Metabolizam životinja i drugih organizama zasniva se na hemijskim procesima ekstrakcije energije pohranjene u ugljikohidratima.

Tokom fotosinteze, sunčeva energija se pohranjuje u hemijske veze molekule ugljikohidrata, od kojih najvažniju ulogu ima šećer sa šest ugljika glukoza. Nakon što drugi živi organizmi koriste ove molekule za hranu, pohranjena energija se oslobađa i koristi za metabolizam. To se dešava tokom procesa glikolize i disanja. Cijeli hemijski proces može se ukratko opisati kao:

Glukoza + kisik → ugljični dioksid + voda + energija

Da biste bolje razumjeli ove procese, zamislite da tijelo "sagorijeva" ugljikohidrate za energiju.

Termin "glikoliza" nastao je kombinovanjem riječi liza, što znači "cijepanje", s riječi glukoza. Kao što naziv implicira, proces počinje kemijskom ekstrakcijom energije cijepanjem molekule glukoze na dva dijela, od kojih svaki sadrži tri atoma ugljika. U procesu glikolize, svaki molekul glukoze proizvodi dva trougljična molekula pirogrožđane kiseline. Osim toga, energija glukoze je pohranjena u molekulima (vidi Biološki molekuli) koje nazivamo "energetskom valutom" ćelije - dva ATP molekula i dva NADP molekula. Tako se već u prvoj fazi glikolize oslobađa energija u obliku koji mogu koristiti ćelije tijela.

Dalji tok događaja zavisi od prisustva ili odsustva kiseonika u medijumu. U nedostatku kiseonika, pirogrožđana kiselina se pretvara u druge organske molekule u toku takozvanih anaerobnih procesa. Na primjer, u ćelijama kvasca, pirogrožđana kiselina se pretvara u etanol. Kod životinja, uključujući ljude, kada se zalihe kisika u mišićima iscrpe, pirogrožđana kiselina se pretvara u mliječnu kiselinu - to je ono što uzrokuje svima nama poznat osjećaj ukočenosti mišića nakon teškog fizičkog napora.

U prisustvu kisika, energija se oslobađa tijekom aerobnog disanja, kada se pirogrožđana kiselina dijeli na molekule ugljičnog dioksida i vode uz istovremeno oslobađanje preostale energije pohranjene u molekulu ugljikohidrata. Disanje se odvija u specijalizovanoj ćelijskoj organeli, mitohondrijima. Prvo se odcijepi jedan atom ugljika pirogrožđane kiseline. Time se proizvodi ugljični dioksid, energija (pohranjena je u jednoj molekuli NADP) i molekul s dva ugljika – acetilna grupa. Tada reakcioni lanac ulazi u metabolički koordinacioni centar ćelije - Krebsov ciklus.

Krebsov ciklus (koji se također naziva ciklus limunske kiseline ili ciklus trikarboksilne kiseline) primjer je dobro poznatog fenomena u biologiji – kemijske reakcije koja počinje kada se određeni dolazni molekul spoji s drugim molekulom koji djeluje kao "pomoćnik". Ova kombinacija pokreće niz drugih hemijske reakcije, u kojem se formiraju molekule proizvoda i na kraju se ponovo stvara pomoćni molekul koji može ponovo pokrenuti cijeli proces. U Krebsovom ciklusu ulogu nadolazećeg molekula ima acetilna grupa nastala pri razgradnji pirogrožđane kiseline, a ulogu pomoćne molekule ima molekula oksalooctene kiseline sa četiri ugljika. Tokom prve hemijske reakcije ciklusa, ova dva molekula se kombinuju i formiraju šestougljenične molekule limunske kiseline (ciklus duguje jedno od svojih imena ovoj kiselini). Zatim se odvija osam kemijskih reakcija u kojima se prvo formiraju molekuli nosioca energije i ugljični dioksid, a zatim nova molekula oksalooctene kiseline. Da bi se obradila energija pohranjena u jednom molekulu glukoze, Krebsov ciklus mora biti završen dva puta. Ispostavilo se da je neto profit jednak dvama molekulama ATP-a, četiri molekula ugljičnog dioksida i deset drugih molekula nosilaca energije (više o njima malo kasnije). Ugljični dioksid na kraju difundira iz mitohondrija i oslobađa se tijekom izdisaja.

