Metabolismul animalelor și al altor organisme se bazează pe procesele chimice de extragere a energiei stocate în carbohidrați.

În timpul fotosintezei, energia solară este stocată legături chimice molecule de carbohidrați, dintre care glucoza de zahăr cu șase atomi de carbon joacă cel mai important rol. După ce alte organisme vii folosesc aceste molecule pentru alimente, energia stocată este eliberată și folosită pentru metabolism. Acest lucru are loc în timpul proceselor de glicoliză și respirație. Întreg proces chimic poate fi descris pe scurt ca:

Glucoză + oxigen → dioxid de carbon + apă + energie

Pentru a înțelege mai bine aceste procese, imaginați-vă că organismul „arde” carbohidrați pentru energie.

Termenul „glicoliză” se formează prin combinarea cuvântului liză, care înseamnă „clivaj”, cu cuvântul glucoză. După cum sugerează și numele, procesul începe cu extracția chimică a energiei prin divizarea unei molecule de glucoză în două părți, fiecare conținând trei atomi de carbon. În procesul de glicoliză, fiecare moleculă de glucoză produce două molecule cu trei atomi de carbon de acid piruvic. În plus, energia glucozei este stocată în molecule (vezi Molecule biologice) pe care le numim „moneda energetică” a celulei - două molecule ATP și două molecule NADP. Astfel, deja în prima etapă a glicolizei, energia este eliberată într-o formă care poate fi folosită de celulele corpului.

Evoluția ulterioară a evenimentelor depinde de prezența sau absența oxigenului în mediu. În absența oxigenului, acidul piruvic este transformat în alte molecule organice în cursul așa-numitelor procese anaerobe. De exemplu, în celulele de drojdie, acidul piruvic este transformat în etanol. La animale, inclusiv la oameni, atunci când aportul de oxigen din mușchi este epuizat, acidul piruvic se transformă în acid lactic - acesta este cel care provoacă senzația de rigiditate musculară atât de familiară nouă tuturor după un efort fizic intens.

În prezența oxigenului, energia este eliberată în timpul respirației aerobe, când acidul piruvic este împărțit în molecule de dioxid de carbon și apă, cu eliberarea simultană a energiei rămase stocate în molecula de carbohidrați. Respirația are loc într-un organel celular specializat, mitocondriile. În primul rând, un atom de carbon al acidului piruvic este scindat. Aceasta produce dioxid de carbon, energie (este stocată într-o moleculă NADP) și o moleculă cu două atomi de carbon - o grupă acetil. Apoi lanțul de reacție intră în centrul de coordonare metabolică al celulei - ciclul Krebs.

Ciclul Krebs (numit și ciclul acidului citric sau ciclul acidului tricarboxilic) este un exemplu de fenomen binecunoscut în biologie - o reacție chimică care începe atunci când o anumită moleculă care vine se combină cu o altă moleculă care acționează ca un „ajutor”. Această combinație inițiază o serie de altele reacții chimice, în care se formează molecule de produs și la final este recreată o moleculă helper, care poate începe din nou întregul proces. În ciclul Krebs, rolul moleculei de intrare este jucat de gruparea acetil formată în timpul descompunerii acidului piruvic, iar rolul moleculei de ajutor este jucat de molecula de acid oxaloacetic cu patru atomi de carbon. În timpul primei reacții chimice a ciclului, aceste două molecule se combină pentru a forma molecule cu șase atomi de carbon de acid citric (ciclul își datorează unul dintre nume acestui acid). Apoi au loc opt reacții chimice, în care se formează mai întâi molecule purtătoare de energie și dioxid de carbon, iar apoi o nouă moleculă de acid oxaloacetic. Pentru a procesa energia stocată într-o moleculă de glucoză, ciclul Krebs trebuie finalizat de două ori. Profitul net se dovedește a fi egal cu două molecule de ATP, patru molecule de dioxid de carbon și alte zece molecule purtătoare de energie (mai multe despre ele puțin mai târziu). Dioxidul de carbon difuzează în cele din urmă din mitocondrii și este eliberat în timpul expirației.

