цикл кребса. Цикл Кребса или как запомнить золотое кольцо биохимии
 Скачать 1.39 Mb.
|
|
Цикл Кребса или как запомнить «золотое кольцо» биохимии Наш любимый цикл – ЦТК, или Цикл трикарбоновых кислот – жизнь на Земле и под Землей и в Земле… Стоп, а вообще это самый удивительный механизм – он универсален, является путем окисления продуктов распада углеводов, жиров, белков в клетках живых организмов, в результате получаем энергию для деятельности нашего тела. Открыл этот процесс собственно Кребс Ганс, за что и получил Нобелевскую премию! Родился он в августе 25 - 1900 года в Германии город Хильдесхайм. Получил медицинское образование Гамбургского университета, продолжил биохимические исследования под руководством Отто Вaрбурга в Берлине. В 1930 открыл вместе со студентом своим процесс обезвреживания аммиака в организме, который был у многих представителей живого мира, в том числе и человека. Этот цикл – цикл образования мочевины, который также известен под именем цикла Кребса №1. Когда к власти пришел Гитлер, Ганс эмигрировал в Великобританию, где продолжает заниматься наукой в Кембриджском и Шеффилдском университетах. Развивая исследования биохимика из Венгрии Альберта Сент-Дьёрди, получает озарение и делает самый знаменитый цикл Кребса № 2, или по-другому "цикл Сент-Дьёрди – Кребса" - 1937. Результаты исследований посылаются в журнал "Nature", который отказывает в напечатании статьи. Тогда текст перелетает в журнал "Enzymologia" в Голландии. Кребс получает Нобелевскую премию в 1953 по физиологии и медицине. Открытие было удивительным: в 1935 Сент-Дьёрди находит, что янтарная, оксалоуксусная, фумаровая и яблочная кислоты (все 4 кислоты - естественные химические компоненты клеток животных) усиливают процесс окисления в грудной мышце голубя. Которая была измельчена. Именно в ней процессы метаболические идут с наибольшей скоростью. Ф. Кнооп и К.Мартиус в 1937 году находят, что лимонная кислота превращается в изолимонную через продукт промежуточный, цис – аконитовую кислоту. Кроме того изолимонная кислота могла превращаться в а-кетоглутаровую, а та – в янтарную. Кребс заметил действие кислот на поглощение О2 грудной мышцей голубя и выявил из активирующее действие на окисление ПВК и образование Ацетил-Коэнзима А. Кроме того процессы в мышце угнетались малоновой кислотой, которая похожа на янтарную и могла конкурентно ингибировать ферменты, у которых субстрат – янтарная кислота. Когда Кребс добавлял малоновую кислоту к среде реакции, то начиналось накопление а-кетоглутаровой, лимонной и янтарной кислот. Таким образом понятно, что действие совместное а-кетоглутаровой, лимонной кислот приводит к образованию янтарной. Ганс исследовал еще более 20 веществ, но они не влияли на окисление. Сопоставив полученные данные, Кребс получил цикл. В самом начале исследователь не мог точно сказать начинается процесс с лимонно или изолимонной кислоты, поэтому назвал "цикл трикарбоновых кислот". Сейчас мы знаем, что первой является лимонная кислота, поэтому правильно - цитратный цикл или цикл лимонной кислоты. У эукариот реакции ЦТК протекают в митохондриях, при этом все ферменты для катализа, кроме 1, содержатся в свободном состоянии в матриксе митохондрии, исключение - сукцинатдегидрогеназа - локализуется на внутренней мембране митохондрии, встраивается в липидный бислой. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме. Познакомимся с участниками цикла: 1) Ацетил-Коэнзим А: - ацетильная группа - Acetyl group - коэнзим А - Coenzyme A:  2) ЩУК – Оксалоацетат - Щавелево-Уксусная кислота: как бы состоит из двух частей: щавелевая и уксусная кислота.  