ЦИКЪЛ НА ТРИКАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ (ЦИКЪЛ НА КРЕБС)

Гликолизата превръща глюкозата в пируват и произвежда две ATP молекули от една глюкозна молекула – малка част от потенциалната енергия на тази молекула.

При аеробни условия пируватът се превръща от гликолиза в ацетил-КоА и се окислява до CO2 в цикъла на трикарбоксилната киселина (цикъл на лимонената киселина). В този случай електроните, освободени в реакциите на този цикъл, преминават през NADH и FADH 2 до 0 2 - крайния акцептор. Електронният транспорт е свързан със създаването на протонен градиент в митохондриалната мембрана, чиято енергия след това се използва за синтеза на АТФ в резултат на окислително фосфорилиране. Нека разгледаме тези реакции.

При аеробни условия пирогроздената киселина (1-ви етап) претърпява окислително декарбоксилиране, по-ефективно от трансформацията в млечна киселина, с образуването на ацетил-КоА (2-ри етап), който може да се окисли до крайните продукти на разграждането на глюкозата - CO 2 и H 2 0 (3-ти етап). Г. Кребс (1900-1981), немски биохимик, след като е изследвал окисляването на отделни органични киселини, комбинира техните реакции в един цикъл. Следователно цикълът на трикарбоксилната киселина често се нарича цикъл на Кребс в негова чест.

Окисляването на пирогроздена киселина до ацетил-КоА се извършва в митохондриите с участието на три ензима (пируват дехидрогеназа, липоамид дехидрогеназа, липоил ацетилтрансфераза) и пет коензима (NAD, FAD, тиамин пирофосфат, амид на липоева киселина, коензим А). Тези четири коензима съдържат витамини от група В (B x, B 2, B 3, B 5), което показва необходимостта от тези витамини за нормалното окисляване на въглехидратите. Под въздействието на тази сложна ензимна система, пируватът се превръща в реакция на окислително декарбоксилиране в активната форма на оцетна киселина - ацетил коензим А:

При физиологични условия пируватдехидрогеназата е изключително необратим ензим, което обяснява невъзможността за превръщане на мастните киселини във въглехидрати.

Наличието на високоенергийна връзка в молекулата на ацетил-КоА показва високата реактивност на това съединение. По-специално, ацетил-КоА може да действа в митохондриите, за да генерира енергия; в черния дроб излишъкът от ацетил-КоА се използва за синтеза на кетонни тела; в цитозола участва в синтеза на сложни молекули като стероиди и мастни киселини.

Ацетил-КоА, получен в реакцията на окислително декарбоксилиране на пирогроздена киселина, влиза в цикъла на трикарбоксилната киселина (цикъл на Кребс). Цикълът на Кребс, последният катаболитен път за окисляване на въглехидрати, мазнини и аминокиселини, е по същество „метаболитен котел“. Реакциите на цикъла на Кребс, които се случват изключително в митохондриите, се наричат ​​също цикъл на лимонената киселина или цикъл на трикарбоксилната киселина (TCA цикъл).

Една от най-важните функции на цикъла на трикарбоксилната киселина е генерирането на редуцирани коензими (3 молекули NADH + H + и 1 молекула FADH 2), последвано от прехвърляне на водородни атоми или техните електрони към крайния акцептор - молекулярен кислород. Този транспорт е придружен от голямо намаляване на свободната енергия, част от която се използва в процеса на окислително фосфорилиране за съхранение под формата на АТФ. Ясно е, че цикълът на трикарбоксилната киселина е аеробен, зависим от кислорода.

1. Първоначалната реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина е кондензацията на ацетил-КоА и оксалооцетната киселина с участието на ензима на митохондриалната матрица цитрат синтаза за образуване на лимонена киселина.

2. Под въздействието на ензима аконитаза, който катализира отстраняването на водна молекула от цитрата, последният се превръща

към цис-аконитовата киселина. Водата се свързва с цис-аконитовата киселина, превръщайки се в изолимонена киселина.

3. След това ензимът изоцитрат дехидрогеназа катализира първата дехидрогеназна реакция от цикъла на лимонената киселина, когато изоцитратната киселина се превръща чрез окислително декарбоксилиране в α-кетоглутарова киселина:

В тази реакция се образуват първата молекула CO 2 и първата молекула NADH 4-H + цикъл.

4. По-нататъшното превръщане на α-кетоглутаровата киселина в сукцинил-КоА се катализира от мултиензимния комплекс на α-кетоглутаровата дехидрогеназа. Тази реакция е химически аналогична на реакцията на пируват дехидрогеназа. Включва липоева киселина, тиамин пирофосфат, HS-KoA, NAD +, FAD.

В резултат на тази реакция отново се образува молекула NADH + H + и CO 2.

5. Молекулата на сукцинил-КоА има високоенергийна връзка, чиято енергия се съхранява в следващата реакция под формата на GTP. Под влияние на ензима сукцинил-КоА синтетаза сукцинил-КоА се превръща в свободна янтарна киселина. Имайте предвид, че янтарната киселина може да се получи и от метилмалонил-КоА чрез окисление на мастни киселини с нечетен брой въглеродни атоми.

Тази реакция е пример за субстратно фосфорилиране, тъй като високоенергийната GTP молекула в този случай се образува без участието на веригата за транспортиране на електрони и кислород.

6. Янтарната киселина се окислява до фумарова киселина в реакцията на сукцинат дехидрогеназа. Сукцинат дехидрогеназа, типичен ензим, съдържащ желязо и сяра, чийто коензим е FAD. Сукцинат дехидрогеназата е единственият ензим, закотвен към вътрешната митохондриална мембрана, докато всички останали циклични ензими са разположени в митохондриалната матрица.

7. Това е последвано от хидратиране на фумарова киселина в ябълчена киселина под въздействието на ензима фумараза в обратима реакция при физиологични условия:

8. Крайната реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина е реакцията на малат дехидрогеназа с участието на активния ензим митохондриална NAD~-зависима малат дехидрогеназа, в която се образува третата молекула редуциран NADH + H +:

Образуването на оксалооцетна киселина (оксалоацетат) завършва един оборот от цикъла на трикарбоксилната киселина. Оксалоцетната киселина може да се използва при окисляването на втора молекула ацетил-КоА и този цикъл от реакции може да се повтаря многократно, като постоянно води до производството на оксалооцетна киселина.

По този начин, окисляването на една молекула ацетил-CoA в цикъла TCA като субстрат на цикъла води до производството на една молекула GTP, три молекули NADP + H + и една молекула FADH 2. Окисляване на тези редуциращи агенти в биологичната окислителна верига

lenition води до синтеза на 12 ATP молекули. Това изчисление е ясно от темата „Биологично окисляване“: включването на една молекула NAD + в системата за транспортиране на електрони в крайна сметка е придружено от образуването на 3 молекули ATP, включването на молекула FADH 2 осигурява образуването на 2 молекули ATP, и една GTP молекула е еквивалентна на 1 ATP молекула.

Имайте предвид, че два въглеродни атома на адетил-CoA влизат в цикъла на трикарбоксилната киселина и два въглеродни атома напускат цикъла като CO 2 в реакции на декарбоксилиране, катализирани от изоцитрат дехидрогеназа и алфа-кетоглутарат дехидрогеназа.