(Notă de Wild_Katze: Imaginea din articol era mică și ilizibilă, așa că o înlocuiesc cu o imagine mai descriptivă a ciclului Krebs de aici http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/ files/mzip_618_14707/index.htm)

Ciclul Krebs este o succesiune repetitivă de reacții biochimice care au loc în timpul respirației animalelor, plantelor și multor microorganisme. Iată o versiune simplificată a acesteia. Numerele dintre paranteze indică numărul de atomi de carbon din fiecare moleculă organică

Ciclul Krebs este esențial important pentru viață, nu numai pentru că generează energie. Pe lângă glucoză, în ea pot intra multe alte molecule care formează și acid piruvic. De exemplu, atunci când ești la dietă, organismul nu are suficientă glucoză pe care o consumi pentru a menține metabolismul, astfel încât lipidele (grăsimile) intră în ciclul Krebs, după divizarea preliminară. De aceea slăbești.În plus, moleculele pot părăsi ciclul Krebs pentru a lua parte la construirea de noi proteine, carbohidrați și lipide. Astfel, ciclul Krebs poate accepta energia stocată formă diferităîn multe molecule și creează o varietate de molecule de ieșire.

Din punct de vedere energetic, rezultatul net al ciclului Krebs este de a finaliza extracția energiei stocate în legăturile chimice ale glucozei, de a transfera o mică parte din această energie către moleculele de ATP și de a stoca restul energiei în altă energie. -molecule purtătoare. (Vorbind despre energia legăturilor chimice, nu ar trebui să uităm că trebuie făcută muncă pentru a separa atomii conectați.) stadiu final respirație, această energie rămasă este eliberată din moleculele purtătoare și este, de asemenea, stocată în ATP. Moleculele care stochează energie se mișcă în interiorul mitocondriilor până când se ciocnesc cu proteinele specializate încorporate în membranele interioare ale mitocondriilor. Aceste proteine ​​preiau electroni de la purtătorii de energie și încep să îi transmită de-a lungul unui lanț de molecule - ca un lanț de oameni care trec găleți de apă pe foc - extragând energia stocată în legăturile chimice. Energia extrasă în fiecare etapă este stocată sub formă de ATP. În etapa finală, electronii se combină cu atomi de oxigen, care apoi se combină cu ionii de hidrogen (protoni) pentru a forma apă. În lanțul de transport de electroni se formează cel puțin 32 de molecule de ATP - 90% din energia stocată în molecula originală de glucoză.

Transformarea energiei în ciclul Krebs implică un proces destul de complex de conjugare chimiosmotică. Acest termen indică faptul că, împreună cu reacțiile chimice, osmoza este implicată în eliberarea de energie - infiltrarea lentă a soluțiilor prin partițiile organice. De fapt, electronii de la purtătorii de energie care sunt produsul ciclului Krebs sunt transferați de-a lungul lanțului de transport și intră în proteinele scufundate în membrana care separă compartimentele (compartimentele) interior și exterior ale mitocondriilor. Energia electronilor este folosită pentru a muta ionii de hidrogen (protoni) în compartimentul exterior, care servește drept „magazin de energie” - ca un rezervor format în fața unui baraj. Când protonii curg prin membrană, energia este folosită pentru a forma ATP, similar cu modul în care apa din fața unui baraj este folosită pentru a produce electricitate atunci când cade pe un generator. În cele din urmă, în compartimentul interior al mitocondriilor, ionii de hidrogen se combină cu moleculele de oxigen pentru a forma apă, unul dintre produsele finale ale metabolismului.

Această poveste despre glicoliză și respirație ilustrează cât de departe a ajuns înțelegerea modernă a sistemelor vii. O afirmație simplă despre un anumit proces – de exemplu, că carbohidrații trebuie „arse” pentru metabolism – implică o descriere incredibil de detaliată a proceselor complexe care au loc la nivel molecular și implică un număr mare de molecule diferite. Înțelegerea biologiei moleculare moderne este oarecum asemănătoare cu citirea unui roman clasic rusesc: îți este ușor să înțelegi fiecare interacțiune dintre personaje, dar, ajungând la pagina 1423, s-ar putea să uiți cine este Petrovich Alexei Alekseevich. În același mod, fiecare reacție chimică din lanțul tocmai descris pare de înțeles, dar până când vei citi până la sfârșit, vei fi uimit de complexitatea de neînțeles a procesului. Ca o consolare, observ că și eu simt la fel.

Apoi intră acetil-SCoA format în reacția PVC-dehidrogenază ciclul acidului tricarboxilic(CTC, ciclul acidului citric, ciclul Krebs). Pe lângă piruvat, în ciclu sunt implicați acizii ceto, proveniți din catabolismul aminoacizilor sau a oricăror alte substanțe.

Ciclul acidului tricarboxilic

Ciclul rulează matricei mitocondriale si reprezinta oxidare molecule acetil-SCoAîn opt reacţii consecutive.

În prima reacție, se leagă acetilși oxalacetat(acid oxaloacetic) a forma citrat(acid citric), apoi acidul citric izomerizează la izocitratși două reacții de dehidrogenare cu eliberare concomitentă de CO2 și reducerea NAD.

