Kādā posmā tiek veikts trikarbonskābju cikls. Trikarbonskābes cikls (Krebsa cikls). TCA metabolītu kopuma papildināšana no aminoskābēm

4. Trikarbonskābes cikls

Otra vispārējā katabolisma ceļa sastāvdaļa ir CTC. Šo ciklu 1937. gadā atklāja Krebs un Džonsons. 1948. gadā Kenedijs un Lēningers pierādīja, ka TCA enzīmi ir lokalizēti mitohondriju matricā.

4.1. Trikarbonskābes cikla ķīmija. Brīvo etiķskābi nevar oksidēt dehidrogenējot. Tāpēc tas ir aktīvajā formā (acetil-CoA), kas iepriekš ir saistīts ar oksaloacetātu (PAA, oksaloetiķskābi), kā rezultātā veidojas citrāts.

1. Acetil-CoA apvienojas ar oksaloacetātu aldola kondensācijas reakcijā, ko katalizē citrāta sintāze. Veidojas Citril-CoA. Citryl-CoA tiek hidrolizēts ar ūdens līdzdalību līdz citrātam un HS-CoA.

2. Akonita hidratāze (A conitase) katalizē citrāta pārvēršanu izocitrātā, izmantojot cis-akonīnskābes soli. Saskaņā ar darbības mehānismu akonitāze ir gan hidratāze, gan izomerāze.

3. izocitrāta dehidrogenāze katalizē izocitrskābes dehidrogenēšanu par oksalosukcinātu (oksalosukcīnskābi), kas pēc tam tiek dekarboksilēts par 2-oksoglutarātu (α-ketoglutarātu). Koenzīms ir NAD+ (mitohondrijās) un NADP+ (citozolā un mitohondrijās).

4. 2-oksoglutarāta dehidrogenāzes komplekss (α-ketoglutarāta dehidrogenāzes komplekss) katalizē 2-oksoglutarāta oksidatīvo dekarboksilāciju par sukcinil-CoA. daudzenzīmu 2-oksoglutarāta dehidrogenāze komplekss ir līdzīgs piruvāta dehidrogenāzes kompleksam, un process norit līdzīgi piruvāta oksidatīvajai dekarboksilēšanai.

5. Sukciniltiokināze katalizē sukcinil-CoA sadalīšanos dzintarskābē un koenzīmā A. Enerģija sukcinil-CoA sadalīšanai uzkrājas guanozīna trifosfāta (GTP) formā. Saistītā refosforilēšanas reakcijā ADP tiek fosforilēts līdz ATP, un atbrīvotās IKP molekulas var atkārtoti fosforilēties ( substrāta fosforilēšana). Augos ferments ir specifisks ADP un ATP.

6. Sukcināta dehidrogenāze katalizē sukcināta pārvēršanos par fumārskābi. Enzīms ir stereospecifisks, tas ir neatņemams proteīns, jo ir iestrādāts mitohondriju iekšējā membrānā un satur FAD un dzelzs-sēra proteīnus kā protezēšanas grupas. FADH 2 nav atdalīts no enzīma, un divi elektroni tālāk tiek pārnesti uz iekšējās mitohondriju membrānas elektronu transportēšanas ķēdes koenzīmu Q.

7.Fumarāta hidratāze (fumarāze) katalizē fumārskābes pārvēršanu ābolskābē (malātā), piedaloties ūdenim. Enzīms ir stereospecifisks, veidojot tikai L-malātu.

8.Malāta dehidrogenāze katalizē ābolskābes oksidēšanos par oksaloacetātu. Koenzīma malāta dehidrogenāze - NAD +. Turklāt oksaloacetāts atkal kondensējas ar acetil-CoA un cikls atkārtojas.

4.2. Bioloģiskā nozīme un trikarbonskābes cikla regulēšana. Trikarbonskābes cikls ir daļa no kopējā katabolisma ceļa, kurā tiek oksidētas ogļhidrātu, taukskābju un aminoskābju degvielas molekulas. Lielākā daļa degvielas molekulu TCA nonāk acetil-CoA formā (1. att.). Visas TCA reakcijas notiek saskaņoti vienā virzienā. Kopējā vērtība D G 0 ¢ = -40 kJ / mol.

Ārstu vidū jau izsenis ir bijis populārs frāze "Tauki deg ogļhidrātu liesmā". Tas jāsaprot kā acetil-CoA oksidēšana, kuras galvenais avots ir taukskābju β-oksidēšana, pēc kondensācijas ar oksaloacetātu, kas veidojas galvenokārt no ogļhidrātiem (piruvāta karboksilēšanas laikā). Ar ogļhidrātu vielmaiņas traucējumiem vai badu rodas oksaloacetāta deficīts, kā rezultātā samazinās acetil-CoA oksidēšanās TCA.

1. att. TCA loma šūnu elpošanā. 1. stadija (CTC) 8 elektronu ekstrakcija no acetil-CoA molekulas; 2. posms (elektronu transporta ķēde) divu skābekļa molekulu reducēšana un protonu gradienta veidošanās (~36 H +); 3. posms (ATP sintāze), izmantojot protonu gradienta enerģiju, veidojot ATP (~9 ATP) (Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochemistry. N-Y: W.H.Freeman and Company, 2002. ).

TCA galveno metabolisma lomu var attēlot kā divus procesus: 1) redoksreakciju virkni, kuru rezultātā acetilgrupa tiek oksidēta līdz divām CO2 molekulām; 2) četrkārša dehidrogenēšana, kā rezultātā veidojas 3 NADH + H + molekulas un 1 FADH 2 molekula. Skābeklis ir nepieciešams, lai CTC funkcionētu netieši kā elektronu akceptors elektronu transportēšanas ķēžu galā un NAD+ un FAD reģenerācijai.

ATP sintēzei un hidrolīzei ir galvenā nozīme TCA regulēšanā.

1. Izocitrāta dehidrogenāzi allostēriski aktivizē ADP, palielinot fermenta afinitāti pret substrātu. NADH inhibē šo enzīmu, aizstājot NAD+. ATP arī inhibē izocitrāta dehidrogenāzi. Svarīgi, ka metabolītu pārvēršanai TCA vairākos posmos ir nepieciešams NAD + un FAD, kuru daudzums ir pietiekams tikai zema enerģijas lādiņa apstākļos.