При пълното окисляване на молекула глюкоза при аеробни условия до CO 2 и H 2 0, образуването на енергия под формата на АТФ е:

• 4 молекули АТФ по време на превръщането на молекула глюкоза в 2 молекули пирогроздена киселина (гликолиза);
• 6 ATP молекули, образувани в 3-фосфоглицералдехид дехидрогеназната реакция (гликолиза);
• 30 ATP молекули, образувани по време на окисляването на две молекули пирогроздена киселина в реакцията на пируват дехидрогеназа и в последващите трансформации на две молекули ацетил-CoA до CO 2 и H 2 0 в цикъла на трикарбоксилната киселина. Следователно, общият изход на енергия от пълното окисление на глюкозна молекула може да бъде 40 ATP молекули. Трябва обаче да се има предвид, че по време на окисляването на глюкозата се изразходват две молекули АТФ на етапа на превръщане на глюкозата в глюкозо-6-фосфат и на етапа на превръщане на фруктозо-6-фосфат във фруктоза-1,6- дифосфат. Следователно „нетният“ енергиен изход от окисляването на една глюкозна молекула е 38 ATP молекули.

Можете да сравните енергетиката на анаеробната гликолиза и аеробния катаболизъм на глюкозата. От 688 kcal енергия, теоретично съдържащи се в 1 грам молекула глюкоза (180 g), 20 kcal са в две молекули АТФ, образувани в реакциите на анаеробна гликолиза, а 628 kcal теоретично остават под формата на млечна киселина.

При аеробни условия от 688 kcal на грам молекула глюкоза в 38 ATP молекули се получават 380 kcal. По този начин ефективността на използването на глюкоза при аеробни условия е приблизително 19 пъти по-висока, отколкото при анаеробна гликолиза.

Трябва да се отбележи, че всички окислителни реакции (окисление на триозофосфат, пирогроздена киселина, четири окислителни реакции на цикъла на трикарбоксилната киселина) се конкурират в синтеза на АТФ от АДФ и фосфор (ефект на Пастьор). Това означава, че получената молекула NADH + H + в реакциите на окисление има избор между реакциите на дихателната система, прехвърляйки водород към кислород, и ензима LDH, прехвърляйки водород към пирогроздена киселина.

В ранните етапи на цикъла на трикарбоксилната киселина нейните киселини могат да напуснат цикъла, за да участват в синтеза на други клетъчни съединения, без да нарушават функционирането на самия цикъл. Различни фактори участват в регулирането на активността на цикъла на трикарбоксилната киселина. Сред тях трябва да се отбележат предимно доставката на ацетил-КоА молекули, активността на комплекса пируват дехидрогеназа, активността на компонентите на дихателната верига и свързаното с тях окислително фосфорилиране, както и нивото на оксалооцетната киселина.

Молекулярният кислород не участва пряко в цикъла на трикарбоксилната киселина, но неговите реакции се извършват само при аеробни условия, тъй като NAD ~ и FAD могат да бъдат регенерирани в митохондриите само чрез прехвърляне на електрони към молекулярен кислород. Трябва да се подчертае, че гликолизата, за разлика от цикъла на трикарбоксилната киселина, е възможна и при анаеробни условия, тъй като NAD~ се регенерира по време на прехода на пирогроздена киселина към млечна киселина.

В допълнение към образуването на АТФ, цикълът на трикарбоксилната киселина има друго важно значение: цикълът осигурява междинни структури за различни биосинтези на тялото. Например, повечето от атомите на порфирините идват от сукцинил-КоА, много аминокиселини са производни на α-кетоглутарова и оксалооцетна киселина, а фумаровата киселина се появява в процеса на синтез на урея. Това демонстрира целостта на цикъла на трикарбоксилната киселина в метаболизма на въглехидрати, мазнини и протеини.

Както показват реакциите на гликолизата, способността на повечето клетки да генерират енергия се крие в техните митохондрии. Броят на митохондриите в различни тъкани е свързан с физиологичните функции на тъканите и отразява способността им да участват в аеробни условия. Например, червените кръвни клетки нямат митохондрии и следователно нямат способността да генерират енергия, използвайки кислород като краен акцептор на електрони. Въпреки това, в сърдечния мускул, функциониращ при аеробни условия, половината от обема на клетъчната цитоплазма е представена от митохондрии. Черният дроб също зависи от аеробните условия за своите различни функции, а хепатоцитите на бозайниците съдържат до 2 хиляди митохондрии на клетка.

Митохондриите включват две мембрани - външна и вътрешна. Външната мембрана е по-проста, състои се от 50% мазнини и 50% протеини и има относително малко функции. Вътрешната мембрана е структурно и функционално по-сложна. Приблизително 80% от обема му са протеини. Той съдържа повечето от ензимите, участващи в електронния транспорт и окислителното фосфорилиране, метаболитни посредници и аденинови нуклеотиди между цитозола и митохондриалната матрица.

Различни нуклеотиди, участващи в редокс реакции, като NAD +, NADH, NADP +, FAD и FADH 2, не проникват през вътрешната митохондриална мембрана. Ацетил-КоА не може да се премести от митохондриалното отделение в цитозола, където е необходим за синтеза на мастни киселини или стероли. Следователно интрамитохондриалният ацетил-КоА се превръща в цитрат синтазната реакция на цикъла на трикарбоксилната киселина и навлиза в цитозола в тази форма.

Цикъл на Кребс

Цикъл на трикарбоксилната киселина (Цикъл на Кребс, цитратен цикъл) - централната част от общия път на катаболизма, цикличен биохимичен аеробен процес, по време на който се осъществява превръщането на дву- и три-въглеродни съединения, образувани като междинни продукти в живите организми по време на разграждането на въглехидрати, мазнини и протеини, в CO 2. В този случай освободеният водород се изпраща във веригата на тъканно дишане, където допълнително се окислява до вода, участвайки директно в синтеза на универсален източник на енергия - АТФ.

Цикълът на Кребс е ключов етап в дишането на всички клетки, които използват кислород, пресечната точка на много метаболитни пътища в тялото. Освен значителната енергийна роля, цикълът има и значителна пластична функция, тоест той е важен източник на прекурсорни молекули, от които по време на други биохимични трансформации се синтезират важни за живота на клетката съединения, като напр. аминокиселини, въглехидрати, мастни киселини и др.

Цикълът на преобразуване на лимонената киселина в живите клетки е открит и изследван от немския биохимик Ханс Кребс, за тази работа той (заедно с Ф. Липман) е удостоен с Нобелова награда (1953 г.).

Етапи на цикъла на Кребс

	Субстрати	Продукти	Ензим	Тип реакция	Коментар
1	Оксалоацетат + Ацетил-КоА+ H2O	Цитрат + CoA-SH	Цитрат синтаза	Алдолна кондензация	ограничаващ етап превръща С4 оксалоацетат в С6
2	цитрат	цис-аконат + H2O	аконитаза	Дехидратация	обратима изомеризация
3	цис-аконат + H2O	изоцитрат		хидратация
4	Изоцитрат +	изоцитрат дехидрогеназа	Окисляване	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP)
5	Оксалосукцинат		α-кетоглутарат + CO2	декарбоксилиране	реверсивен етап С5 се образува
6	α-кетоглутарат + NAD++ CoA-SH	сукцинил-КоА+ NADH+H++ CO2	алфа-кетоглутарат дехидрогеназа	Окислително декарбоксилиране	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP), регенерация на С4 пътя (освободен от CoA)
7	сукцинил-КоА+ БВП + Пи	сукцинат + CoA-SH+ GTP	сукцинил коензим А синтетаза	субстратно фосфорилиране	или ADP -> ATP, Образува се 1 АТФ
8	сукцинат + убихинон (Q)	фумарат + убихинол (QH 2)	сукцинат дехидрогеназа	Окисляване	FAD се използва като простетична група (FAD->FADH 2 в първия етап на реакцията) в ензима, образува се еквивалентът на 1,5 АТФ
9	фумарат + H2O	Л-малат	фумараза	H 2 O-присъединяване (хидратация)
10	Л-малат + NAD+	оксалоацетат + NADH+H+	малат дехидрогеназа	окисление	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP)