În a cincea reacție, se formează GTP, aceasta este reacția fosforilarea substratului. Apoi, dehidrogenarea dependentă de FAD are loc secvenţial succinate(acid succinic), hidratare fumaric acid în sus malat(acid malic), apoi se formează dehidrogenare dependentă de NAD oxalacetat.

Ca urmare, după opt reacții ale ciclului din nou se formează oxaloacetat .

Ultimele trei reacții alcătuiesc așa-numitele motiv biochimic(Dehidrogenare dependentă de FAD, hidratare și dehidrogenare dependentă de NAD, este folosit pentru a introduce o grupare ceto în structura succinatului. Acest motiv este prezent și în reacțiile de β-oxidare a acizilor grași. În ordine inversă (reducere, de hidratare şi recuperare) acest motiv se observă în reacţiile de sinteză a acizilor graşi.

Funcții DTC

1. Energie

• generaţie atomi de hidrogen pentru funcționarea lanțului respirator, și anume trei molecule NADH și o moleculă FADH2,
• sinteza unei singure molecule GTP(echivalent cu ATP).

2. Anabolic. În CTC se formează

• precursorul hemului succinil-SCoA,
• acizi ceto care pot fi transformați în aminoacizi - α-cetoglutarat pentru acid glutamic, oxalacetat pentru aspartic,
• acid de lamaie, utilizat pentru sinteza acizilor grași,
• oxalacetat, folosit pentru sinteza glucozei.

Reacții anabolice ale TCA

Reglarea ciclului acidului tricarboxilic

Reglarea alosterică

Enzimele care catalizează prima, a treia și a patra reacție a TCA sunt sensibile la reglare alosterică metaboliți:

Reglarea disponibilității oxalacetatului

şefși principal regulatorul TCA este oxalacetatul, sau mai degrabă disponibilitatea acestuia. Prezența oxaloacetatului implică acetil-SCoA în ciclul TCA și începe procesul.

De obicei, celula are echilibruîntre formarea acetil-SCoA (din glucoză, acizi grași sau aminoacizi) și cantitatea de oxalacetat. Sursa de oxalacetat este

1)acid piruvic format din glucoză sau alanină,

Sinteza oxalacetatului din piruvat

Reglarea activității enzimelor piruvat carboxilază realizat cu participare acetil-SCoA. Este alosterică activator enzimă, iar fără ea, piruvat carboxilaza este practic inactivă. Când se acumulează acetil-SCoA, enzima începe să funcționeze și se formează oxalacetat, dar, desigur, numai în prezența piruvatului.

2) Sosire de la acid aspartic ca rezultat al transaminării sau din ciclul AMP-IMF,

3) Chitanță de la acizi din fructe ciclul în sine (chihlimbar, α-cetoglutaric, malic, citric) format în timpul catabolismului aminoacizilor sau în alte procese. Majoritate aminoaciziîn timpul catabolismului lor, ei sunt capabili să se transforme în metaboliți ai TCA, care apoi merg la oxaloacetat, care menține și activitatea ciclului.

Reumplerea pool-ului de metaboliți TCA din aminoacizi

Reacțiile de completare a ciclului cu noi metaboliți (oxaloacetat, citrat, α-cetoglutarat etc.) se numesc anaplerotic.

Rolul oxaloacetatului în metabolism

Un exemplu de rol semnificativ oxalacetat serveşte la activarea sintezei corpilor cetonici şi cetoacidoza plasma sanguina la inadecvat cantitatea de oxalacetat în ficat. Această afecțiune este observată în timpul decompensării diabetului zaharat insulino-dependent (diabet zaharat de tip 1) și în timpul înfometării. Cu aceste tulburări, procesul de gluconeogeneză este activat în ficat, adică. formarea glucozei din oxalacetat și alți metaboliți, ceea ce implică o scădere a cantității de oxaloacetat. Activarea simultană a oxidării acizilor grași și acumularea de acetil-SCoA declanșează o cale de rezervă pentru utilizarea grupării acetil - sinteza corpilor cetonici. În acest caz, organismul dezvoltă acidificarea sângelui ( cetoacidoza) cu un tablou clinic caracteristic: slăbiciune, cefalee, somnolență, scăderea tonusului muscular, temperatura corpului și tensiunea arterială.

Schimbarea vitezei reacțiilor TCA și motivele acumulării de corpi cetonici în anumite condiții

Metoda descrisă de reglare cu participarea oxaloacetatului este o ilustrare a frumoasei formulări " Grăsimile ard în flacăra carbohidraților„. Implică faptul că „flacăra care arde” a glucozei duce la apariția piruvatului, iar piruvatul este convertit nu numai în acetil-SCoA, ci și în oxalacetat. Prezența oxaloacetatului garantează includerea unei grupări acetil formate din acizi grași sub formă de acetil-SCoA, în prima reacție a TCA.