(Napomena Wild_Katzea: Slika u članku je bila mala i nečitka, pa je zamjenjujem opisnijom slikom Krebsovog ciklusa odavde http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/ files/mzip_618_14707/index.htm)

Krebsov ciklus je ponavljajući niz biohemijskih reakcija koje se javljaju tokom disanja životinja, biljaka i mnogih mikroorganizama. Evo njegove pojednostavljene verzije. Brojevi u zagradama označavaju broj atoma ugljika u svakom organskom molekulu

Krebsov ciklus je fundamentalno važan za život, ne samo zato što stvara energiju. Osim glukoze, u nju mogu ući i mnoge druge molekule koje također formiraju pirogrožđanu kiselinu. Na primjer, kada ste na dijeti, tijelo nema dovoljno glukoze koju unosite za održavanje metabolizma, pa lipidi (masti) ulaze u Krebsov ciklus, nakon preliminarnog razdvajanja. Zato gubite na težini. Osim toga, molekuli mogu napustiti Krebsov ciklus kako bi sudjelovali u izgradnji novih proteina, ugljikohidrata i lipida. Tako Krebsov ciklus može prihvatiti pohranjenu energiju drugačiji oblik u mnogim molekulima i stvaraju različite izlazne molekule.

Sa energetske tačke gledišta, neto rezultat Krebsovog ciklusa je dovršetak ekstrakcije energije pohranjene u hemijskim vezama glukoze, prenošenje malog dijela te energije na molekule ATP-a i skladištenje ostatka energije u drugoj energiji. -nose molekule. (Govoreći o energiji hemijskih veza, ne treba zaboraviti da se mora raditi na razdvajanju povezanih atoma.) završna faza disanja, ova preostala energija se oslobađa iz molekula nosača i također se pohranjuje u ATP. Molekuli koji skladište energiju kreću se unutar mitohondrija sve dok se ne sudare sa specijalizovanim proteinima ugrađenim u unutrašnje membrane mitohondrija. Ovi proteini uzimaju elektrone od nosilaca energije i počinju ih prenositi duž lanca molekula - poput lanca ljudi koji prolaze kante vode na vatru - izvlačeći energiju pohranjenu u kemijskim vezama. Energija ekstrahirana u svakoj fazi pohranjuje se u obliku ATP-a. U završnom koraku, elektroni se kombinuju sa atomima kiseonika, koji se zatim kombinuju sa vodikovim ionima (protonima) i formiraju vodu. U lancu transporta elektrona formiraju se najmanje 32 ATP molekula – 90% energije pohranjene u originalnom molekulu glukoze.

Transformacija energije u Krebsovom ciklusu uključuje prilično složen proces hemiosmotske konjugacije. Ovaj izraz ukazuje na to da je, uz kemijske reakcije, osmoza uključena u oslobađanje energije - sporo curenje otopina kroz organske pregrade. U stvari, elektroni iz nosilaca energije koji su produkt Krebsovog ciklusa prenose se duž transportnog lanca i ulaze u proteine ​​uronjene u membranu koja razdvaja unutrašnji i vanjski odjeljak (kompartment) mitohondrija. Energija elektrona se koristi za pomicanje vodikovih jona (protona) u vanjski odjeljak, koji služi kao "skladište energije" - poput rezervoara formiranog ispred brane. Kada protoni prolaze kroz membranu, energija se koristi za formiranje ATP-a, slično kao što se voda ispred brane koristi za proizvodnju električne energije kada padne na generator. Konačno, u unutrašnjem odjeljku mitohondrija, vodikovi ioni se spajaju s molekulama kisika i formiraju vodu, jedan od krajnjih proizvoda metabolizma.

Ova priča o glikolizi i disanju ilustruje koliko je daleko stiglo moderno razumijevanje živih sistema. Jednostavna izjava o specifičnom procesu - na primjer, da se ugljikohidrati moraju "sagoriti" za metabolizam - podrazumijeva nevjerovatno detaljan opis složenih procesa koji se dešavaju na molekularnom nivou i uključuju ogroman broj različitih molekula. Razumevanje moderne molekularne biologije donekle je slično čitanju klasičnog ruskog romana: lako vam je da razumete svaku interakciju između likova, ali, kada ste stigli na stranicu 1423, možda ćete zaboraviti ko je Petar Petrović Aleksej Aleksejevič. Na isti način, svaka hemijska reakcija u upravo opisanom lancu izgleda razumljiva, ali dok pročitate do kraja, bićete zapanjeni neshvatljivom složenošću procesa. Za utjehu napominjem da se i ja osjećam isto.

Zatim ulazi acetil-SCoA nastao u reakciji PVC-dehidrogenaze ciklus trikarboksilne kiseline(CTC, ciklus limunske kiseline, Krebsov ciklus). Osim piruvata, u ciklus su uključene i keto kiseline koje nastaju katabolizmom aminokiselina ili bilo koje druge tvari.

Ciklus trikarboksilne kiseline

Ciklus ulazi mitohondrijski matriks i predstavlja oksidacija molekule acetil-SCoA u osam uzastopnih reakcija.