Общото уравнение за един оборот на цикъла на Кребс е:

Ацетил-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e −

Бележки

Връзки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

Вижте какво е „цикълът на Кребс“ в други речници:

- (цикъл на лимонена и трикарбоксилна киселина), система от биохимични реакции, чрез които повечето ЕУКАРИОТНИ организми получават основната си енергия в резултат на окисляването на храната. Среща се в МИТОХОНДРИЙНИТЕ КЛЕТКИ. Включва няколко химически... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Цикъл на Кребс- Цикъл на трикарбоксилна киселина, цикъл от последователни реакции в клетките на аеробни организми, в резултат на което се получава синтеза на ATP молекули Биотехнологични теми EN цикъл на Кребс ... Ръководство за технически преводач

Цикъл на Кребс- - метаболитен път, водещ до пълно разрушаване на ацетил КоА до крайните продукти - CO2 и H2O ... Кратък речник на биохимичните термини

Цикъл на Кребс- trikarboksirūgščių ciklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Baltymų, riebalų ir angliavandenių oksidacinio skaidymo organizme ciklas. атитикменйс: англ. цикъл на лимонената киселина; цикъл на Кребс; цикъл на трикарбоксилната киселина рус. цикъл на Кребс; лимонов цикъл...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Цикъл на трикарбоксилната киселина (Кребс, лимонена киселина). Най-важната циклична последователност от метаболитни реакции в аеробните организми (eu и прокариоти), в резултат на която възниква последователна... ... Молекулярна биология и генетика. Речник.

Същото като цикъла на трикарбоксилната киселина... Естествени науки. енциклопедичен речник

Сложен цикъл от реакции, при които ензимите действат като катализатори; тези реакции протичат в клетките на всички животни и се състоят в разлагане на ацетат в присъствието на кислород с освобождаване на енергия под формата на АТФ (чрез веригата за пренос на електрони) и... ... Медицински термини

ЦИКЪЛ НА КРЕБС, ЦИКЪЛ НА ЛИМОНЕНА КИСЕЛИНА- (цикъл на лимонената киселина) сложен цикъл от реакции, при които ензимите действат като катализатори; тези реакции протичат в клетките на всички животни и се състоят в разлагане на ацетат в присъствието на кислород с освобождаване на енергия под формата на АТФ (чрез предавателната верига... ... Обяснителен речник по медицина

ЦИКЪЛ НА КРЕБС (цикъл на трикарбоксилната киселина- цикъл на лимонената киселина) е сложен цикличен ензимен процес, при който пирогроздената киселина се окислява в тялото за производство на въглероден диоксид, вода и енергия под формата на АТФ; заема централно място в цялостната система... ... Речник на ботаническите термини

Цикъл... Уикипедия

Цикъл на Кребс

Цикъл на трикарбоксилната киселина (Цикъл на Кребс, цитратен цикъл) - централната част от общия път на катаболизма, цикличен биохимичен аеробен процес, по време на който се осъществява превръщането на дву- и три-въглеродни съединения, образувани като междинни продукти в живите организми по време на разграждането на въглехидрати, мазнини и протеини, в CO 2. В този случай освободеният водород се изпраща във веригата на тъканно дишане, където допълнително се окислява до вода, участвайки директно в синтеза на универсален източник на енергия - АТФ.

Цикълът на Кребс е ключов етап в дишането на всички клетки, които използват кислород, пресечната точка на много метаболитни пътища в тялото. Освен значителната енергийна роля, цикълът има и значителна пластична функция, тоест той е важен източник на прекурсорни молекули, от които по време на други биохимични трансформации се синтезират важни за живота на клетката съединения, като напр. аминокиселини, въглехидрати, мастни киселини и др.

Цикълът на преобразуване на лимонената киселина в живите клетки е открит и изследван от немския биохимик Ханс Кребс, за тази работа той (заедно с Ф. Липман) е удостоен с Нобелова награда (1953 г.).

Етапи на цикъла на Кребс

	Субстрати	Продукти	Ензим	Тип реакция	Коментар
1	Оксалоацетат + Ацетил-КоА+ H2O	Цитрат + CoA-SH	Цитрат синтаза	Алдолна кондензация	ограничаващ етап превръща С4 оксалоацетат в С6
2	цитрат	цис-аконат + H2O	аконитаза	Дехидратация	обратима изомеризация
3	цис-аконат + H2O	изоцитрат		хидратация
4	Изоцитрат +	изоцитрат дехидрогеназа	Окисляване	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP)
5	Оксалосукцинат		α-кетоглутарат + CO2	декарбоксилиране	реверсивен етап С5 се образува
6	α-кетоглутарат + NAD++ CoA-SH	сукцинил-КоА+ NADH+H++ CO2	алфа-кетоглутарат дехидрогеназа	Окислително декарбоксилиране	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP), регенерация на С4 пътя (освободен от CoA)
7	сукцинил-КоА+ БВП + Пи	сукцинат + CoA-SH+ GTP	сукцинил коензим А синтетаза	субстратно фосфорилиране	или ADP -> ATP, Образува се 1 АТФ
8	сукцинат + убихинон (Q)	фумарат + убихинол (QH 2)	сукцинат дехидрогеназа	Окисляване	FAD се използва като простетична група (FAD->FADH 2 в първия етап на реакцията) в ензима, образува се еквивалентът на 1,5 АТФ
9	фумарат + H2O	Л-малат	фумараза	H 2 O-присъединяване (хидратация)
10	Л-малат + NAD+	оксалоацетат + NADH+H+	малат дехидрогеназа	окисление	Образува се NADH (еквивалентен на 2,5 ATP)

Общото уравнение за един оборот на цикъла на Кребс е:

Ацетил-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e −

Бележки

Връзки

Фондация Уикимедия. 2010 г.

• Цикъл на Калвин
• Цикъл на Хъмфри

Вижте какво е „цикълът на Кребс“ в други речници:

ЦИКЪЛ НА КРАБС- (цикъл на лимонена и трикарбоксилна киселина), система от биохимични реакции, чрез които повечето ЕУКАРИОТНИ организми получават основната си енергия в резултат на окисляването на храната. Среща се в МИТОХОНДРИЙНИТЕ КЛЕТКИ. Включва няколко химически... ... Научно-технически енциклопедичен речник

Цикъл на Кребс- Цикъл на трикарбоксилна киселина, цикъл от последователни реакции в клетките на аеробни организми, в резултат на което се получава синтеза на ATP молекули Биотехнологични теми EN цикъл на Кребс ... Ръководство за технически преводач

Цикъл на Кребс- - метаболитен път, водещ до пълно разрушаване на ацетил КоА до крайните продукти - CO2 и H2O ... Кратък речник на биохимичните термини

Цикъл на Кребс- trikarboksirūgščių ciklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Baltymų, riebalų ir angliavandenių oksidacinio skaidymo organizme ciklas. атитикменйс: англ. цикъл на лимонената киселина; цикъл на Кребс; цикъл на трикарбоксилната киселина рус. цикъл на Кребс; лимонов цикъл...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

Цикъл на Кребс- цикъл на трикарбоксилна киселина (Кребс, лимонена киселина) цикъл на трикарбоксилна киселина, цикъл на Кребс. Най-важната циклична последователност от метаболитни реакции в аеробните организми (eu и прокариоти), в резултат на която се получава последователна... ... Молекулярна биология и генетика. Речник.