2. 2-oksoglutarāta dehidrogenāzes (α-ketoglutarāta dehidrogenāzes) kompleksa aktivitāte tiek regulēta līdzīgi kā piruvāta dehidrogenāzes kompleksa regulēšana. . Šo kompleksu inhibē sukcinil-CoA un NADH (2-oksoglutarāta dehidrogenāzes kompleksa katalizēto transformāciju galaprodukti). Turklāt 2-oksoglutarāta dehidrogenāzes kompleksu inhibē lielais šūnas enerģijas lādiņš. Tātad, transformāciju ātrums TCA samazinās līdz ar pietiekamu ATP piegādi šūnai (11.2. att.). Vairākās baktērijās ATP allostēriski inhibē citrāta sintāzi, palielinot acetil-CoA KM.

Vispārējā katabolisma ceļa regulēšanas shēma parādīta 2. attēlā.

Rīsi. 2. Vispārējā katabolisma ceļa regulēšana. Galvenās molekulas, kas regulē TCA darbību, ir ATP un NADH. Galvenie regulēšanas punkti ir izocitrāta dehidrogenāzes un 2-oksoglutarāta dehidrogenāzes komplekss.

4.3. Vispārējā katabolisma ceļa enerģētiskā loma

Vispārējā katabolisma ceļā no 1 pirovīnskābes molekulas veidojas 3 CO 2 molekulas sekojošās reakcijās: pirovīnskābes oksidatīvās dekarboksilēšanas laikā, izocitrskābes dekarboksilēšanas laikā un 2-oksoglutārskābes dekarboksilēšanas laikā. Kopumā 1 pirovīnskābes molekulas oksidēšanas laikā tiek izņemti pieci ūdeņraža atomu pāri, no kuriem viens pāris ir no sukcināta un nonāk FAD, veidojoties FADH 2, un četri pāri - 4 NAD + molekulām ar. 4 NADH + H + molekulu veidošanās pirovīnskābes oksidatīvās dekarboksilēšanas laikā. , 2-oksoglutārskābes, izocitrāta un malāta dehidrogenēšana. Galu galā ūdeņraža atomi tiek pārnesti uz skābekli, veidojot 5 H 2 O molekulas, un atbrīvotā enerģija tiek uzkrāta oksidatīvās fosforilēšanas reakcijās ATP molekulu veidā.

Kopsumma:

1. Piruvāta ~ 2,5 ATP oksidatīvā dekarboksilēšana.

2. TCA un saistītajās elpošanas ķēdēs ~ 9 ATP.

3. CTK ~ 1 ATP substrāta fosforilēšanās reakcijā.

TCA un ar to saistītajās oksidatīvās fosforilēšanas reakcijās vienas acetil-CoA molekulas acetilgrupas oksidēšanās laikā veidojas aptuveni 10 ATP.

Kopumā vispārējā katabolisma ceļā 1 pirovīnskābes molekulas transformāciju rezultātā izdalās aptuveni 12,5 ATP molekulas.

Runāju par to, kas tas vispār ir, kāpēc vajadzīgs Krebsa cikls un kādu vietu tas ieņem vielmaiņā. Tagad pievērsīsimies šī cikla faktiskajām reakcijām.

Tūlīt izdarīšu atrunu — man personīgi reakciju iegaumēšana bija pilnīgi bezjēdzīgs uzdevums, līdz es atrisināju iepriekš minētos jautājumus. Bet, ja jūs jau esat izdomājis teoriju, iesaku pāriet uz praksi.

Jūs varat redzēt daudzus veidus, kā rakstīt Krebsa ciklu. Visizplatītākās iespējas ir šādas:

Bet man vispiemērotākais šķita veids, kā rakstīt reakcijas no vecās labās bioķīmijas mācību grāmatas no Berezova T.T. autoriem. un Korovkina B.V.

Pirmā reakcija

Mums jau pazīstamie acetil-CoA un oksaloacetāts apvienojas un pārvēršas citrātā, tas ir, citronskābe.

Otrā reakcija

Tagad mēs ņemam citronskābi un pārvēršam to izocitrskābe. Vēl viens šīs vielas nosaukums ir izocitrāts.

Faktiski šī reakcija ir nedaudz sarežģītāka, izmantojot starpposmu - cis-akonīnskābes veidošanos. Bet es nolēmu vienkāršot, lai jūs labāk atceraties. Ja nepieciešams, šeit varat pievienot trūkstošo soli, ja atceraties visu pārējo.

Faktiski abas funkcionālās grupas tika vienkārši apmainītas.

Trešā reakcija

Tātad, mēs saņēmām izocitrskābi. Tagad tas ir jādekarboksilē (tas ir, noņemiet COOH) un dehidrē (tas ir, noņemiet H). Iegūtā viela ir a-ketoglutarāts.

Šī reakcija ir ievērojama ar to, ka šeit veidojas NADH 2 komplekss. Tas nozīmē, ka NAD transportētājs uzņem ūdeņradi, lai sāktu elpošanas ķēdi.

Man patīk Berezova un Korovkina mācību grāmatā ietvertā versija par Krebsa cikla reakcijām tieši tāpēc, ka uzreiz ir skaidri redzami atomi un funkcionālās grupas, kas piedalās reakcijās.

ceturtā reakcija

Atkal, kā pulkstenis darbojas nikotīnsAmīdsAdenīnsDinukleotīds, tas ir VIRS. Šis krāšņais nesējs parādās šeit, tāpat kā pēdējā solī, lai uztvertu ūdeņradi un nogādātu to elpošanas ķēdē.

Starp citu, iegūtā viela - sukcinil-CoA, nevajadzētu tevi nobiedēt. Sukcināts ir vēl viens dzintarskābes nosaukums, kas jums ir labi zināms kopš bioorganiskās ķīmijas laikiem. Succinyl-Coa ir dzintarskābes savienojums ar koenzīmu-A. Mēs varam teikt, ka tas ir dzintarskābes esteris.

Piektā reakcija

Pēdējā posmā mēs teicām, ka sukcinil-CoA ir dzintarskābes esteris. Un tagad mēs tiksim paši dzintarskābe, t.i., sukcināts, no sukcinil-CoA. Ārkārtīgi svarīgs punkts: tieši šajā reakcijā substrāta fosforilēšana.