U prvoj reakciji se vezuju acetil i oksaloacetat(oksalosirćetna kiselina) da nastane citrat(limunska kiselina), zatim se limunska kiselina izomerizira u izocitrat i dvije reakcije dehidrogenacije sa istovremenim oslobađanjem CO 2 i redukcijom NAD.

U petoj reakciji nastaje GTP, to je reakcija fosforilacija supstrata. Zatim, dehidrogenacija zavisna od FAD-a se odvija uzastopno succinate(jantarna kiselina), hidratacija fumaric acid up malat(jabučna kiselina), zatim nastaje NAD-ovisna dehidrogenacija oksaloacetat.

Kao rezultat, nakon osam reakcija ciklusa opet nastaje oksaloacetat .

Posljednje tri reakcije čine tzv biohemijski motiv(FAD-ovisna dehidrogenacija, hidratacija i NAD-zavisna dehidrogenacija, koristi se za uvođenje keto grupe u sukcinatnu strukturu. Ovaj motiv je također prisutan u reakcijama β-oksidacije masnih kiselina. Obrnutim redoslijedom (redukcija, de hidratacija i oporavak) ovaj motiv se opaža u reakcijama sinteze masnih kiselina.

DTC funkcije

1. Energija

• generacije atomi vodonika za rad respiratornog lanca, odnosno tri NADH molekula i jedan FADH2 molekul,
• sinteza jedne molekule GTP(ekvivalentno ATP-u).

2. Anabolički. U CTC se formiraju

• prekursor hema sukcinil-SCoA,
• keto kiseline koje se mogu pretvoriti u aminokiseline - α-ketoglutarat za glutaminsku kiselinu, oksaloacetat za asparagin,
• limunova kiselina, koji se koristi za sintezu masnih kiselina,
• oksaloacetat, koji se koristi za sintezu glukoze.

Anaboličke reakcije TCA

Regulacija ciklusa trikarboksilne kiseline

Alosterična regulacija

Enzimi koji katalizuju 1., 3. i 4. reakciju TCA su osjetljivi na alosterična regulacija metaboliti:

Regulacija dostupnosti oksaloacetata

šef i main regulator TCA je oksaloacetat, odnosno njegova dostupnost. Prisustvo oksaloacetata uključuje acetil-SCoA u TCA ciklus i pokreće proces.

Obično ćelija ima balans između stvaranja acetil-SCoA (iz glukoze, masnih kiselina ili aminokiselina) i količine oksaloacetata. Izvor oksaloacetata je

1)pirogrožđana kiselina nastaje iz glukoze ili alanina,

Sinteza oksaloacetata iz piruvata

Regulacija aktivnosti enzima piruvat karboksilaze sprovedeno uz učešće acetil-SCoA. To je alosterično aktivator enzim, a bez njega, piruvat karboksilaza je praktično neaktivna. Kada se acetil-SCoA akumulira, enzim počinje da radi i nastaje oksaloacetat, ali, naravno, samo u prisustvu piruvata.

2) Dobivanje od asparaginska kiselina kao rezultat transaminacije ili iz ciklusa AMP-IMF,

3) Potvrda od voćne kiseline sam ciklus (ćilibar, α-ketoglutarni, jabučni, limunski) nastao tokom katabolizma aminokiselina ili u drugim procesima. Većina amino kiseline tokom svog katabolizma, oni su u stanju da se pretvore u metabolite TCA, koji zatim prelaze u oksaloacetat, koji takođe održava aktivnost ciklusa.

Dopunjavanje pula metabolita TCA iz aminokiselina

Reakcije obnavljanja ciklusa novim metabolitima (oksaloacetat, citrat, α-ketoglutarat, itd.) nazivaju se anaplerotičan.

Uloga oksaloacetata u metabolizmu

Primjer značajne uloge oksaloacetat služi za aktiviranje sinteze ketonskih tijela i ketoacidoza krvna plazma na nedovoljno količina oksaloacetata u jetri. Ovo stanje se opaža tijekom dekompenzacije dijabetes melitusa ovisnog o inzulinu (dijabetes tipa 1) i tijekom gladovanja. Kod ovih poremećaja u jetri se aktivira proces glukoneogeneze, tj. stvaranje glukoze iz oksaloacetata i drugih metabolita, što podrazumijeva smanjenje količine oksaloacetata. Istovremena aktivacija oksidacije masnih kiselina i akumulacije acetil-SCoA pokreće rezervni put za korištenje acetilne grupe - sinteza ketonskih tijela. U tom slučaju tijelo razvija zakiseljavanje krvi ( ketoacidoza) sa karakterističnom kliničkom slikom: slabost, glavobolja, pospanost, smanjen tonus mišića, tjelesna temperatura i krvni tlak.