ЦИКЪЛ НА КРАБС- същото като цикъла на трикарбоксилната киселина... Естествени науки. енциклопедичен речник

Цикъл на Кребс, Цикъл на лимонената киселина- сложен цикъл от реакции, при които ензимите действат като катализатори; тези реакции протичат в клетките на всички животни и се състоят в разлагане на ацетат в присъствието на кислород с освобождаване на енергия под формата на АТФ (чрез веригата за пренос на електрони) и... ... Медицински термини

ЦИКЪЛ НА КРЕБС, ЦИКЪЛ НА ЛИМОНЕНА КИСЕЛИНА- (цикъл на лимонената киселина) сложен цикъл от реакции, при които ензимите действат като катализатори; тези реакции протичат в клетките на всички животни и се състоят в разлагане на ацетат в присъствието на кислород с освобождаване на енергия под формата на АТФ (чрез предавателната верига... ... Обяснителен речник по медицина

ЦИКЪЛ НА КРЕБС (цикъл на трикарбоксилната киселина- цикъл на лимонената киселина) е сложен цикличен ензимен процес, при който пирогроздената киселина се окислява в тялото за производство на въглероден диоксид, вода и енергия под формата на АТФ; заема централно място в цялостната система... ... Речник на ботаническите термини

Цикъл на трикарбоксилната киселина- Цикъл... Уикипедия

Здравейте! Идва лято, което означава, че всички студенти по медицина ще се явят на биохимия. Трудна тема, наистина. За да помогна малко на тези, които повтарят материал за изпити, реших да направя статия, в която ще ви разкажа за "златния пръстен" на биохимията - цикъла на Кребс. Нарича се още цикъл на трикарбоксилната киселина и цикъл на лимонената киселина, всички те са синоними.

Ще напиша самите реакции в . Сега ще говоря за това защо е необходим цикълът на Кребс, къде се провежда и какви са неговите характеристики. Надявам се да е ясно и достъпно.

Първо, нека да разгледаме какво е метаболизъм. Това е основата, без която разбирането на цикъла на Кребс е невъзможно.

Метаболизъм

Едно от най-важните свойства на живите същества (запомнете) е обмяната на вещества с околната среда. Всъщност само живо същество може да поеме нещо от околната среда и след това да освободи нещо в нея.

В биохимията метаболизмът обикновено се нарича "метаболизъм". Метаболизмът, обменът на енергия с околната среда е метаболизъм.

Когато, да речем, ядем сандвич с пиле, получаваме протеини (пиле) и въглехидрати (хляб). По време на храносмилателния процес протеините се разграждат до аминокиселини, а въглехидратите до монозахариди. Това, което описах сега, се нарича катаболизъм, тоест разграждане на сложни вещества на по-прости. Първата част от метаболизма е катаболизъм.

Още един пример. Тъканите в тялото ни непрекъснато се обновяват. Когато старата тъкан умира, нейните фрагменти се отнемат от макрофагите и се заменят с нова тъкан. Нова тъкан се създава чрез процеса на протеинов синтез от аминокиселини. Синтезът на протеини се извършва в рибозомите. Създаването на нов протеин (сложно вещество) от аминокиселини (просто вещество) е анаболизъм.

И така, анаболизмът е обратното на катаболизма. Катаболизмът е разрушаване на вещества, анаболизмът е създаване на вещества. Между другото, за да не ги объркате, запомнете асоциацията: „Анаболи. Кръв и пот". Това е холивудски филм (доста скучен, според мен) за спортисти, които използват анаболни стероиди, за да растат мускули. Анаболи - растеж, синтез. Катаболизмът е обратният процес.

Пресечната точка на разпад и синтез.

Цикълът на Кребс като етап от катаболизма.

Как са свързани метаболизмът и цикълът на Кребс? Факт е, че цикълът на Кребс е една от най-важните точки, в които се събират пътищата на анаболизма и катаболизма. Именно това е смисълът му.

Нека да разгледаме това в диаграми. Катаболизмът може грубо да се разглежда като разграждането на протеини, мазнини и въглехидрати в нашата храносмилателна система. И така, ядохме храна, направена от протеини, мазнини и въглехидрати, какво следва?

• Мазнини - в глицерол и мастни киселини (може да има и други компоненти, реших да взема най-простия пример);
• Протеини - в аминокиселини;
• Полизахаридните молекули на въглехидратите са разделени на единични монозахариди.

Освен това в цитоплазмата на клетката тези прости вещества ще бъдат превърнати в пирогроздена киселина(известен още като пируват). От цитоплазмата пирогроздената киселина навлиза в митохондриите, където се превръща в ацетил коензим А. Моля, запомнете тези две вещества - пируват и ацетил КоА, те са много важни.

Нека сега да видим как протича етапът, който описахме сега:

Важна подробност: аминокиселините могат да бъдат преобразувани в ацетил КоА директно, заобикаляйки етапа на пирувинова киселина. Мастните киселини веднага се превръщат в ацетил КоА. Нека вземем това предвид и редактираме нашата диаграма, за да я направим правилно:

Трансформацията на прости вещества в пируват се извършва в цитоплазмата на клетките. След това пируватът навлиза в митохондриите, където успешно се превръща в ацетил КоА.

Защо пируватът се превръща в ацетил КоА? Именно за да започне нашия цикъл на Кребс. Така можем да направим още един надпис в диаграмата и ще получим правилната последователност:

В резултат на реакциите на цикъла на Кребс се образуват важни за живота вещества, основните от които са:

• NADH(Никотин амид аденин динуклеотид + водороден катион) и FADH 2(Флавин аденин динуклеотид + водородна молекула). Изрично подчертах съставните части на термините с главни букви, за да е по-лесно за четене, обикновено се пишат като една дума. NADH и FADH 2 се освобождават по време на цикъла на Кребс, за да участват след това в преноса на електрони в дихателната верига на клетката. С други думи, тези две вещества играят критична роля в клетъчното дишане.
• АТФ, тоест аденозин трифосфат. Това вещество има две връзки, чието разкъсване осигурява голямо количество енергия. Много жизненоважни реакции се захранват с тази енергия;

Освен това се отделят вода и въглероден диоксид. Нека отразим това в нашата диаграма:

Между другото, целият цикъл на Кребс се случва в митохондриите. Това е мястото, където се извършва подготвителният етап, тоест превръщането на пирувата в ацетил КоА. Не напразно митохондриите се наричат ​​„енергийната станция на клетката“.

Цикълът на Кребс като начало на синтеза

Цикълът на Кребс е удивителен, защото не само ни осигурява ценен АТФ (енергия) и коензими за клетъчното дишане. Ако погледнете предишната диаграма, ще разберете, че цикълът на Кребс е продължение на катаболните процеси. Но в същото време това е и първата стъпка на анаболизма. Как е възможно? Как един и същ цикъл може едновременно да разрушава и създава?

Оказва се, че отделните реакционни продукти от цикъла на Кребс могат частично да се използват за синтеза на нови сложни вещества, в зависимост от нуждите на организма. Например глюконеогенезата е синтеза на глюкоза от прости вещества, които не са въглехидрати.

• Реакциите на цикъла на Кребс са каскадни. Те се появяват една след друга и всяка предишна реакция задейства следващата;
• Реакционните продукти от цикъла на Кребс се използват отчасти за започване на последваща реакция и отчасти за синтеза на нови сложни вещества.

Нека се опитаме да отразим това на диаграмата, така че цикълът на Кребс да бъде обозначен точно като точка на пресичане на разпад и синтез.

Отбелязах със сини стрелки пътищата на анаболизма, тоест създаването на нови вещества. Както можете да видите, цикълът на Кребс наистина е пресечната точка на много процеси, както унищожаване, така и създаване.

