цикл Кребса. Цикл Кребса
 Скачать 0.66 Mb.
|
|
Что такое цикл Кребса? Цикл Кребса - это цепочка химических реакций, происходящих в митохондриях каждой клетки нашего тела, которая называется циклом потому, что продолжается непрерывно. Она же является и общим конечным путем окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе распада большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива» или «субстратов окисления»: углеводов, жирных кислот и аминокислот. Функции цикла Кребса: -анаболическая (синтез новых органических веществ); -энергетическая (питание организма) -катаболическая (превращение некоторых веществ в катализаторы) -транспортная (транспортировка водорода, участвующего в дыхании клеток). Атомы водорода, высвобождающиеся в окислительно-восстановительных реакциях, доставляются в цепь переноса электронов при участии НАД- и ФАД- зависимых дегидрогеназ, в результате чего происходит образование 12 высокоэнергетических фосфатных связей: синтез 12 молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ). Как работает цикл Кребса?  В организме аминокислоты, жирные кислоты и пируват образуют ацетил-КоА.Когда ацетил-КоА попадает в митохондриальный матрикс, он связывается с молекулой оксалацетата и превращается в лимонную кислоту (цитрат). Цитрат, в свою очередь, под действием фермента аконитазы превращается в цис-аконитат, оставляя молекулу воды. В свою очередь цис-аконитат превращается в изоцитрат под действием фермента изоцитратдегидрогеназы. Изоцитрат превращается в альфа-кетоглутарат под действием изоцитратдегидрогеназы. Альфа-кетоглутарат превращается в сукцинил-КоА альфа-кетоглутаратдегидрогеназой и добавлением ацетил-КоА. Он подвергается сукцинату под действием сукцинат-тиокиназы. Сукцинатдегидрогеназа превращает его в фумарат. Фумарат превращается в L-малат через фумаразу. L-малат под действием фермента малатдегидрогеназы восстанавливает оксалацетат, который может снова вступать в реакцию с молекулой ацетил-КоА и повторять цикл. Результатом этого цикла является образование CO2 и водорода, а также воды. Ионы на выходе из процесса участвуют в ресинтезе АТФ, что помогает организму восстановить еще один источник энергии - трифосфат аденозина. Стадии цикла Кребса Окисление ацетильного остатка происходит в несколько стадий, образующих циклический процесс из 8 основных этапов:
Реакции цикла Кребса по стадиям:  Для облегчения запоминания ферментативных реакций цикла: ЩУКа съела ацетат, получается цитрат через цис-аконитат будет он изоцитрат водороды отдав НАД, он теряет СО2 этому безмерно рад альфа-кетоглутарат окисление грядёт: НАД похитит водород В1 и липоат с коэнзимом А спешат, отбирают СО2, а энергия едва в сукциниле появилась сразу ГТФ родилась и остался сукцинат. вот добрался он до ФАДа, водороды тому надо водороды потеряв, стал он просто фумарат. фумарат воды напился, и в малат он превратился тут к малату НАД пришёл, водороды приобрёл ЩУКа снова объявилась и тихонько затаилась Караулить ацетат Окисление - это отщепление от вещества электронов; восстановление - это присоединение электронов. Метаболизм - это обмен веществ. Он имеет две стороны: катаболизм и анаболизм. Катаболизм - это расщепление сложных органических веществ до более простых. Анаболизм - это синтез сложных веществ из простых веществ с использованием энергии. Для поддержания гомеостаза (постоянства внутренней среды) в организме постоянно вырабатывается энергия. Источником энергии является расщепление пищевых веществ (белков, жиров и углеводов), а также аналогичных молекул самого организма до СО2, Н2О и NН3 (для азотсодержащих веществ). Под биологическим окислением понимают все окислительно-восста-новительные реакции, происходящие в организме. Наиболее важным видом окисления с энергетической точки зрения является дегидрирование субстратов с последующим взаимодействием отщепленного водорода с атмосферным кислородом с образованием воды. В отличие от неживой природы, где энергия при горении веществ выделяется в виде света и тепла, в организме человека и животных энергия окислительно-восстановительных реакций выделяется в виде тепла и АТФ (то есть в химической форме). Этапы катаболизма 1-й этап. На этом этапе макромолекулы расщепляются до своих мономеров (или строительных блоков). Так, полисахариды распадаются до моносахаридов (гексоз и пентоз); жиры - до глицерина и жирных кислот; белки - до аминокислот. Этот этап является специфическим, так как каждая макромолекула (полимер) своим набором ферментов расщепляется до мономеров. 