Fosforilēšana kopumā (tā var būt oksidatīva un substrāts) ir PO 3 fosfora grupas pievienošana GDP vai ATP, lai iegūtu pilnīgu GTP vai, attiecīgi, ATP. Substrāts atšķiras ar to, ka šī pati fosfora grupa ir atdalīta no jebkuras vielas, kas to satur. Vienkārši sakot, tas tiek pārsūtīts no SUBSTRATE uz HDF vai ADP. Tāpēc to sauc par "substrāta fosforilāciju".

Vēlreiz: substrāta fosforilēšanās sākuma brīdī mums ir difosfāta molekula - guanozīna difosfāts vai adenozīna difosfāts. Fosforilēšana sastāv no tā, ka molekula ar diviem fosforskābes atlikumiem - GDP vai ADP tiek “pabeigta” līdz molekulai ar trīs fosforskābes atlikumiem, lai iegūtu guanozīna TRIfosfātu vai adenozīna TRIfosfātu. Šis process notiek sukcinil-CoA pārvēršanas laikā par sukcinātu (tas ir, par dzintarskābi).

Diagrammā var redzēt burtus F (n). Tas nozīmē "neorganiskais fosfāts". Neorganiskais fosfāts pāriet no substrāta uz IKP, lai reakcijas produkti satur labu, augstas kvalitātes GTP. Tagad apskatīsim pašu reakciju:

sestā reakcija

nākamā transformācija. Šoreiz dzintarskābe, ko saņēmām iepriekšējā solī, pārvērtīsies par fumarātsņemiet vērā jauno dubultsaiti.

Diagramma skaidri parāda, kā notiek reakcija FAD: Šis nenogurstošais protonu un elektronu nesējs uzņem ūdeņradi un ievelk to tieši elpošanas ķēdē.

Septītā reakcija

Esam jau finiša taisnē. Krebsa cikla priekšpēdējais posms ir fumarāta pārvēršana par L-malātu. L-malāts ir cits nosaukums L-ābolskābe, pazīstams no bioorganiskās ķīmijas kursa.

Ja paskatās uz pašu reakciju, tad redzēsi, ka, pirmkārt, tā notiek abos virzienos, otrkārt, tās būtība ir hidratācija. Tas ir, fumarāts vienkārši piestiprina pie sevis ūdens molekulu, kā rezultātā veidojas L-ābolskābe.

Astotā reakcija

Pēdējā Krebsa cikla reakcija ir L-ābolskābes oksidēšanās par oksaloacetātu, tas ir, līdz skābeņetiķskābe. Kā jūs saprotat, "oksaloacetāts" un "oksaloetiķskābe" ir sinonīmi. Jūs droši vien atceraties, ka skābeņetiķskābe ir Krebsa cikla pirmās reakcijas sastāvdaļa.

Šeit mēs atzīmējam reakcijas īpatnības: NADH 2 veidošanās, kas nogādās elektronus uz elpošanas ķēdi. Neaizmirstiet arī reakcijas 3,4 un 6, kur veidojas arī elektronu un protonu nesēji elpošanas ķēdei.

Kā redzat, es īpaši sarkanā krāsā iezīmēju reakcijas, kuru laikā veidojas NADH un FADH2. Tās ir ļoti svarīgas vielas elpošanas ķēdei. Zaļā krāsā es iezīmēju reakciju, kurā notiek substrāta fosforilēšanās un tiek iegūts GTP.

Kā to visu atcerēties?

Patiesībā tas nav tik grūti. Kad esat pilnībā izlasījis manus divus rakstus, kā arī mācību grāmatu un lekcijas, jums vienkārši jāiemācās rakstīt šīs reakcijas. Iesaku atcerēties Krebsa ciklu 4 reakciju blokos. Uzrakstiet šīs 4 reakcijas vairākas reizes, katrai izvēloties asociāciju, kas atbilst jūsu atmiņai.

Piemēram, es uzreiz ļoti viegli atcerējos otro reakciju, kurā izocitrskābe veidojas no citronskābes (domāju, ka tā visiem ir pazīstama no bērnības).

Varat arī izmantot mnemoniskas piezīmes, piemēram: Vesels ananāss un suflē šķēle šodien patiesībā ir manas pusdienas, kas atbilst sērijai - citrāts, cis-akonīts, izocitrāts, alfa-ketoglutarāts, sukcinil-CoA, sukcināts, fumarāts, malāts, oksaloacetāts. Tādu ir vēl daudz.

Bet, godīgi sakot, man tādi dzejoļi gandrīz nekad nav patikuši. Manuprāt, vieglāk ir atcerēties pašu reakciju secību. Man ļoti palīdzēja Krebsa cikla sadalīšana divās daļās, no kurām katru trenējos rakstīt vairākas reizes stundā. Parasti tas notika pa pāriem, piemēram, psiholoģija vai bioētika. Tas ir ļoti ērti – nenovēršot uzmanību no lekcijas, varat burtiski pavadīt minūti, rakstot reakcijas, kā tās atceraties, un pēc tam pārbaudīt ar pareizo opciju.

Starp citu, dažās universitātēs bioķīmijas pārbaudēm un eksāmeniem skolotājiem nav vajadzīgas zināšanas par pašām reakcijām. Jums tikai jāzina, kas ir Krebsa cikls, kur tas notiek, kādas ir tā pazīmes un nozīme, un, protams, pati transformāciju ķēde. Tikai ķēdi var nosaukt bez formulām, izmantojot tikai vielu nosaukumus. Šādai pieejai, manuprāt, nav jēgas.

Es ceru, ka mans ceļvedis par trikarbonskābes ciklu jums ir palīdzējis. Un es gribu atgādināt, ka šie divi raksti pilnībā neaizstāj jūsu lekcijas un mācību grāmatas. Es tos uzrakstīju tikai tāpēc, lai jūs aptuveni saprastu, kas ir Krebsa cikls. Ja pēkšņi manā ceļvedī redzat kādu kļūdu, lūdzu, rakstiet par to komentāros. Paldies par jūsu uzmanību!

Trikarbonskābes ciklu 1937. gadā atklāja G. Krebs. Šajā sakarā viņš saņēma nosaukumu "Krebs cikls". Šis process ir galvenais metabolisma ceļš. Tas notiek organismu šūnās dažādos evolūcijas attīstības posmos (mikroorganismi, augi, dzīvnieki).