Promjena brzine TCA reakcija i razlozi za nakupljanje ketonskih tijela pod određenim uvjetima

Opisana metoda regulacije uz učešće oksaloacetata ilustracija je prekrasne formulacije " Masti sagorevaju u plamenu ugljenih hidrata To implicira da "zapaljeni plamen" glukoze dovodi do pojave piruvata, a piruvat se pretvara ne samo u acetil-SCoA, već i u oksaloacetat. Prisustvo oksaloacetata garantuje uključivanje acetilne grupe koja se formira iz masne kiseline u obliku acetil-SCoA, u prvoj reakciji TCA.

U slučaju velikog "sagorevanja" masnih kiselina, što se uočava u mišićima tokom fizički rad i u jetri posta, brzina ulaska acetil-SCoA u TCA reakciju će direktno ovisiti o količini oksaloacetata (ili oksidirane glukoze).

Ako je količina oksaloacetata u hepatocita nije dovoljno (nema glukoze ili se ne oksidira u piruvat), tada će acetilna grupa ići na sintezu ketonskih tijela. Ovo se dešava kada produženo gladovanje i dijabetes tipa 1.

Nismo svi svjesni takvog fenomena kao što je Krebsov ciklus. Šta je to? Jednostavno rečeno, ovaj fenomen se može opisati kao hemijske reakcije u ljudskom tijelu, kao rezultat kojih se proizvodi adenozin trifosfat.

Ovaj fenomen istraživao je Hans Krebs, njemački naučnik 30-ih godina 20. vijeka. U to vrijeme, on i njegov pomoćnik proučavali su cirkulaciju ureje. U periodu kada je Drugi Svjetski rat, naučnik se preselio u Englesku, gdje je njegovo istraživanje pokazalo da određene kiseline mogu katalizirati procese u ljudskom tijelu. Per ovu studiju naučnik je nagrađen nobelova nagrada.

Šta je Krebsov ciklus?

Energija u ljudskom tijelu ovisi o glukozi, tvari koja se nalazi u krvi. Za pretvaranje glukoze u energiju, ćelije tijela sadrže mitohondrije. Kada se odvija čitav proces transformacije, supstanca adenozin trifosfat, skraćeno ATP, se dobija iz glukoze. ATP je glavni izvor energije u ljudskom tijelu.

Struktura nastale supstance daje joj sposobnost da se integriše u protein kako bi ljudskim organima i sistemima obezbedila potrebnu količinu energije. Sama glukoza se ne može direktno pretvoriti u ATP, tako da ovaj proces zahtijeva složene mehanizme. Ovaj mehanizam je Krebsov ciklus.

Ako a običan jezik Da bismo objasnili ovaj proces, možemo reći da je Krebsov ciklus lanac hemijskih reakcija koje se dešavaju u našem telu, tačnije u svakoj njegovoj ćeliji. Ovaj proces je ciklus, a zove se tako jer traje beskonačno. Kada je Krebsov ciklus završen, rezultat je proizvodnja supstance adenozin trifosfat. Ovo je energetska osnova za funkcioniranje ljudskog tijela.

Inače, ovaj ciklus se naziva ćelijsko disanje. Drugi naziv procesa nastao je zbog činjenice da sve njegove faze zahtijevaju prisustvo kisika. Tokom ovog procesa nastaju aminokiseline i ugljikohidrati. Po tome možemo suditi da ciklus obavlja još jednu funkciju - konstrukciju.

Da bi se gore navedeni proces ostvario, u ljudskom tijelu mora biti dovoljno elemenata u tragovima, mora ih biti najmanje stotinu. Vitamini su među potrebnim komponentama. Ako nema dovoljno elemenata u tragovima, barem jedan od njih nedostaje, onda ciklus neće biti toliko efikasan. A neefikasnost Krebsovog ciklusa dovodi do toga da je metabolizam u tijelu poremećen.

Regulacija ciklusa

Regulacija takvog fenomena kao što je Krebsov ciklus ima veliki utjecaj na funkcioniranje ljudskog tijela. Važno je da se može prilagoditi promjenama uslova. spoljašnje okruženje i kako se fiziološki sistemi mijenjaju. Postoje regulatorni faktori koji se dijele u nekoliko grupa:

• regulacija koja se javlja kod supstrata koji sadrže ugljik, kao i kod proizvoda koji su srednji u samom ciklusu;
• regulacija uz pomoć adenil nukleotida, koji mogu biti i koenzimi i produkti konačnog procesa.

Na početku je potrebno razumjeti koje su funkcije proizvoda tokom prolaska ciklusa, koje su srednje. Obratimo pažnju na ulogu oksaloacetata. Ovo je vrlo važan element, jer kada se njegove tkivne rezerve smanje, ciklus prestaje da se ponavlja.

