin), oppnådd fra asparaginsyre som et resultat av transaminering eller AMP-IMP-syklusen, og også fra fruktsyrer selve syklusen (ravsyre, α-ketoglutarsyre, eplesyre, sitronsyre), som kan dannes under katabolismen av aminosyrer eller komme fra andre prosesser.

Syntese av oksaloacetat fra pyruvat

Regulering av enzymaktivitet pyruvat karboksylase gjennomføres med deltakelse acetyl-SCoA. Det er allosterisk aktivator enzym, og uten det er pyruvatkarboksylase praktisk talt inaktiv. Når acetyl-SCoA akkumuleres, begynner enzymet å virke og oksalacetat dannes, men selvfølgelig bare i nærvær av pyruvat.

Også flertallet aminosyrer under katabolismen er de i stand til å forvandle seg til metabolitter av TCA-syklusen, som deretter går over i oksaloacetat, som også opprettholder aktiviteten til syklusen.

Påfyll av TCA-syklusmetabolittbassenget fra aminosyrer

Reaksjoner av påfyll av syklusen med nye metabolitter (oksaloacetat, sitrat, α-ketoglutarat, etc.) kalles anaplerotisk.

Rollen til oksaloacetat i metabolismen

Et eksempel på en betydelig rolle oksalacetat tjener til å aktivere syntesen av ketonlegemer og ketoacidose blodplasma kl utilstrekkelig mengde oksalacetat i leveren. Denne tilstanden observeres under dekompensering av insulinavhengig diabetes mellitus (type 1 diabetes) og under faste. Med disse lidelsene aktiveres prosessen med glukoneogenese i leveren, dvs. dannelsen av glukose fra oksaloacetat og andre metabolitter, noe som medfører en reduksjon i mengden oksalacetat. Den samtidige aktiveringen av fettsyreoksidasjon og akkumulering av acetyl-SCoA utløser en backup-vei for utnyttelse av acetylgruppen - syntese av ketonlegemer. I dette tilfellet utvikles blodforsuring i kroppen ( ketoacidose) med et karakteristisk klinisk bilde: svakhet, hodepine, døsighet, redusert Muskelform, kroppstemperatur og blodtrykk.

Endringer i frekvensen av TCA-syklusreaksjoner og årsakene til akkumulering av ketonlegemer under visse forhold

Den beskrevne metoden for regulering med deltagelse av oksaloacetat er en illustrasjon av den vakre formuleringen " Fett brenner i flammene til karbohydrater"Det innebærer at "forbrenningsflammen" av glukose fører til utseendet av pyruvat, og pyruvat omdannes ikke bare til acetyl-SCoA, men også til oksaloacetat. Tilstedeværelsen av oksaloacetat sikrer inkludering av acetylgruppen dannet av fettsyrer i form av acetyl-SCoA, i den første reaksjonen av TCA-syklusen.

Ved storskala "forbrenning" av fettsyrer, som observeres i muskler under fysisk arbeid og i leveren Fasting, vil hastigheten for inntreden av acetyl-SCoA i TCA-syklusreaksjonen direkte avhenge av mengden oksaloacetat (eller oksidert glukose).

Hvis mengden av oksaloacetat i hepatocytt er ikke nok (det er ingen glukose eller det er ikke oksidert til pyruvat), da vil acetylgruppen gå til syntese av ketonlegemer. Dette skjer når lang faste Og sukkersyke 1 type.



Lignende artikler