Trikarbonskābes cikla sākotnējais substrāts ir acetilkoenzīms A. Šis metabolīts ir etiķskābes aktīvā forma. Etiķskābe darbojas kā izplatīts starpprodukts gandrīz visu dzīvo organismu šūnās esošo organisko vielu sadalīšanās procesā. Tas ir tāpēc, ka organiskās molekulas ir oglekļa savienojumi, kas dabiski var sadalīties divu oglekļa etiķskābes fragmentos.

Brīvajai etiķskābei ir salīdzinoši vāja reaktivitāte. Tās pārvērtības notiek diezgan skarbos apstākļos, kas dzīvā šūnā ir nereāli. Tāpēc šūnās tiek aktivizēta etiķskābe, to savienojot ar koenzīmu A. Rezultātā veidojas metaboliski aktīva etiķskābes forma – acetilkoenzīms A.

Koenzīms A ir mazmolekulārs savienojums, kas sastāv no fosfoadenozīna, pantotēnskābes atlikuma (B3 vitamīna) un tioetanolamīna. Etiķskābes atlikumu pievieno tioetanolamīna sulfhidrilgrupai. Šajā gadījumā veidojas tioesteris - acetilkoenzīms A, kas ir Krebsa cikla sākotnējais substrāts.

Acetilkoenzīms A

Starpproduktu transformācijas shēma Krebsa ciklā parādīta att. 67. Process sākas ar acetilkoenzīma A kondensāciju ar oksaloacetātu (oksaloetiķskābi, PAA), kā rezultātā veidojas citronskābe (citrāts). Reakciju katalizē enzīms citrāta sintāze.

67. attēls - Starpproduktu pārveidošanas shēma ciklā

trikarbonskābes

Turklāt enzīma akonitāzes ietekmē citronskābe tiek pārveidota par izocitrskābi. Izocitrskābe tiek pakļauta oksidācijas un dekarboksilēšanas procesiem. Šajā reakcijā, ko katalizē enzīms NAD atkarīgā izocitrāta dehidrogenāze, kā produkti veidojas ar NAD reducēts oglekļa dioksīds un α-ketoglutārskābe, kas pēc tam tiek iesaistīta oksidatīvās dekarboksilēšanas procesā (68. att.).

68. attēls - a-ketoglutārskābes veidošanās Krebsa ciklā

α-ketoglutarāta oksidatīvās dekarboksilēšanas procesu katalizē α-ketoglutarāta dehidrogenāzes daudzenzīmu kompleksa enzīmi. Šo kompleksu veido trīs dažādi enzīmi, un tā darbībai nepieciešami koenzīmi. A-keto-glutarāta dehidrogenāzes kompleksa koenzīmi ietver šādus ūdenī šķīstošos vitamīnus:

B 1 vitamīns (tiamīns) - tiamīna pirofosfāts;

B 2 vitamīns (riboflavīns) - FAD;

B 3 vitamīns (pantotēnskābe) - koenzīms A;

B 5 vitamīns (nikotīnamīds) - OVER;

vitamīniem līdzīga viela - liposkābe.

Shematiski a-keto-glutārskābes oksidatīvās dekarboksilēšanas procesu var attēlot kā šādu līdzsvara reakcijas vienādojumu:

Šī procesa produkts ir dzintarskābes atlikuma (sukcināta) tioesteris ar koenzīmu A - sukcinil-koenzīms A. Sukcinil-koenzīma A tioētera saite ir makroerģiska.

Nākamā Krebsa cikla reakcija ir substrāta fosforilēšanās process. Tajā notiek sukcinil-koenzīma A tioētera saites hidrolīze enzīma sukcinil-CoA sintetāzes ietekmē, veidojot dzintarskābi (sukcinātu) un brīvu koenzīmu A. Šo procesu pavada enerģijas izdalīšanās, kas ir nekavējoties izmanto IKP fosforilēšanai, kā rezultātā veidojas makroerģiska molekula GTP fosfāts. Substrāta fosforilēšana Krebsa ciklā:

kur F n ir ortofosforskābe.

Oksidatīvās fosforilēšanas laikā izveidoto GTP var izmantot kā enerģijas avotu dažādās no enerģijas atkarīgās reakcijās (olbaltumvielu biosintēzes procesā, taukskābju aktivācijā u.c.). Turklāt GTP var izmantot, lai veidotu ATP nukleozīdu difosfātkināzes reakcijā.

Sukcinil-CoA sintetāzes reakcijas produkts sukcināts tiek tālāk oksidēts, piedaloties enzīmam sukcināta dehidrogenāzei. Šis enzīms ir flavīna dehidrogenāze, kas satur FAD molekulu kā koenzīmu (protētisku grupu). Reakcijas rezultātā dzintarskābe tiek oksidēta par fumārskābi. Tajā pašā laikā tiek atjaunots FAD.

kur E ir FAD, protēžu grupa, kas saistīta ar fermenta polipeptīdu ķēdi.

Fumārskābe, kas veidojas sukcināta dehidrogenāzes reakcijā, fumarāzes enzīma iedarbībā (69. att.), piesaista ūdens molekulu un pārvēršas ābolskābē, kas pēc tam malāta dehidrogenāzes reakcijā tiek oksidēta par oksaloetiķskābi (oksaloacetātu). Pēdējo atkal var izmantot citrāta sintāzes reakcijā citronskābes sintēzei (67. att.). Sakarā ar to Krebsa cikla transformācijas ir cikliskas.

69. attēls. Ābolskābes metabolisms Krebsa ciklā

Krebsa cikla līdzsvara vienādojumu var attēlot šādi:

No tā var redzēt, ka ciklā acetilkoenzīma A atlikuma acetilradikālis pilnībā oksidējas līdz divām CO 2 molekulām. Šo procesu pavada trīs reducēta NAD molekulas, viena reducēta FAD molekula un viena augstas enerģijas fosfāta molekula - GTP - veidošanās.