Time se iscrpljuje vrlo važan izvor energije u tijelu, a posljedice po ćelije su strašne. Posljedice su također štetne jer nema dovoljno oksaloacetata, koji je potreban da bi acetil-CoA djelovao. Acetil-CoA nastaje tokom katabolizma ugljikohidrata i masti. U ovom slučaju se nakupljaju fragmenti od dva ugljika. Kada se kondenzuju, višak acetoacetata se nakuplja u tkivima. Pored njega, akumuliraju se i druga slična tijela. Istovremeno se u ljudskom tijelu razvija ketoza, što je patološko stanje.

U svakom slučaju, kada se formira acetil-CoA, a ima ga puno, nema dovoljno oksaloacetata da ga kondenzira. Sa svakim od ovih ciklusa dolazi do ketoze. Jednostavno rečeno, ketoza izaziva nedostatak oksaloacetata ako je njegov nivo niži od količine acetil-CoA.

Kada se u tijelu pojavi ketoza, dolazi do kršenja između procesa oksidacije masti i katabolizma ugljikohidrata. Ovaj fenomen je zbog činjenice da potonji može proizvesti oksaloceat tokom karboksilacije piruvata. Ova reakcija prolazi kroz proces katalize. U mitohondrijama ga katalizira enzim biotin. Ovo je glavni mehanizam kojim se ugljikohidrati proizvode u tijelu. Tako nastaje CO2, koji dalje učestvuje u Krebsovom ciklusu. Također osigurava proces glukoneogeneze s fragmentima koji sadrže ugljikohidrate.

Reakcije ovog ciklusa dovode do stvaranja oksaloacetata. Njegova regulacija se javlja kao povratna sprega, a to je osigurano činjenicom da oksaloacetat djeluje kao kompetitivni inhibitor sukcinat dehidrogenaze. Istovremeno, enzim ima ulogu regulatora u ovom ciklusu.

Sumirajući, treba reći da je Krebsov ciklus proces u ćelijama tijela koji može proizvoditi energiju za svoje normalno funkcioniranje. Ako se ovaj proces dogodi pogrešno, onda to dovodi do patološkog stanja i poremećenog metabolizma u ljudskom tijelu.

Video

Ovaj metabolički put je nazvan po autoru koji ga je otkrio - G. Krebsu, koji je (zajedno sa F. Lipmanom) za ovo otkriće dobio 1953. Nobelovu nagradu. Ciklus limunske kiseline zahvaća većinu slobodne energije od razgradnje proteina, masti i ugljikohidrata u hrani. Krebsov ciklus je centralni metabolički put.

Acetil-CoA nastao kao rezultat oksidativne dekarboksilacije piruvata u mitohondrijskom matriksu uključen je u lanac uzastopnih reakcija oksidacije. Postoji osam takvih reakcija.

1. reakcija - stvaranje limunske kiseline. Do stvaranja citrata dolazi kondenzacijom acetilnog ostatka acetil-CoA sa oksalacetatom (OA) pomoću enzima citrat sintaze (uz učešće vode):

Ova reakcija je praktički nepovratna, budući da se energetski bogata tioeterska veza acetil-S-CoA raspada.

2. reakcija - stvaranje izocitritne kiseline. Ovu reakciju katalizira enzim koji sadrži željezo (Fe - ne-hem) - akonitaza. Reakcija se odvija kroz fazu formiranja cis-akonitna kiselina (limunska kiselina podliježe dehidraciji da nastane cis-akonitna kiselina, koja se vezivanjem molekula vode pretvara u izocitnu kiselinu).

3. reakcija - dehidrogenacija i direktna dekarboksilacija izocitritne kiseline. Reakciju katalizira enzim izocitrat dehidrogenaza ovisan o NAD+. Enzimu je potrebno prisustvo jona mangana (ili magnezijuma). Budući da je po prirodi alosterični protein, izocitrat dehidrogenaza treba specifičan aktivator - ADP.

4. reakcija - oksidativna dekarboksilacija α-ketoglutarne kiseline. Proces katalizira α-ketoglutarat dehidrogenaza - enzimski kompleks sličan po strukturi i mehanizmu djelovanja kompleksu piruvat dehidrogenaze. Sastoji se od istih koenzima: TPP, LA i FAD - sopstveni koenzimi kompleksa; KoA-SH i NAD+ su vanjski koenzimi.

5. reakcija - fosforilacija supstrata. Suština reakcije je prijenos bogate energije veze sukcinil-CoA (makroergijskog spoja) na GDP uz sudjelovanje fosforne kiseline - u ovom slučaju nastaje GTP, čiji molekul reaguje refosforilacija sa ADP-om nastaje ATP.