3-4) Лимонная и Изолимонная кислоты:  5) а-Кетоглутаровая кислота:  6) Сукцинил-Коэнзим А:  7) Янтарная кислота:  8) Фумаровая кислота:  9) Яблочная кислота:  Как же происходят реакции? В целом мы все привыкли к виду кольца, что и представлено снизу на картинке. Еще ниже все расписано по этапам:  1. Конденсация Ацетил-Коэнзима А и Щавелево-Уксусной кислоты ➙ лимонная кислота. Превращение Ацетил-Коэнзима А берут начало с конденсации со Щавелево-Уксусной кислотой, в результате образуется лимонная кислота. Реакция не требует расхода АТФ, так как энергия для этого процесса обеспечивается в результате гидролиза тиоэфирной связи с Ацетил-Коэнзимом А, которая является макроэргической:  2. Лимонная кислота через цис-аконитовую переходит в изолимонную. Происходит изомеризация лимонной кислоты в изолимонную. Фермент превращения - аконитаза - дегидратирует вначале лимонную кислоту с образованием цис-аконитовой кислоты, потом соединяет воду к двойной связи метаболита, образуя изолимонную кислоту:  3. Изолимонная дегидрируется с образованием а-кетоглутаровой и СО2. Изолимонная кислота окисляется специфической дегидрогеназой, кофермент которой - НАД. Одновременно с окислением идет декарбоксилирование изолимонной кислоты. В результате превращений образуется α-кетоглутаровая кислота.  4. Альфа-кетоглутаровая кислота дегидрируется ➙ сукцинил-коэнзим А и СО2. Следующая стадия - окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты. Катализируется α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом, который аналогичен по механизму, структуре и действию пируватдегидрогеназному комплексу. В результате образуется сукцинил-КоА.  5. Сукцинил-коэнзим А ➙ янтарная кислота. Сукцинил-КоА гидролизуется до свободной янтарной кислоты, выделяющаяся энергия сохраняется путем образования гуанозинтрифосфата. Эта стадия - единственная в цикле, прикоторой прямо выделится энергия.  6. Янтарная кислота дегидрируется ➙ фумаровая. Дегидрирование янтарной кислоты ускоряется сукцинатдегидрогеназой, коферментом ее является ФАД.  7. Фумаровая гидратируется ➙ яблочная. Фумаровая кислота, которая образуется при дегидрировании янтарной кислоты, гидратируется и образуется яблочная.  8. Яблочная кислота дегидрируется ➙ Щавелево-Уксусная - цикл замыкается. Заключительный процесс - дегидрирование яблочной кислоты, катализируемое малатдегидрогеназой; Результат стадии - метаболит, с которого начинается цикл трикарбоновых кислот - Щавелево-Уксусная кислота.  В 1 реакцию следующего цикла вступит другая м-ла Ацетил-Коэнзима А. Как запомнить этот цикл? Просто! 1) Очень образное выражение: Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед, что соответствует— цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, (альфа-)кетоглутарат, сукцинил-CoA, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.  2) Другое длинное стихотворение: ЩУКа съела ацетат, получается цитрaт, Через цисaконитaт будет он изоцитрaт. Вoдoрoды отдaв НАД, oн теряет СО2, Этoму безмернo рaд aльфa-кетоглутaрaт. Окисление грядет — НАД похитил вoдoрoд, ТДФ, коэнзим А забирают СО2. А энергия едва в сукциниле пoявилась, Сразу АТФ рoдилась и oстался сукцинат. Вот дoбрался он дo ФАДа — вoдoрoды тому надo, Фумарат воды напился, и в малат oн превратился. Тут к малату НАД пришел, вoдoрoды приобрел, ЩУКа снoва oбъявилась и тихoнькo затаилась. 3) Оригинальное стихотворение – покороче: ЩУКу АЦЕТИЛ ЛИМOНил, Нo нарЦИСсA КOНь боялся, Oн над ним ИЗOЛИМOННо AЛЬФA - КЕТOГЛУТAРался. CУКЦИНИЛся КOЭНЗИМом, ЯНТAРился ФУМАРOВo, ЯБЛОЧек припаc на зиму, Обернулcя ЩУКой снова. |