Krebsa cikls notiek mitohondriju matricā. Tas ir saistīts ar faktu, ka tieši šeit atrodas lielākā daļa tā fermentu. Un tikai viens enzīms - sukcināta dehidrogenāze - ir iebūvēts iekšējā mitohondriju membrānā. Atsevišķi trikarbonskābes cikla fermenti tiek apvienoti funkcionālā polienzīmu kompleksā (metabolonā), kas saistīts ar iekšējās mitohondriju membrānas iekšējo virsmu. Pateicoties enzīmu saistībai metabolonā, ievērojami palielinās šī vielmaiņas ceļa darbības efektivitāte un parādās papildu iespējas tā smalkajai regulēšanai.

Trikarbonskābju cikla regulēšanas iezīmes lielā mērā nosaka tā vērtība. Šis process veic šādas funkcijas:

1) enerģiju. Krebsa cikls ir visspēcīgākais substrātu (samazinātu koenzīmu – NAD un FAD) avots audu elpošanai. Turklāt tas uzglabā enerģiju augstas enerģijas fosfāta veidā - GTP;

2) plastmasas. Krebsa cikla starpprodukti ir dažādu klašu organisko vielu - aminoskābju, monosaharīdu, taukskābju u.c. sintēzes prekursori.

Tādējādi Krebsa cikls pilda duālu funkciju: no vienas puses, tas ir kopīgs katabolisma ceļš, kam ir centrālā loma šūnas energoapgādē, un, no otras puses, nodrošina biosintēzes procesus ar substrātiem. Šādus vielmaiņas procesus sauc par amfiboliem. Krebsa cikls ir tipisks amfiboliskais cikls.

Metabolisma procesu regulēšana šūnā ir cieši saistīta ar "atslēgu" enzīmu esamību. Galvenais ir tie procesa fermenti, kas nosaka tā ātrumu. Kā likums, viens no procesa "galvenajiem" fermentiem ir enzīms, kas katalizē tā sākotnējo reakciju.

“Galvenajiem” enzīmiem ir raksturīgas šādas pazīmes. Šie fermenti

Katalizējiet neatgriezeniskas reakcijas

ir vismazākā aktivitāte salīdzinājumā ar citiem procesā iesaistītajiem fermentiem;

Tie ir allosteriskie enzīmi.

Krebsa cikla galvenie enzīmi ir citrāta sintāze un izocitrāta dehidrogenāze. Tāpat kā citu vielmaiņas ceļu galvenos enzīmus, to darbību regulē negatīvās atgriezeniskās saites princips: tā samazinās, palielinoties Krebsa cikla starpproduktu koncentrācijai mitohondrijās. Tādējādi citronskābe un sukcinil-koenzīms A darbojas kā citrāta sintāzes inhibitori, un reducēts NAD darbojas kā izocitrāta dehidrogenāzes inhibitori.

ADP ir izocitrāta dehidrogenāzes aktivators. Apstākļos, kad palielinās šūnu nepieciešamība pēc ATP kā enerģijas avota, kad tajā palielinās sabrukšanas produktu (ADP) saturs, rodas priekšnosacījumi, lai palielinātu redokstransformāciju ātrumu Krebsa ciklā un līdz ar to paaugstinātu ATP līmeni. tās energoapgādi.

trikarbonskābes cikls

CIRKOKSĀBES CIKLS - citronskābes cikls jeb Krebsa cikls - di- un trikarbonskābju oksidatīvo transformāciju ceļš, kas veidojas kā starpprodukti olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu sadalīšanās un sintēzes laikā, plaši pārstāvēts organismos. dzīvnieki, augi un mikrobi. Atklāja H. Krebs un V. Džonsons (1937). Šis cikls ir vielmaiņas pamatā un veic divas svarīgas funkcijas – apgādā organismu ar enerģiju un integrē visas galvenās vielmaiņas plūsmas, gan kataboliskās (biodegradācija), gan anaboliskās (biosintēze).

Krebsa cikls sastāv no 8 posmiem (diagrammā starpprodukti ir izcelti divos posmos), kuru laikā notiek:

1) pilnīga acetilatlikuma oksidēšana līdz divām CO2 molekulām,

2) veidojas trīs reducētā nikotīnamīda adenīna dinukleotīda (NADH) un viena reducētā flavīna adenīna dinukleotīda (FADH2) molekulas, kas ir galvenais ciklā saražotās enerģijas avots un

3) tā sauktās substrāta oksidācijas rezultātā veidojas viena guanozīna trifosfāta (GTP) molekula.

Kopumā ceļš ir enerģētiski labvēlīgs (DG0 "= -14,8 kcal.)

Krebsa cikls, kas lokalizēts mitohondrijās, sākas ar citronskābi (citrātu) un beidzas ar oksaloetiķskābes (oksaloacetāts - OA) veidošanos. Cikla substrātos ietilpst trikarbonskābes - citronskābe, cis-akonītskābe, izocitrskābe, oksalosukcīns (oksalosukcināts) un dikarboksilskābes - 2-ketoglutārskābe (KG), dzintarskābe, fumārskābe, ābolskābe (malāts) un oksaloetiķskābe. Krebsa cikla substrātos jāiekļauj arī etiķskābe, kas aktīvā formā (t.i., acetilkoenzīma A, acetil-SCoA veidā) piedalās kondensācijā ar oksaloetiķskābi, izraisot citronskābes veidošanos. Tas ir acetil atlikums, kas nonāk citronskābes struktūrā, kas tiek oksidēts un tiek oksidēts; oglekļa atomi tiek oksidēti līdz CO2, ūdeņraža atomus daļēji pieņem dehidrogenāžu koenzīmi, daļēji protonētā veidā tie nonāk šķīdumā, tas ir, vidē.

Kā izejas savienojums acetil-CoA veidošanai parasti tiek norādīta pirovīnskābe (piruvāts), kas veidojas glikolīzes laikā un ieņem vienu no centrālajām vietām šķērsojošos vielmaiņas ceļos. Sarežģītas struktūras enzīma - piruvāta dehidrogenāzes (EC1.2.4.1 - PDGas) ietekmē piruvāts tiek oksidēts, veidojot CO2 (pirmā dekarboksilēšana), tiek reducēts acetil-CoA un NAD (sk. diagrammu). Tomēr piruvāta oksidēšana nebūt nav vienīgais veids, kā veidot acetil-CoA, kas ir arī raksturīgs taukskābju oksidācijas (enzīms tiolāze vai taukskābju sintetāze) un citu ogļhidrātu un aminoskābju sadalīšanās reakciju produkts. Visi Krebsa cikla reakcijās iesaistītie fermenti ir lokalizēti mitohondrijās, un lielākā daļa no tiem ir šķīstoši, un sukcināta dehidrogenāze (EC1.3.99.1) ir cieši saistīta ar membrānas struktūrām.