6. reakcija - dehidrogenacija jantarne kiseline sukcinat dehidrogenazom. Enzim direktno prenosi vodonik sa supstrata (sukcinata) na ubikinon unutrašnje mitohondrijalne membrane. Sukcinat dehidrogenaza je II kompleks mitohondrijalnog respiratornog lanca. Koenzim u ovoj reakciji je FAD.

7. reakcija - stvaranje jabučne kiseline enzimom fumarazom. Fumaraza (fumarat hidrataza) hidratizira fumarnu kiselinu – ona stvara jabučnu kiselinu, a njena L-oblik, pošto je enzim stereospecifičan.

8. reakcija - stvaranje oksalacetata. Reakcija je katalizirana malat dehidrogenaza , čiji je koenzim PREKO + . Oksalacetat koji nastaje pod dejstvom enzima ponovo se uključuje u Krebsov ciklus i čitav ciklički proces se ponavlja.

Poslednje tri reakcije su reverzibilne, ali pošto NADH?H+ preuzima respiratorni lanac, ravnoteža reakcije se pomera udesno, tj. ka stvaranju oksalacetata. Kao što se može vidjeti, potpuna oksidacija, “sagorijevanje” molekula acetil-CoA se dešava u jednom ciklusu. Tokom ciklusa nastaju redukovani oblici nikotinamida i flavin koenzima koji se oksidiraju u respiratornom lancu mitohondrija. Dakle, Krebsov ciklus je usko povezan sa procesom ćelijskog disanja.

Funkcije ciklusa trikarboksilne kiseline su različite:

· Integrativno - Krebsov ciklus je centralni metabolički put koji kombinuje procese propadanja i sinteze najvažnijih komponenti ćelije.

· Anabolic - supstrati ciklusa se koriste za sintezu mnogih drugih jedinjenja: oksalacetat se koristi za sintezu glukoze (glukoneogeneza) i sintezu asparaginske kiseline, acetil-CoA - za sintezu hema, α-ketoglutarat - za sintezu glutaminske kiseline, acetil-CoA - za sintezu masnih kiselina, holesterola, steroidnih hormona, acetonskih tijela itd.

· katabolički - u ovom ciklusu, proizvodi raspada glukoze, masnih kiselina, ketogenih aminokiselina završavaju svoj put - svi se pretvaraju u acetil-CoA; glutaminska kiselina - do α-ketoglutarne; asparagin - do oksaloacetata, itd.

· Zapravo energija - jedna od reakcija ciklusa (raspad sukcinil-CoA) je reakcija fosforilacije supstrata. Tokom ove reakcije nastaje jedan molekul GTP (refosforilacija dovodi do stvaranja ATP-a).

· Donator vodonika - uz učešće tri NAD + -zavisne dehidrogenaze (izocitrat, α-ketoglutarat i malat dehidrogenaze) i FAD zavisne sukcinat dehidrogenaze nastaju 3 NADH?H+ i 1 FADH 2. Ovi reducirani koenzimi su donori vodonika za mitohondrijski respiratorni lanac, energija prijenosa vodika se koristi za sintezu ATP-a.

· Anaplerotic - dopunjavanje. Značajne količine supstrata Krebsovog ciklusa koriste se za sintezu različitih spojeva i napuštaju ciklus. Jedna od reakcija koja nadoknađuje ove gubitke je reakcija koju katalizira piruvat karboksilaza.

Brzina reakcije Krebsovog ciklusa određena je energetskim potrebama ćelije

Brzina reakcija Krebsovog ciklusa korelira sa intenzitetom procesa tkivnog disanja i povezane oksidativne fosforilacije – respiratorne kontrole. Svi metaboliti koji odražavaju dovoljno snabdijevanja ćelije energijom su inhibitori Krebsovog ciklusa. Povećanje omjera ATP/ADP pokazatelj je dovoljnog snabdijevanja ćelije energijom i smanjuje aktivnost ciklusa. Povećanje omjera NAD + / NADH, FAD / FADH 2 ukazuje na nedostatak energije i signal je ubrzanja oksidacijskih procesa u Krebsovom ciklusu.

Glavno djelovanje regulatora usmjereno je na djelovanje tri ključna enzima: citrat sintaze, izocitrat dehidrogenaze i a-ketoglutarat dehidrogenaze. Alosterični inhibitori citrat sintaze su ATP, masne kiseline. U nekim ćelijama citrat i NADH igraju ulogu njegovih inhibitora. Izocitrat dehidrogenaza se alosterički aktivira ADP-om i inhibira povišenim nivoima NADH+H+.

Rice. 5.15. Ciklus trikarboksilne kiseline (Krebsov ciklus)

Potonji je također inhibitor α-ketoglutarat dehidrogenaze, čija aktivnost također opada s povećanjem nivoa sukcinil-CoA.