Най-важните

• Цикълът на Кребс е пресечна точка на метаболитни пътища. Завършва катаболизма (разграждането), започва анаболизма (синтезата);
• Продуктите от реакцията на цикъла на Кребс се използват отчасти за стартиране на следващата реакция от цикъла и отчасти се изпращат за създаване на нови сложни вещества;
• Цикълът на Кребс произвежда коензимите NADH и FADH 2, които транспортират електрони за клетъчно дишане, както и енергия под формата на АТФ;
• Цикълът на Кребс възниква в митохондриите на клетките.

Продължаваме да анализираме цикъла на Кребс. В последната статия говорих за това какво е, защо е необходим цикълът на Кребс и какво място заема в метаболизма. Сега нека да преминем към самите реакции на този цикъл.

Веднага ще направя резервация - за мен лично запомнянето на реакции беше напълно безсмислено упражнение, докато не подредя горните въпроси. Но ако вече сте разбрали теорията, предлагам да преминете към практиката.

Можете да видите много начини да напишете цикъла на Кребс. Най-често срещаните опции са нещо подобно:

Но това, което ми се стори най-удобно, беше методът за писане на реакции от добрия стар учебник по биохимия от авторите Т. Т. Березов. и Коровкина Б.В.

Познатите вече ацетил-КоА и оксалоацетат се свързват и се превръщат в цитрат, т.е. лимонена киселина.

Втора реакция

Сега вземаме лимонена киселина и я обръщаме изолимонена киселина. Друго име за това вещество е изоцитрат.

Всъщност тази реакция е малко по-сложна, чрез междинен етап - образуването на цис-аконитова киселина. Но реших да го опростя, за да го запомните по-добре. Ако е необходимо, можете да добавите липсващата стъпка тук, ако помните всичко останало.

По същество двете функционални групи просто си размениха местата.

Трета реакция

И така, имаме изолимонена киселина. Сега той трябва да бъде декарбоксилиран (т.е. СООН се отстранява) и дехидрогениран (т.е. Н се отстранява). Полученото вещество е а-кетоглутарат.

Тази реакция е забележителна за образуването на комплекса HADH2. Това означава, че NAD транспортерът поема водород, за да стартира дихателната верига.

Харесвам версията на реакциите на цикъла на Кребс в учебника на Березов и Коровкин именно защото атомите и функционалните групи, които участват в реакциите, веднага се виждат ясно.

Четвърта реакция

Отново, никотин амид аденин динуклеотид работи като часовник, т.е ПО-ГОРЕ. Този хубав носител идва тук, точно както в последната стъпка, за да грабне водорода и да го пренесе в дихателната верига.

Между другото, полученото вещество е сукцинил-КоА, не трябва да ви плаши. Сукцинатът е другото име на янтарната киселина, която ви е позната от времето на биоорганичната химия. Сукцинил-Коа е съединение на янтарна киселина с коензим-А. Можем да кажем, че това е естер на янтарна киселина.

Пета реакция

В предишната стъпка казахме, че сукцинил-КоА е естер на янтарна киселина. И сега получаваме същото янтарна киселина, тоест сукцинат, от сукцинил-КоА. Изключително важен момент: именно в тази реакция субстратно фосфорилиране.

Фосфорилирането като цяло (може да бъде окислително и субстратно) е добавянето на фосфорна група PO3 към HDP или ATP за получаване на пълен GTF, или, съответно, ATP. Субстратът се различава по това, че същата тази фосфорна група се откъсва от всяко вещество, което го съдържа. Ами просто казано, той се прехвърля от СУБСТРАТА към HDF или ADP. Ето защо се нарича "субстратно фосфорилиране".

Още веднъж: в началото на субстратното фосфорилиране имаме дифосфатна молекула – гуанозин дифосфат или аденозин дифосфат. Фосфорилирането се състои във факта, че молекула с два остатъка от фосфорна киселина - HDP или ADP - се „завършва“ до молекула с три остатъка от фосфорна киселина, за да се получи гуанозин трифосфат или аденозин трифосфат. Този процес се случва по време на превръщането на сукцинил-КоА в сукцинат (т.е. янтарна киселина).

На диаграмата можете да видите буквите F (n). Това означава "неорганичен фосфат". Неорганичният фосфат се прехвърля от субстрата към HDP, така че реакционните продукти да съдържат добър, пълен GTP. Сега нека да разгледаме самата реакция:

Шеста реакция

Следваща трансформация. Този път янтарната киселина, която получихме в последната стъпка, ще се превърне в фумарат, забележете новата двойна връзка.

Диаграмата ясно показва как участва в реакцията ПРИЩЯВКА: Този неуморен носител на протони и електрони улавя водород и го влачи директно в дихателната верига.

Седма реакция

Вече сме на финала.

ЦИКЪЛ НА ТРИКАРБОКСИЛНИТЕ КИСЕЛИНИ (ЦИКЪЛ НА КРЕБС)

Предпоследният етап от цикъла на Кребс е реакцията, която превръща фумарат в L-малат. L-малат е друго име L-ябълчена киселина, познат от курса по биоорганична химия.

Ако погледнете самата реакция, ще видите, че, първо, тя протича в двете посоки, и второ, нейната същност е хидратация. Тоест, фумаратът просто прикрепя водна молекула към себе си, което води до L-ябълчена киселина.

Осма реакция

Последната реакция от цикъла на Кребс е окислението на L-ябълчена киселина до оксалоацетат, т.е. оксалооцетна киселина. Както разбирате, "оксалацетат" и "оксалокоцетна киселина" са синоними. Вероятно си спомняте, че оксалооцетната киселина е компонент на първата реакция на цикъла на Кребс.

Тук отбелязваме особеността на реакцията: образуване на NADH2, който ще пренася електрони в дихателната верига. Не забравяйте и реакции 3,4 и 6, там също се образуват носители на електрони и протони за дихателната верига.

Както можете да видите, специално подчертах в червено реакциите, по време на които се образуват NADH и FADH2. Това са много важни вещества за дихателната верига. Маркирах в зелено реакцията, при която се получава субстратно фосфорилиране и се произвежда GTP.

Как да запомните всичко това?

Всъщност не е толкова трудно. След като прочетете двете ми статии изцяло, както и вашия учебник и лекции, просто трябва да се упражнявате да пишете тези реакции. Препоръчвам да запомните цикъла на Кребс в блокове от 4 реакции. Напишете тези 4 реакции няколко пъти, като за всяка изберете асоциация, която отговаря на паметта ви.

Например, веднага много лесно си спомних втората реакция, при която изолимонената киселина се образува от лимонена киселина (която, мисля, е позната на всички от детството).

Можете също да използвате мнемоника като: „ Цял ананас и парче суфле е всъщност моят обяд днес, което съответства на серията - цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, алфа-кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат." Има още куп като тях.

Но, честно казано, почти никога не съм харесвал такива стихове. Според мен по-лесно се запомня самата последователност от реакции. Много ми помогна да разделя цикъла на Кребс на две части, всяка от които се упражнявах да пиша няколко пъти на час. По правило това се случва в класове като психология или биоетика. Това е много удобно - без да се разсейвате от лекцията, можете да прекарате буквално минута, като напишете реакциите, както ги помните, и след това да ги проверите с правилната опция.

Между другото, в някои университети по време на тестове и изпити по биохимия учителите не изискват познаване на самите реакции. Просто трябва да знаете какво представлява цикълът на Кребс, къде се появява, какви са неговите характеристики и значение и, разбира се, самата верига от трансформации. Само веригата може да се наименува без формули, като се използват само имената на веществата. Този подход не е лишен от смисъл според мен.