Citronskābes veidošanās, ar kuras sintēzi sākas pats cikls, ar citrāta sintāzes (EC4.1.3.7 - shēmā kondensējošais enzīms) palīdzību ir endergoniska reakcija (ar enerģijas absorbciju), un tās realizācija. ir iespējams, pateicoties acetilatlikuma ar KoA [CH3CO~SKoA] enerģētiski bagātajai saitei. Tas ir galvenais visa cikla regulēšanas posms. Tam seko citronskābes izomerizācija izocitrskābē caur cis-akonīnskābes veidošanās starpposmu (enzīmam akonitāzei KF4.2.1.3 ir absolūta stereospecifitāte - jutība pret ūdeņraža atrašanās vietu). Izocitrskābes tālākas konversijas produkts atbilstošās dehidrogenāzes (isocitrāta dehidrogenāzes EC1.1.1.41) ietekmē acīmredzot ir oksalosucinskābe, kuras dekarboksilēšana (otrā CO2 molekula) noved pie CH. Arī šis posms ir ļoti regulēts. Pēc vairākām īpašībām (liela molekulmasa, sarežģīta daudzkomponentu struktūra, pakāpeniskas reakcijas, daļēji vienādi koenzīmi utt.) CH dehidrogenāze (EC1.2.4.2) atgādina PDG. Reakcijas produkti ir CO2 (trešā dekarboksilēšana), H+ un sukcinil-CoA. Šajā posmā tiek aktivizēta sukcinil-CoA sintetāze, ko citādi sauc par sukcinatetiokināzi (EC6.2.1.4), kas katalizē brīvā sukcināta veidošanās atgriezenisko reakciju: Succinyl-CoA + Phneorg + GDP = Succinate + KoA + GTP. Šīs reakcijas laikā tiek veikta tā sauktā substrāta fosforilēšana, t.i. ar enerģiju bagāta guanozīna trifosfāta (GTP) veidošanās guanozīna difosfāta (IKP) un minerālfosfāta (Pneorg) dēļ, izmantojot sukcinil-CoA enerģiju. Pēc sukcināta veidošanās iedarbojas sukcināta dehidrogenāze (EC1.3.99.1), flavoproteīns, kas noved pie fumārskābes. FAD ir saistīts ar enzīma proteīna daļu un ir metaboliski aktīvā riboflavīna (B2 vitamīna) forma. Šim fermentam ir raksturīga arī absolūta ūdeņraža eliminācijas stereospecifitāte. Fumarāze (EC4.2.1.2) nodrošina līdzsvaru starp fumārskābi un ābolskābi (arī stereospecifisku), un ābolskābes dehidrogenāze (malāta dehidrogenāze EC1.1.1.37, kurai nepieciešams NAD + koenzīms, ir arī stereospecifiska) noved pie pabeigšanas. Krebsa cikla, tas ir, skābeņetiķskābes veidošanās. Pēc tam tiek atkārtota oksaloetiķskābes kondensācijas reakcija ar acetil-CoA, kā rezultātā veidojas citronskābe, un cikls tiek atsākts.

Sukcināta dehidrogenāze ir daļa no sarežģītāka sukcināta dehidrogenāzes kompleksa (II komplekss) elpošanas ķēdē, piegādājot reducējošus ekvivalentus (NAD-H2), kas veidojas reakcijas laikā uz elpošanas ķēdi.

Izmantojot PDGāzes piemēru, var iepazīties ar metabolisma aktivitātes kaskādes regulēšanas principu attiecīgā enzīma fosforilācijas-defosforilēšanas rezultātā ar speciālu PDGāzes kināzi un fosfatāzi. Abi tie ir savienoti ar PDGase.

trikarbonskābes cikls

Tiek pieņemts, ka atsevišķu enzīmu reakciju katalīze tiek veikta kā daļa no supramolekulāra "superkompleksa", tā sauktā "metabolona". Šādas enzīmu organizācijas priekšrocības ir tādas, ka nenotiek kofaktoru (koenzīmu un metāla jonu) un substrātu difūzija, un tas veicina efektīvāku ciklu.

Aplūkojamo procesu energoefektivitāte ir zema, tomēr 3 moli NADH un 1 mols FADH2, kas veidojas piruvāta oksidēšanās un sekojošajās Krebsa cikla reakcijās, ir nozīmīgi oksidatīvo transformāciju produkti. To tālāko oksidēšanu veic elpošanas ķēdes enzīmi arī mitohondrijās un ir saistīta ar fosforilēšanos, t.i. ATP veidošanās minerālfosfāta esterifikācijas (fosfororganisko esteru veidošanās) dēļ. Glikolīze, PDGāzes fermentatīvā darbība un Krebsa cikls – kopā 19 reakcijas – nosaka vienas glikozes molekulas pilnīgu oksidēšanos līdz 6 CO2 molekulām, veidojoties 38 ATP molekulām – šī šūnas apmaiņas “enerģijas valūta”. NADH un FADH2 oksidēšanās process ar elpošanas ķēdes enzīmiem ir enerģētiski ļoti efektīvs, notiek, izmantojot atmosfēras skābekli, noved pie ūdens veidošanās un kalpo kā galvenais šūnu enerģijas resursu avots (vairāk nekā 90%). Tomēr Krebsa cikla fermenti nav iesaistīti tā tiešā īstenošanā. Katrā cilvēka šūnā ir no 100 līdz 1000 mitohondriju, kas nodrošina dzīvības enerģiju.