Aktivnost Krebsovog ciklusa u velikoj mjeri ovisi o dostupnosti supstrata. Stalno „curenje“ supstrata iz ciklusa (na primjer, u slučaju trovanja amonijakom) može uzrokovati značajne poremećaje u opskrbi ćelija energijom.

Pentozofosfatni put oksidacije glukoze služi reduktivnim sintezama u ćeliji.

Kao što ime govori, na ovaj se put proizvode prijeko potrebni pentoza fosfati. Budući da je stvaranje pentoza praćeno oksidacijom i eliminacijom prvog atoma ugljika glukoze, ovaj put se još naziva apotomous (apex- vrh).

Pentozofosfatni put se može podijeliti na dva dijela: oksidativni i neoksidativni. U oksidativnom dijelu, koji uključuje tri reakcije, nastaju NADPH?H+ i ribuloza-5-fosfat. U neoksidativnom dijelu, ribuloza-5-fosfat se pretvara u različite monosaharide sa 3, 4, 5, 6, 7 i 8 atoma ugljika; krajnji proizvodi su fruktoza-6-fosfat i 3-PHA.

· Oksidirajući dio . Prva reakcija-dehidrogenacija glukoza-6-fosfata pomoću glukoza-6-fosfat dehidrogenaze sa stvaranjem δ-lakton 6-fosfoglukonske kiseline i NADPH?H + (NADP + - koenzim glukoza-6-fosfat dehidrogenaza).

Druga reakcija- hidroliza 6-fosfoglukonolaktona glukonolakton hidrolazom. Produkt reakcije je 6-fosfoglukonat.

Treća reakcija- dehidrogenacija i dekarboksilacija 6-fosfoglukonolaktona enzimom 6-fosfoglukonat dehidrogenazom, čiji je koenzim NADP+. Tokom reakcije, koenzim se reducira i C-1 glukoza se odcjepljuje kako bi se formirao ribuloza-5-fosfat.

· Neoksidirajući dio . Za razliku od prve, oksidativne, sve reakcije ovog dijela pentozofosfatnog puta su reverzibilne (slika 5.16)

Slika 5.16 Oksidativni dio pentozofosfatnog puta (F-varijanta)

Ribuloza-5-fosfat se može izomerizirati (enzim - ketoizomeraze ) u riboza-5-fosfat i epimeriziraju (enzim - epimeraza ) do ksiluloza-5-fosfata. Slijede dvije vrste reakcija: transketolaza i transaldolaza.

Transketolaza(koenzim - tiamin pirofosfat) odvaja fragment od dva ugljika i prenosi ga na druge šećere (vidi dijagram). Transaldolaze nosi trougljične fragmente.

Riboza-5-fosfat i ksiluloza-5-fosfat prvi ulaze u reakciju. Ovo je reakcija transketolaze: 2C fragment se prenosi iz ksiluloza-5-fosfata u riboza-5-fosfat.

Dva rezultirajuća spoja zatim reagiraju jedan s drugim u reakciji transaldolaze; u ovom slučaju, kao rezultat prijenosa 3C fragmenta sa sedoheptulozo-7-fosfata na 3-PHA, nastaju eritroza-4-fosfat i fruktoza-6-fosfat.Ovo je F-varijanta pentozofosfatnog puta . Karakteristično je za masno tkivo.

Međutim, reakcije mogu ići i drugačijim putem (slika 5.17), koji je označen kao L-varijanta. Javlja se u jetri i drugim organima. U ovom slučaju u reakciji transaldolaze nastaje oktuloza-1,8-difosfat.

Sl.5.17. Pentozofosfatni (apotomski) put metabolizma glukoze (oktuloza ili L-varijanta)

Eritroza-4-fosfat i fruktoza-6-fosfat mogu ući u transketolaznu reakciju, što rezultira stvaranjem fruktoza-6-fosfata i 3-PHA.

Opća jednadžba za oksidativne i neoksidativne dijelove pentozofosfatnog puta može se predstaviti na sljedeći način:

Glukoza-6-P + 7H 2 O + 12NADP + 5 Pentoza-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH?N + + Fn.

Najveći dio hemijske energije ugljika oslobađa se u aerobnim uvjetima uz sudjelovanje kisika. Krebsov ciklus se naziva i ciklus limunske kiseline ili ćelijsko disanje. U dešifrovanju pojedinačnih reakcija ovog procesa učestvovali su mnogi naučnici: A. Szent-Gyorgyi, A. Lehninger, X. Krebs, po kome je ciklus nazvan, S. E. Severin i drugi.