1-й этап катализируется ферментами класса гидролаз. Он локализован в пищеварительном тракте для пищевых (экзогенных) макромолекул, а для эндогенных (находящихся в клетках организма) - в основном в лизосомах. Этот этап энергетической ценности не имеет (в нем выделяется менее 1% энергии), вся образованная энергия рассеивается в виде тепла. 2-й этап. Является специфическим путем катаболизма. На этом этапе каждый из мономеров своим собственным путем превращается в одну из 4-х карбоновых кислот. Моносахариды, глицерин и некоторые аминокислоты превращаются в пируват. Жирные кислоты и часть аминокислот - в ацетил-КоА (активную уксусную кислоту). Некоторые аминокислоты превращаются в оксалоацетат или 2-оксоглутарат. 2-й этап происходит в митохондриях и цитозоле клеток. Образующаяся при этом энергия выделяется в виде тепла и АТФ. 3-й этап. Является общим для разных классов веществ. На этом этапе пируват в процессе окислительного декарбоксилирования превращается в ацетил-КоА. Ацетил-КоА, оксалоацетат и 2-оксоглутарат распадаются в цикле Кребса до СО2 и 2Н, который окисляется в дыхательной цепи до Н2О, при этом выделяется энергия в виде тепла и АТФ. Все реакции этого этапа локализованы в митохондриях. Таким образом, конечными продуктами расщепления веществ являются СО2 и Н2О, а также АТФ и тепло. Окислительное декарбоксилирование пирувата Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты (пирувата) катализируется пируватдегидрогеназой (ПДГ). ПДГ - это комплекс из трех ферментов, для работы которого требуются следующие витамины: В1 (тиамин), В2 (рибофлавин), РР (никотинамид), пантотеновая и липоевая кислоты. ПДГ осуществляет декарбоксилирование (отщепление карбоксильной группы) и окисление (отщепление водорода) молекулы пирувата. Продукты реакции и их дальнейшие превращения: СО2 В основном выделяется с выдыхаемым воздухом, а также используется на карбоксилирование субстратов. Ацетил-КоА Расщепляется в цикле Кребса до СО2 и 2Н. НАДН Окисляется в дыхательной цепи. Регуляция ПДГ: ПДГ может быть в двух формах: фосфорилированной (неактивной) и дефосфорилированной (активной). АТФ, НАДН, ацетил-КоА, жирные кислоты ингибируют ПДГ, инсулин активирует. Цикл Кребса (цикл трикарбоновых кислот, цикл лимонной кислоты) Ход реакций смотрите в учебнике Е.С. Северина «Биологическая химия», М., ГЭОТАР-МЕД, 2005. Итоговое уравнение цикла Кребса: Ацетил-КоА + 3НАД+ + ФАД + 2Н2О + АДФ + Н3РО4 -> 2СО2 + 3НАДН + ФАДН2 + АТФ Таким образом, ацетил-КоА распадается в цикле Кребса до СО2 и 2Н , который присоединяется к кофакторам дегидрогеназ. В ходе цикла Кребса образуется сукцинил-КоА, который богат энергией. Гидролиз этого вещества сопряжен с реакцией фосфорилирования АДФ, при этом образуется АТФ. Синтез АТФ за счет энергии, накопленной в субстрате, называется субстратным фосфорилированием. Конечные продукты цикла Кребса и пути их использования: - СО2 выдыхается с воздухом, небольшая часть используется в реакциях карбоксилирования. - НАДН и ФАДН2 окисляются в дыхательной цепи. - АТФ используется на различные виды работы: 1) механическая работа (сокращение мышц, движение сперматозоидов, лейкоцитов); 2) осмотическая работа или активный транспорт, то есть движение против градиента концентрации; 3) химическая работа, когда энергия АТФ используется в биосинтетических процессах и на активацию субстратов; 4) электрическая работа (генерация биотоков); 5) при передаче гормонального сигнала (для работы аденилатциклазы и протеинкиназы). Регуляция цикла Кребса Осуществляется путем влияния на ключевые ферменты: цитратсинтазу (начинает процесс), изоцитратдегидрогеназу (лимитирующий фермент), 2-ок-соглутаратдегидрогеназу (фермент, стоящий на развилке). Цитратсинтазу активируют оксалоацетат и ацетил-КоА, ингибируют АТФ, НАДН, длинноцепочные ацилы-КоА, сукцинил-КоА. Изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом. Ее активируют АДФ, Са2+, цАМФ. Ингибируют изоцитратдегидрогеназу АТФ, НАДН, НАДФН. 2-оксоглутаратдегидрогеназу активируют Са2+ и цАМФ, ингибирует сукцинил-КоА. Цикл Кребса активируется под влиянием катехоламинов, глюкагона и йодтиронинов. Значение цикла Кребса: -катаболическое и энергетическое (цикл Кребса является общим конечным путем распада для метаболитов всех классов соединений; в нем образуется АТФ в результате субстратного фосфорилирования; он является главным поставщиком водорода для дыхательной цепи); -анаболическое или биосинтетическое Промежуточные метаболиты цикла Кребса используются на синтез других соединений. Например, из оксалоацетата, 2-оксоглутарата и сукцината образуются аминокислоты; из оксалоацетата - глюкоза и другие углеводы; сукцинил-КоА используется на синтез гема; -регуляторное. Метаболиты - цитрат и АТФ - являются регуляторами других процессов. Они активируют синтез жирных кислот и ингибируют гликолиз.  |