Krebsa cikla integrējošā funkcija vielmaiņā ir balstīta uz faktu, ka ogļhidrātus, taukus un aminoskābes no olbaltumvielām galu galā var pārvērst šī cikla starpproduktos (starpprodukta savienojumos) vai sintezēt no tiem. Starpproduktu izņemšana no cikla anabolisma laikā ir jāapvieno ar cikla kataboliskās aktivitātes turpināšanu pastāvīgai ATP veidošanai, kas nepieciešama biosintēzei. Tādējādi cilpai vienlaikus jāveic divas funkcijas. Šajā gadījumā starpproduktu (īpaši OA) koncentrācija var samazināties, kas var izraisīt bīstamu enerģijas ražošanas samazināšanos. Lai novērstu, tiek izmantoti "drošības vārsti", ko sauc par anaplerotiskām reakcijām (no grieķu valodas "uzpildīt"). Vissvarīgākā reakcija ir OA sintēze no piruvāta, ko veic piruvāta karboksilāze (EC6.4.1.1), kas arī lokalizēta mitohondrijās. Rezultātā tiek uzkrāts liels daudzums OA, kas nodrošina citrāta un citu starpproduktu sintēzi, kas ļauj normāli funkcionēt Krebsa ciklam un vienlaikus nodrošina starpproduktu izdalīšanos citoplazmā turpmākai biosintēzei. Tādējādi Krebsa cikla līmenī notiek efektīvi koordinēta anabolisma un katabolisma procesu integrācija daudzu un smalku regulējošo mehānismu, tostarp hormonālo, ietekmē.

Anaerobos apstākļos Krebsa cikla vietā funkcionē tā oksidatīvā atzars līdz KG (1., 2., 3. reakcijas) un reducēšanas atzars no OA līdz sukcinātam (reakcijas 8®7®6). Tajā pašā laikā netiek uzkrāts daudz enerģijas, un cikls nodrošina tikai starpproduktus šūnu sintēzei.

Ķermenim pārejot no atpūtas uz aktivitāti, rodas nepieciešamība mobilizēt enerģiju un vielmaiņas procesus. Tas jo īpaši tiek panākts dzīvniekiem, manevrējot vislēnākās reakcijas (1–3) un dodot priekšroku sukcināta oksidēšanai. Šajā gadījumā CG, saīsinātā Krebsa cikla sākotnējais substrāts, veidojas ātras transaminācijas reakcijā (amīna grupas pārnešana)

Glutamāts + OA = KG + aspartāts

Vēl viena Krebsa cikla modifikācija (tā sauktais 4-aminobutirāta šunts) ir CG pārvēršana sukcinātā, izmantojot glutamātu, 4-aminobutirātu un dzintarskābes semialdehīdu (3-formilpropionskābi). Šī modifikācija ir svarīga smadzeņu audos, kur aptuveni 10% glikozes tiek sadalīti pa šo ceļu.

Krebsa cikla ciešā saistība ar elpošanas ķēdi, īpaši dzīvnieku mitohondrijās, kā arī vairuma cikla enzīmu inhibīcija ATP iedarbībā, iepriekš nosaka cikla aktivitātes samazināšanos pie augsta šūnas fosforilpotenciāla, t.i. ar augstu ATP/ADP koncentrācijas attiecību. Lielākajā daļā augu, baktēriju un daudzu sēņu ciešo savienojumu novērš nekonjugētu alternatīvu oksidācijas ceļu attīstība, kas ļauj uzturēt augstā līmenī gan elpošanas, gan cikla aktivitāti pat pie augsta fosforila potenciāla.

Igors Rapanovičs

trikarbonskābes cikls

iepriekšējā

← 1 2 3 nākamais

Literatūra

Strayer L. Bioķīmija. Per. no angļu valodas. M., Mir, 1985

Bohinskis R. Mūsdienu uzskati bioķīmijā. Tulkots no angļu valodas, M., Mir, 1987

Knorre DG, Myzina S.D. Bioloģiskā ķīmija. M., Augstskola, 2003

Kolmans J., Rems K.-G. Vizuālā bioķīmija. M., Mir, 2004

Īsa vēsturiska informācija

Mūsu mīļākais cikls ir CTC jeb trikarbonskābju cikls - dzīvība uz Zemes un zem Zemes un Zemē... Apstājies, bet kopumā tas ir pats pārsteidzošākais mehānisms - tas ir universāls, tas notiek, oksidējot sabrukšanu. ogļhidrātu, tauku, olbaltumvielu produkti dzīvo organismu šūnās, kā rezultātā mēs iegūstam enerģiju sava organisma darbībai.

Šo procesu atklāja pats Hanss Krebs, par ko viņš saņēma Nobela prēmiju!

Viņš dzimis 25. - 1900. gada augustā Vācijas pilsētā Hildesheimā. Ieguvis medicīnisko izglītību Hamburgas Universitātē, turpinājis bioķīmiskos pētījumus Otto Varburga vadībā Berlīnē.

1930. gadā kopā ar studentu atklāja amonjaka neitralizācijas procesu organismā, kas bija daudziem dzīvās pasaules pārstāvjiem, arī cilvēkiem. Šis cikls ir urīnvielas cikls, kas pazīstams arī kā Krebsa cikls #1.

Kad Hitlers nāca pie varas, Hanss emigrēja uz Lielbritāniju, kur turpina studēt zinātni Kembridžas un Šefīldas universitātēs. Attīstot ungāru bioķīmiķa Alberta Szent-Györgyi pētījumus, viņš gūst ieskatu un uztaisa slavenāko Krebsa ciklu Nr.2 jeb, citiem vārdiem sakot, "Sent-Györgyi-Krebs ciklu" – 1937.g.

Pētījuma rezultāti tiek nosūtīti žurnālam "Nature", kas atsakās publicēt rakstu. Tad teksts aizlido uz žurnālu "Enzymologia" Holandē. Krebss saņem 1953. gada Nobela prēmiju fizioloģijā vai medicīnā.

Atklājums bija pārsteidzošs: 1935. gadā Szent-Györgyi atklāja, ka dzintarskābe, skābeņetiķskābe, fumārskābe un ābolskābe (visas 4 skābes ir dabiskas dzīvnieku šūnu ķīmiskās sastāvdaļas) uzlabo oksidācijas procesu baloža krūšu muskuļos. Kas ir sasmalcināts.

Tieši tajā vielmaiņas procesi notiek ar vislielāko ātrumu.

F. Knops un K. Martius 1937. gadā atklāja, ka citronskābe tiek pārveidota par izocitrskābi caur starpproduktu, cis – akonītskābi. Turklāt izocitrskābi var pārvērst par α-ketoglutārskābi un šo skābi par dzintarskābi.