Postoji bliska korelacija između anaerobne i aerobne probave ugljikohidrata. Prije svega, izražava se u prisustvu pirogrožđane kiseline, koja završava anaerobnu razgradnju ugljikohidrata i započinje ćelijsko disanje (Krebsov ciklus). Obje faze kataliziraju isti enzimi. Hemijska energija se oslobađa tokom fosforilacije i rezerviše se u obliku ATP makroerga. Isti koenzimi (NAD, NADP) i kationi učestvuju u hemijskim reakcijama. Razlike su sljedeće: ako je anaerobna probava ugljikohidrata pretežno lokalizirana u hijaloplazmi, tada se reakcije ćelijskog disanja odvijaju uglavnom u mitohondrijima.

Pod određenim uslovima primećuje se antagonizam između dve faze. Dakle, u prisustvu kiseonika, glikoliza se naglo smanjuje (Pasterov efekat). Proizvodi glikolize mogu inhibirati aerobni metabolizam ugljikohidrata (Crabtree efekat).

Krebsov ciklus ima niz kemijskih reakcija, uslijed kojih se proizvodi razgradnje ugljikohidrata oksidiraju u ugljični dioksid i vodu, a kemijska energija se akumulira u makroergijskim spojevima. Tokom formiranja "nosača" - oksalosirćetne kiseline (SOC). Nakon toga dolazi do kondenzacije sa "nosačem" aktiviranog ostatka octene kiseline. Postoji trikarbonska kiselina - limunska. Tokom hemijskih reakcija dolazi do "promena" ostatka sirćetne kiseline u ciklusu. Od svakog molekula pirogrožđane kiseline formira se osamnaest molekula adenozin trifosfata. Na kraju ciklusa se oslobađa "nosač" koji reaguje sa novim molekulima aktiviranog ostatka octene kiseline.

Krebsov ciklus: reakcije

Ako je krajnji proizvod anaerobne digestije ugljikohidrata mliječna kiselina, tada se pod utjecajem laktat dehidrogenaze oksidira u pirogrožđanu kiselinu. Dio molekula pirogrožđane kiseline koristi se za sintezu “nosača” BJC pod uticajem enzima piruvat karboksilaze i u prisustvu jona Mg2+. Dio molekula pirogrožđane kiseline je izvor stvaranja "aktivnog acetata" - acetilkoenzima A (acetil-CoA). Reakcija se odvija pod uticajem piruvat dehidrogenaze. Acetil-CoA sadrži koji akumulira oko 5-7% energije. Glavna masa hemijske energije nastaje kao rezultat oksidacije "aktivnog acetata".

Pod utjecajem citrat sintetaze počinje funkcionirati sam Krebsov ciklus, što dovodi do stvaranja citratne kiseline. Ova kiselina, pod uticajem akonitat hidrataze, dehidrira i prelazi u cis-akonitnu kiselinu, koja nakon dodavanja molekula vode postaje izocitrična. Uspostavljena je dinamička ravnoteža između tri trikarboksilne kiseline.

Izocitritna kiselina se oksidira u oksalojantarnu kiselinu, koja se dekarboksilira i pretvara u alfa-ketoglutarnu kiselinu. Reakciju katalizira enzim izocitrat dehidrogenaza. Alfa-ketoglutarna kiselina, pod utjecajem enzima 2-okso-(alfa-keto)-glutarat dehidrogenaze, dekarboksilira se, što rezultira stvaranjem sukcinil-CoA koji sadrži makroergijsku vezu.

U sljedećoj fazi, sukcinil-CoA, pod djelovanjem enzima sukcinil-CoA sintetaze, prenosi makroergijsku vezu na GDP (gvanozin difosfatna kiselina). GTP (gvanozin trifosfatna kiselina) pod uticajem enzima GTP-adenilat kinaze daje makroergijsku vezu za AMP (adenozin monofosfatnu kiselinu). Krebsov ciklus: formule - GTP + AMP - GDP + ADP.

Pod uticajem enzima sukcinat dehidrogenaze (SDH) oksidira se u fumarnu. Koenzim SDH je flavin adenin dinukleotid. Fumarat se pod utjecajem enzima fumarat hidrataze pretvara u jabučnu kiselinu, koja se zauzvrat oksidira, stvarajući BOC. U prisustvu acetil-CoA u reakcionom sistemu, BFA se ponovo uključuje u ciklus trikarboksilne kiseline.

Dakle, od jedne molekule glukoze nastaje do 38 molekula ATP (dva - zbog anaerobne glikolize, šest - kao rezultat oksidacije dva NAD H + H + molekula, koji su nastali tokom glikolitičke oksidacije, i 30 - zbog TCA). Koeficijent korisna akcija CTC je 0,5. Ostatak energije se rasipa kao toplota. U TCA se oksidira 16-33% mliječne kiseline, ostatak njene mase se koristi za resintezu glikogena.