Надявам се моето ръководство за цикъла TCA да ви е било полезно. И искам да ви напомня, че тези две статии не са пълна замяна на вашите лекции и учебници. Написах ги само за да разберете приблизително какво представлява цикълът на Кребс. Ако изведнъж видите някаква грешка в моето ръководство, моля, пишете за това в коментарите. Благодаря за вниманието!

Цикълът на трикарбоксилната киселина е открит за първи път от английския биохимик Кребс. Той е първият, който постулира значението на този цикъл за пълното изгаряне на пирувата, чийто основен източник е гликолитичното превръщане на въглехидратите. Впоследствие беше показано, че цикълът на трикарбоксилната киселина е „фокус“, в който се събират почти всички метаболитни пътища.

И така, ацетил-КоА, образуван в резултат на окислително декарбоксилиране на пируват, влиза в цикъла на Кребс. Този цикъл се състои от осем последователни реакции (фиг. 91). Цикълът започва с кондензация на ацетил-КоА с оксалоацетат и образуване на лимонена киселина. ( Както ще се види по-долу, в цикъла не самият ацетил-КоА се подлага на окисление, а по-сложно съединение - лимонена киселина (трикарбоксилна киселина).)

След това лимонената киселина (съединение с шест въглерода), чрез серия от дехидрогениране (отстраняване на водород) и декарбоксилиране (елиминиране на CO2), губи два въглеродни атома и отново се появява оксалоацетат (съединение с четири въглерода) в цикъла на Кребс, т.е. , в резултат на пълно завъртане на цикъла, молекулата на ацетил-КоА изгаря до CO2 и H2O, а молекулата на оксалоацетата се регенерира. По-долу са всички осем последователни реакции (етапи) на цикъла на Кребс.

При първата реакция, катализирана от ензима цитрат синтаза, ацетил-КоА се кондензира с оксалоацетат. В резултат на това се образува лимонена киселина:

Очевидно при тази реакция цитрил-КоА, свързан с ензима, се образува като междинен продукт. След това последният се хидролизира спонтанно и необратимо, за да образува цитрат и HS-CoA.

Във втората реакция на цикъла, получената лимонена киселина претърпява дехидратация, за да образува цис-аконитова киселина, която чрез добавяне на водна молекула става изолимонена киселина. Тези обратими реакции на хидратация-дехидратация се катализират от ензима аконитат хидратаза:

В третата реакция, която изглежда е ограничаващата скоростта реакция на цикъла на Кребс, изолимонената киселина се дехидрогенира в присъствието на NAD-зависима изоцитрат дехидрогеназа:

(В тъканите има два вида изоцитрат дехидрогенази: NAD- и NADP-зависими. Установено е, че NAD-зависимата изоцитрат дехидрогеназа играе ролята на основен катализатор за окисляването на изолимонената киселина в цикъла на Кребс.)

По време на изоцитрат дехидрогеназната реакция изоцитратната киселина се декарбоксилира. NAD-зависимата изоцитрат дехидрогеназа е алостеричен ензим, който изисква ADP като специфичен активатор. В допълнение, ензимът изисква Mg2+ или Mn2+ йони, за да прояви своята активност.

В четвъртата реакция α-кетоглутаровата киселина се декарбоксилира окислително до сукцинил-КоА. Механизмът на тази реакция е подобен на реакцията на окислително декарбоксилиране на пируват до ацетил-КоА. α-кетоглутарат дехидрогеназният комплекс е подобен по структура на пируват дехидрогеназния комплекс. И в двата случая в реакцията участват пет коензима: TDP, амид на липоева киселина, HS-CoA, FAD и NAD. Общо тази реакция може да се напише по следния начин:

Петата реакция се катализира от ензима сукцинил-КоА синтетаза. По време на тази реакция сукцинил-КоА с участието на БВП и неорганичен фосфат се превръща в янтарна киселина (сукцинат). В същото време се получава образуването на високоенергийна фосфатна връзка на GTP1 поради високоенергийната тиоестерна връзка на сукцинил-КоА:

(Полученият GTP след това дарява своята крайна фосфатна група на ADP, което води до образуването на ATP. Образуването на високоенергиен нуклеозид трифосфат по време на реакцията на сукцинил-КоА синтетаза е пример за фосфорилиране на ниво субстрат.)

В шестата реакция сукцинатът се дехидрогенира до фумарова киселина. Окисляването на сукцината се катализира от сукцинат дехидрогеназа, в чиято молекула коензимът FAD е ковалентно свързан с протеина:

При седмата реакция получената фумарова киселина се хидратира под въздействието на ензима фумарат хидратаза. Продуктът от тази реакция е ябълчена киселина (малат). Трябва да се отбележи, че фумарат хидратазата е стереоспецифична по време на тази реакция се образува L-ябълчена киселина:

И накрая, в осмата реакция от цикъла на трикарбоксилната киселина, под въздействието на митохондриалната NAD-зависима малат дехидрогеназа, L-малатът се окислява до оксалоацетат:

Както можете да видите, в едно завъртане на цикъла, състоящ се от осем ензимни реакции, настъпва пълно окисление („изгаряне“) на една молекула ацетил-КоА. За непрекъсната работа на цикъла е необходимо постоянно подаване на ацетил-КоА в системата, а коензимите (NAD и FAD), които са преминали в редуцирано състояние, трябва да се окисляват отново и отново. Това окисление се случва в системата за транспорт на електрони (или верига от респираторни ензими), разположена в митохондриите.

Енергията, освободена в резултат на окисляването на ацетил-КоА, е концентрирана до голяма степен във високоенергийните фосфатни връзки на АТФ. От четирите двойки водородни атоми, три двойки се прехвърлят чрез NAD към електронната транспортна система; в този случай за всяка двойка в системата за биологично окисление се образуват три молекули АТФ (в процеса на конюгирано окислително фосфорилиране) и следователно общо девет молекули АТФ. Една двойка атоми навлиза в системата за транспорт на електрони през FAD, което води до образуването на 2 ATP молекули. По време на реакциите на цикъла на Кребс се синтезира и 1 молекула GTP, което е еквивалентно на 1 молекула АТФ. И така, окислението на ацетил-КоА в цикъла на Кребс произвежда 12 ATP молекули.

Както вече беше отбелязано, 1 молекула NADH2 (3 молекули АТФ) се образува по време на окислителното декарбоксилиране на пирувата в ацетил-КоА.

Реакции на цикъла на Кребс

Тъй като разграждането на една молекула глюкоза произвежда две молекули пируват, когато те се окисляват до 2 молекули ацетил-КоА и последващите две завъртания на цикъла на трикарбоксилната киселина, се синтезират 30 молекули АТФ (следователно окислението на една молекула на пируват до CO2 и H2O произвежда 15 молекули ATP).