Krebs pamanīja skābju ietekmi uz O2 uzsūkšanos baloža krūšu muskulī un atklāja to aktivizējošo ietekmi uz PVC oksidēšanos un acetilkoenzīma A veidošanos. Turklāt procesus muskuļos kavēja malonskābe. , kas ir līdzīga dzintarskābei un var konkurētspējīgi inhibēt fermentus, kuru substrāts ir dzintarskābe.

Kad Krebs reakcijas vidē pievienoja malonskābi, sākās a-ketoglutārskābes, citronskābes un dzintarskābes uzkrāšanās. Tādējādi ir skaidrs, ka a-ketoglutārskābes, citronskābes kopīga darbība izraisa dzintarskābes veidošanos.

Hanss pētīja vairāk nekā 20 vielas, taču tās neietekmēja oksidēšanos. Salīdzinot iegūtos datus, Krebs saņēma ciklu. Pašā sākumā pētnieks nevarēja precīzi pateikt, vai process sākas ar citronskābi vai izocitrskābi, tāpēc viņš to nosauca par "trikarbonskābes ciklu".

Tagad mēs zinām, ka pirmā ir citronskābe, tāpēc pareizais ir citrāta cikls vai citronskābes cikls.

Eikariotos TCA reakcijas notiek mitohondrijās, savukārt visi katalīzes enzīmi, izņemot 1, atrodas brīvā stāvoklī mitohondriju matricā, izņemot sukcināta dehidrogenāzi, kas atrodas uz iekšējās mitohondriju membrānas un ir iekļauta lipīdu divslānis. Prokariotos cikla reakcijas notiek citoplazmā.

Tiekamies ar cikla dalībniekiem:

2) PIE — oksaloacetāts — skābeņ-etiķskābe:
jo tas sastāv no divām daļām: skābeņskābes un etiķskābes.

3-4) Citronskābe un izocitrskābe:

5) a-ketoglutārskābe:

6) Sukcinil-koenzīms A:

7) dzintarskābe:

8) fumārskābe:

9) Ābolskābe:

Kā notiek reakcijas? Kopumā mēs visi esam pieraduši pie gredzena izskata, kas redzams zemāk attēlā. Tālāk viss ir norādīts pa posmiem:

1. Acetil-koenzīma A un oksāla etiķskābes ➙ citronskābes kondensācija.

Acetil-koenzīma A transformācija rodas kondensācijā ar oksaloetiķskābi, kā rezultātā veidojas citronskābe.

Reakcijai nav nepieciešams ATP patēriņš, jo enerģija šim procesam tiek nodrošināta tioētera saites hidrolīzes rezultātā ar acetilkoenzīmu A, kas ir makroerģisks:

2. Citronskābe caur cis-akonīnskābi nonāk izocitrskābē.

Citronskābe tiek izomerizēta par izocitrskābi. Pārvēršanas enzīms - akonitāze - vispirms dehidrē citronskābi, veidojot cis-akonītskābi, pēc tam savieno ūdeni ar metabolīta dubultsaiti, veidojot izocitrskābi:

3. Izolicitronskābe tiek dehidrogenēta, veidojot a-ketoglutārskābi un CO2.

Izolicitronskābi oksidē specifiska dehidrogenāze, kuras koenzīms ir NAD.

Vienlaikus ar oksidēšanu izocitrskābe tiek dekarboksilēta. Pārvērtību rezultātā veidojas α-ketoglutārskābe.

4. Alfa-ketoglutārskābe ir dehidrēta ➙ sukcinil-koenzīms A un CO2.

Nākamais solis ir α-ketoglutārskābes oksidatīvā dekarboksilēšana.

To katalizē α-ketoglutarāta dehidrogenāzes komplekss, kas pēc mehānisma, struktūras un darbības ir līdzīgs piruvāta dehidrogenāzes kompleksam. Rezultātā veidojas sukcinil-CoA.

5. Sukcinil-koenzīms A ➙ dzintarskābe.

Sukcinil-CoA tiek hidrolizēts līdz brīvai dzintarskābei, atbrīvotā enerģija tiek uzkrāta, veidojot guanozīna trifosfātu. Šis posms ir vienīgais ciklā, kurā enerģija tiek tieši atbrīvota.

6. Dzintarskābe ir dehidrēta ➙ fumārskābe.

Dzintarskābes dehidrogenēšanu paātrina sukcinātdehidrogenāze, tās koenzīms ir FAD.

7. Fumāra hidratēts ➙ ābolskābe.

Fumārskābe, kas veidojas dzintarskābes dehidrogenēšanas laikā, tiek hidratēta un veidojas ābolskābe.

8. Ābolskābe ir dehidrogenēta ➙ Skābeņskābe - cikls ir slēgts.

Pēdējais process ir ābolskābes dehidrogenēšana, ko katalizē malāta dehidrogenāze;

Posma rezultāts ir metabolīts, no kura sākas trikarbonskābju cikls - skābeņetiķskābe.

Nākamā cikla 1 reakcijā iekļūs vēl viens ml acetilkoenzīma A.

Kā atcerēties šo ciklu? Tikai!

2) Vēl viens garš dzejolis:

Līdaka ēda acetātu, izrādās citrāts,
Caur cisakonītu tas būs izocitrāts.
Atmetot ūdeņradi, tas zaudē CO2,
Alfa-ketoglutarāts par to ļoti priecājas.
Tuvojas oksidēšanās - NAD ir nozadzis ūdeņradi,
TDP, koenzīms A ņem CO2.
Un enerģija tik tikko parādījās sukcinilā,
Tūlīt piedzima ATP un palika sukcināts.
Tātad viņš nokļuva FAD — viņam vajag ūdeņradi,
Fumarāts dzēra ūdeni un pārvērtās malātā.
Tad OVER nonāca malātā, ieguva ūdeņradi,
LĪDAKA atkal parādījās un klusi paslēpās.

3) Sākotnējais dzejolis ir īsāks:

LĪDAKAS ACETILLIMONILS,
Bet Narciss Horse baidījās
Viņš ir virs viņa ISOLIMONO
ALFA - KETOGLUTARĀLS.
SUCCINĒTS AR KOENZĪMU,
DZINTARS FUMAROVO,
ĀBOLI noliktavā ziemai,
Atkal pārvērtās par LĪDAKU.