Към това трябва да добавим 2 ATP молекули, образувани по време на аеробна гликолиза, и 4 ATP молекули, синтезирани чрез окисляването на 2 молекули екстрамитохондриален NADH2, които се образуват по време на окисляването на 2 молекули глицералдехид-3-фосфат в дехидрогеназната реакция. Общо откриваме, че когато 1 молекула глюкоза се разгражда в тъканите съгласно уравнението: C6H1206 + 602 -> 6CO2 + 6H2O, се синтезират 36 ATP молекули, което допринася за натрупването на аденозин трифосфат във високоенергийни фосфатни връзки 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (или, според други данни, 36 X 38 ~ 1430 kJ) свободна енергия. С други думи, от цялата свободна енергия, освободена по време на аеробното окисляване на глюкозата (около 2840 kJ), до 50% от нея се натрупват в митохондриите във форма, която може да се използва за изпълнение на различни физиологични функции. Няма съмнение, че енергийно пълното разграждане на глюкозата е по-ефективен процес от гликолизата. Трябва да се отбележи, че молекулите NADH2, образувани по време на превръщането на глицералдехид-3-фосфат 2, впоследствие, при окисляване, произвеждат не 6 ATP молекули, а само 4. Факт е, че самите извънмитохондриални NADH2 молекули не могат да проникнат през мембрана в митохондриите. Въпреки това, електроните, които даряват, могат да бъдат включени в митохондриалната верига на биологично окисление, използвайки така наречения механизъм на глицерофосфатната совалка (фиг. 92). Както може да се види на фигурата, цитоплазменият NADH2 първо реагира с цитоплазмения дихидроксиацетон фосфат, за да образува глицерол-3-фосфат. Реакцията се катализира от NAD-зависима цитоплазмена глицерол-3-фосфат дехидрогеназа:

Дихидроксиацетон фосфат + NADH2 глицерол-3-фосфат + NAD

Полученият глицерол-3-фосфат лесно прониква през митохондриалната мембрана. Вътре в митохондриите друга (митохондриална) глицерол-3-фосфат дехидрогеназа (флавинов ензим) отново окислява глицерол-3-фосфат до дихидроксиацетон фосфат:

Глицерол-3-фосфат + FAD Дихидроксиацетон фосфат + fADH2

Редуцираният флавопротеин (ензим - FADH2) въвежда, на нивото на KoQ, електроните, придобити от него, във веригата на биологично окисление и свързаното с него окислително фосфорилиране, а дихидроксиацетон фосфатът напуска митохондриите в цитоплазмата и може отново да взаимодейства с цитоплазмения NADH2. По този начин двойка електрони (от една молекула цитоплазмен NADH2), въведена в дихателната верига чрез механизма на глицерофосфатната совалка, произвежда не 3 ATP, а 2 ATP.

Вече е ясно установено, че глицерофосфатният совалков механизъм се осъществява в чернодробните клетки. По отношение на други тъкани този въпрос все още не е изяснен.

Цикъл на Кребссъщо наричан цикъл на трикарбоксилната киселина, тъй като те се образуват в него като междинни продукти. Това е ензимен пръстен конвейер, който "работи" в митохондриалната матрица.

Резултатът от цикъла на Кребс е синтезът на малко количество АТФ и образуването на NAD H2, който след това се изпраща на следващия етап от клетъчното дишане - дихателната верига (окислително фосфорилиране), разположена върху вътрешната мембрана на митохондриите.

Пирогроздената киселина (пируват), образувана в резултат на гликолизата, навлиза в митохондриите, където в крайна сметка се окислява напълно, превръщайки се във въглероден диоксид и вода. Това се случва първо в цикъла на Кребс, след това по време на окислителното фосфорилиране.

Преди цикъла на Кребс, пируватът се декарбоксилира и дехидрогенира. В резултат на декарбоксилирането се елиминира молекула CO2; дехидрогенирането е елиминиране на водородни атоми. Те се свързват с NAD.

В резултат на това се образува оцетна киселина от пирогроздена киселина, която се добавя към коензим А. Оказва се ацетил коензим А(ацетил-CoA) – CH3CO~S-CoA, съдържащ високоенергийна връзка.

Превръщането на пируват в ацетил-КоА се осъществява от голям ензимен комплекс, състоящ се от десетки полипептиди, свързани с електронни носители.

Цикълът на Кребс започва с хидролиза на ацетил-КоА, която отстранява ацетилова група, съдържаща два въглеродни атома. След това ацетиловата група е включена в цикъла на трикарбоксилната киселина.

Ацетилова група се свързва с оксалооцетната киселина, която има четири въглеродни атома. Резултатът е лимонена киселина, която съдържа шест въглеродни атома. Енергията за тази реакция се доставя от високоенергийната ацетил-КоА връзка.

Това, което следва, е верига от реакции, при които ацетиловата група, свързана в цикъла на Кребс, се дехидрогенира, освобождавайки четири двойки водородни атоми, и се декарбоксилира, за да образува две молекули CO2. В този случай кислородът се използва за окисление, отделена от две водни молекули, не молекулярна. Процесът се нарича окислително декарбоксилиране. В края на цикъла оксалооцетната киселина се регенерира.

Да се ​​върнем към етапа на лимонената киселина. Окисляването му става чрез поредица от ензимни реакции, при които се образуват изолимонена, оксалоянтарна и други киселини.

В резултат на тези реакции на различни етапи от цикъла се редуцират три молекули NAD и една FAD, образува се GTP (гуанозин трифосфат), съдържащ високоенергийна фосфатна връзка, чиято енергия впоследствие се използва за фосфорилиране на ADP . В резултат на това се образува молекула АТФ.

Лимонената киселина губи два въглеродни атома, за да образува две молекули CO2.

В резултат на ензимни реакции лимонената киселина се превръща в оксалооцетна киселина, която отново може да се свърже с ацетил-КоА. Цикълът се повтаря.

В лимонената киселина добавеният ацетил-CoA остатък изгаря, за да образува въглероден диоксид, водородни атоми и електрони. Водородът и електроните се прехвърлят към NAD и FAD, които са акцептори за него.

Окисляването на една молекула ацетил-КоА произвежда една молекула АТФ, четири водородни атома и две молекули въглероден диоксид. Това е въглеродният диоксид, отделен по време на аеробното дишане, се образува по време на цикъла на Кребс. В този случай молекулярен кислород (O2) не се използва тук, той е необходим само на етапа на окислително фосфорилиране.

Водородните атоми се прикрепят към NAD или FAD и в тази форма след това влизат в дихателната верига.

Една молекула глюкоза произвежда две молекули пируват и следователно две ацетил-КоА. По този начин за една молекула глюкоза има два завъртания на цикъла на трикарбоксилната киселина. Образуват се общо две ATP молекули, четири CO2 и осем Н атома.

Трябва да се отбележи, че не само глюкозата и образуваният от нея пируват влизат в цикъла на Кребс. В резултат на разграждането на мазнините от ензима липаза се образуват мастни киселини, чието окисление води и до образуването на ацетил-КоА, редукция на НАД, както и на ФАД (флавин аденин динуклеотид).

Ако клетката има дефицит на въглехидрати и мазнини, тогава аминокиселините могат да претърпят окисление. В този случай се образуват ацетил-КоА и органични киселини, които по-нататък участват в цикъла на Кребс.

Следователно няма значение какъв е основният източник на енергия. Така или иначе се образува ацетил-КоА, който е универсално за клетката съединение.

Цикъл на трикарбоксилната киселина (Кребс).

(Цикъл на ТСА, цикъл на лимонена киселина, цикъл на Кребс)

Цикълът на TCA, подобно на митохондриалните окислителни реакции, се случва в митохондриите. Това е поредица от реакции, затворени в цикъл.

Получените PCA молекули реагират с нова молекула Acetyl-CoA и цикълът се повтаря отново от образуването на цитрат до превръщането му в PCA.

Четири от деветте MtO субстрата участват в реакциите на този цикъл.

Възниква серия от дехидрогеназни реакции. От тях 3-та, 4-та и 8-ма протичат с участието на NAD-зависими дехидрогенази и всяка от тези реакции произвежда 3 молекули АТФ. На 6-ти етап възниква FAD-зависима дехидрогеназна реакция, която е свързана с образуването на 2 ATP молекули (P/O = 2).

На 5-ти етап се образува 1 молекула АТФ чрез субстратно фосфорилиране.

Общо 12 ATP молекули се образуват по време на 1 оборот на TCA цикъла.

Целта на цикъла на ТСА е да разгради остатъците от оцетна киселина, за да образува голямо количество АТФ. В допълнение, CO2 и H2O се образуват от ацетатни остатъци като крайни продукти на метаболизма.

CO2 се образува по време на цикъла TTC два пъти:

1. на третия етап (окисление на изоцитрат)

2. на четвъртия етап (окисляване на алфа-кетоглутарат).

Ако добавим още една молекула CO2, която се образува преди началото на TCA цикъла - при превръщането на PVK в Acetyl-CoA, тогава можем да говорим за три молекули CO2, образувани при разграждането на PVK. Общо тези молекули, образувани по време на разграждането на PVC, представляват до 90% от въглеродния диоксид, който се отделя от тялото.

КРАЙНО CTK УРАВНЕНИЕ

БИОЛОГИЧНО ЗНАЧЕНИЕ НА ТСА цикъла

ОСНОВНАТА РОЛЯ НА ЦИКЪЛА TCA Е ОБРАЗУВАНЕТО НА ГОЛЯМО КОЛИЧЕСТВО АТФ.

1. TCA цикълът е основният източник на АТФ. Енергията за образуването на голямо количество АТФ се осигурява от пълното разграждане на Acetyl-CoA до CO2 и H2O.

2. TCA цикълът е универсален краен етап в катаболизма на вещества от всички класове.

3. TCA цикълът играе важна роля в процесите на анаболизъм (междинни продукти на TCA цикъла):

— от цитрат → синтез на мастни киселини

— от алфа-кетоглутарат и PKA → синтез на аминокиселини

— от PIKE → синтез на въглехидрати

— от сукцинил-КоА → синтез на хем хемоглобин

АВТОНОМНА САМОРЕГУЛИРАНЕ НА КТК

Има два ключови ензима в TCA цикъла:

1) цитрат синтаза (1-ва реакция)

2) изоцитрат дехидрогеназа (3-та реакция)

И двата ензима са алостерично инхибирани от излишък на АТФ и NADH2. Изоцитрат дехидрогеназата се активира силно от ADP.

Цикъл на трикарбоксилната киселина

Ако няма ADP, тогава този ензим е неактивен. При условия на енергиен покой концентрацията на АТФ се увеличава и скоростта на реакциите на цикъла на ТСА е ниска - синтезът на АТФ намалява.

Изоцитрат дехидрогеназата се инхибира от АТФ много по-силно от цитрат синтазата, следователно при условия на енергиен покой концентрацията на цитрат се увеличава и той навлиза в цитоплазмата по концентрационен градиент чрез улеснена дифузия. В цитоплазмата цитратът се превръща в ацетил-КоА, който участва в синтеза на мастни киселини.

Съвременни класификации на сърдечно-съдовата система
Скорост на кръвния поток, развитие на сърцето
Тромбоцитопенична пурпура
Пренос на газове по кръвен път, състав на плазмата
Фибринолиза и кръвосъсирване
Състав и свойства на компонентите на кръвната плазма
Коаглутинация, компенсация, Coombs, седиментация, реакция на пасивна хемаглутинация

Урок № 12. „Цикълът на трикарбоксилната киселина“

Цел на урока: изучаване на механизма на някои реакции от цикъла на Кребс. Овладейте метода за количествено определяне на пирогроздена киселина в урината.

ВЪПРОСИ КЪМ ТЕСТА:

1. Окислително декарбоксилиране на пируват като предварителен етап в цикъла на лимонената киселина. Избройте витамините и коензимите, участващи в този процес.

2. Реакции на цикъла на лимонената киселина. Какво определя общата посока на реакциите в цикъла? В коя част на клетката протича този процес? Защо?

3. Какви коензими и витамини участват в цикъла на Кребс? Обяснете как работят, включително специфични реакции.

4. Разкажете ни за реакциите на цикъла на Кребс, в резултат на които се образуват NADH2 и FADH2. Каква е бъдещата съдба на тези съединения?

5. Функции на цикъла на трикарбоксилната киселина. Обяснете какво значение има анаплеротичната реакция за цикъла на лимонената киселина?

6. Производство на енергия от цикъла на трикарбоксилната киселина. Колко ATP молекули се произвеждат по време на оборота на една молекула лимонена киселина през цикъла? Дали всички АТФ молекули се образуват по време на пълното окисление на активния ацетил, синтезиран чрез окислително фосфорилиране? Как се контролира скоростта на цикъла?

Експериментална работа.

Един от методите за количествен анализ в биохимията е фотокалориметрията. Методът се основава на измерване на оптичната плътност на цветни разтвори, които се получават при взаимодействие на субстрата с различни химични агенти. Концентрацията на субстрата е пропорционална на степента на оцветяване на разтвора.

Преди да започнете лабораторни експерименти, запознайте се с устройството FEC и правилата за работа с него.

Опит 1. Определяне на концентрацията на пирогроздена киселина (PVA) в урината.

2. Комплект пипети.

3. Фотоколориметър.

4. Кювети 0,5 см.

Реактиви. 1. Дестилирана вода.

3. Натриев хидроксид, 10% разтвор.

4. 2,4-динитрофенилхидразин, разтвор.

Кръвният PVC кондензира с 2,4-динитрофинилхидразин до образуване на хидразон, който в алкална среда дава кафяво-червен разтвор. По интензитета на цвета му се съди за съдържанието на PVC.

1. Добавете реагенти към три епруветки според следната таблица:

2. Поставете съдържанието на епруветките на тъмно място при стайна температура за 15 минути.

До 10% от енергията в клетката идва от аминокиселини

Добавете 1 ml 10% разтвор на NaOH към всяка епруветка и след пет минути измерете оптичната плътност при дължина на вълната 620 nm на пробата за изпитване спрямо контролата (O) и пробата за калибриране спрямо контролата (K).

4. Извършете изчислението, като използвате изготвения график за калибриране.

= mg/ден

За да преобразувате съдържанието на PVC (в mg) в единици количество вещество (μmol), е необходимо съответните стойности да се умножат по 11,4 (коефициент на преобразуване).

Нормално за хората: 10-25 mg/ден или 114-284 µmol/ден пирогроздена киселина.

Сравнете получените стойности с нормалните стойности. Какви са причините за повишени нива на пирогроздена киселина в кръвния серум и урината?

Експеримент 2. Определяне на активността на мускулната сукцинат дехидрогеназа.

устройства. 1. Поставка с епруветки.

2. Комплект пипети.

3. Хаванче и пестик.

4. Водна баня.

Реактиви. 1. Пилешка или заешка мускулна тъкан.

2. Янтарна киселина, 5% разтвор.

3. Метиленово синьо, 0,01% разтвор.

4. Растително масло.

5. Стъклен пясък.

1. Претеглят се 10 г мускулна тъкан и се стриват в хаван със стъклен пясък.

2. Полученият хомогенат се изплаква няколко пъти върху марля с физиологичен разтвор, за да се отстранят разтворимите вещества.

3. Изсипете 5 ml от получената смес в три номерирани епруветки.

4. Потопете първата епруветка във вряща водна баня за 5 минути, след което я охладете до стайна температура.

5. Добавете 3 ml 5% янтарна киселина и 3 капки разтвор на метиленово синьо към епруветки № 1 и № 2 (докато се появи син цвят).

6. Добавете 0,5 ml дестилирана вода и 3 капки разтвор на метиленово синьо в епруветка № 3 (до поява на син цвят).

7. След това налейте малко масло във всички епруветки, за да изолирате сместа от кислорода на въздуха.

8. Инкубирайте всички епруветки във водна баня (40°C) за 10 минути.

Дайте обяснение на наблюдаваните явления. Каква е функцията на метиленово синьо в този експеримент? Какво съединение е отговорно за тази функция в жива клетка?

Дата на завършване ________ Точка ____ Подпис на учителя ____________

Предишен123456789101112Следващ