În cazul unei „arsuri” pe scară largă a acizilor grași, care se observă în mușchi în timpul munca fizica si in ficat post, rata de intrare a acetil-SCoA în reacția TCA va depinde direct de cantitatea de oxalacetat (sau glucoză oxidată).

Dacă cantitatea de oxalacetat în hepatocit nu este suficient (fără glucoză sau nu este oxidat la piruvat), atunci gruparea acetil va merge la sinteza corpilor cetonici. Acest lucru se întâmplă când post prelungitși diabet de tip 1.

Nu toți suntem conștienți de un astfel de fenomen precum ciclul Krebs. Ce este? În termeni simpli, acest fenomen poate fi descris ca reacții chimice în corpul uman, în urma cărora se produce adenozin trifosfat.

Acest fenomen a fost investigat de Hans Krebs, un om de știință german în anii 30 ai secolului XX. În acest moment, el și asistentul său au studiat circulația ureei. În perioada în care Al Doilea Razboi mondial, omul de știință s-a mutat să locuiască în Anglia, unde cercetările sale au arătat că anumiți acizi pot cataliza procese din corpul uman. Pe acest studiu savantul a fost premiat Premiul Nobel.

Ce este ciclul Krebs?

Energia din corpul uman depinde de glucoză, o substanță care se găsește în sânge. Pentru a transforma glucoza în energie, celulele corpului conțin mitocondrii. Când are loc întregul proces de transformare, din glucoză se obține substanța adenozin trifosfat, prescurtată ca ATP. ATP este principala sursă de energie din corpul uman.

Structura substanței rezultate îi conferă capacitatea de a se integra în proteine ​​pentru a furniza cantitatea necesară de energie organelor și sistemelor umane. Glucoza însăși nu poate fi transformată direct în ATP, așa că acest proces necesită mecanisme complexe. Acest mecanism este ciclul Krebs.

În cazul în care un limbaj simplu Pentru a explica acest proces, putem spune că ciclul Krebs este un lanț de reacții chimice care au loc în corpul nostru, mai exact în fiecare dintre celulele sale. Acest proces este un ciclu și se numește așa pentru că continuă la nesfârșit. Când ciclul Krebs este complet, rezultatul este producerea substanței adenozin trifosfat. Aceasta este baza energetică pentru funcționarea corpului uman.

În caz contrar, acest ciclu se numește respirație celulară. Al doilea nume al procesului s-a datorat faptului că toate etapele sale necesită prezența oxigenului. În timpul acestui proces, se produc aminoacizi și carbohidrați. Prin aceasta putem aprecia că ciclul îndeplinește o altă funcție - construcția.

Pentru ca procesul de mai sus să fie realizat, trebuie să existe suficiente oligoelemente în corpul uman, trebuie să existe cel puțin o sută de ele. Vitaminele sunt printre componentele necesare. Dacă nu există suficiente oligoelemente, cel puțin unul dintre ele lipsește, atunci ciclul nu va fi atât de eficient. Iar ineficiența ciclului Krebs duce la faptul că metabolismul din organism este perturbat.

Reglarea ciclului

Reglarea unui astfel de fenomen precum ciclul Krebs are o mare influență asupra funcționării corpului uman. Este important pentru ca el să se poată adapta la modul în care se schimbă condițiile. Mediul externși cum se schimbă sistemele fiziologice. Există factori de reglementare, care sunt împărțiți în mai multe grupuri:

• reglarea care are loc cu substraturile care conțin carbon, precum și cu produsele intermediare în ciclul în sine;
• reglare cu ajutorul nucleotidelor adenil, care pot fi atât coenzime, cât și produse ale procesului final.

La început, este necesar să înțelegem care sunt funcțiile produselor în timpul parcurgerii ciclului, care sunt intermediare. Să fim atenți la rolul oxalacetatului. Acesta este un element foarte important, deoarece atunci când rezervele sale de țesut scad, ciclul nu se mai repetă.

Acest lucru epuizează o sursă de energie foarte importantă a organismului, iar consecințele pentru celule sunt teribile. Consecințele sunt, de asemenea, dăunătoare, deoarece nu există suficient oxalacetat, care este necesar pentru ca acetil-CoA să acționeze. Acetil-CoA se formează în timpul catabolismului carbohidraților și grăsimilor. În acest caz, se acumulează fragmente cu două atomi de carbon. Când se condensează, în țesuturi se acumulează o cantitate în exces de acetoacetat. Pe lângă aceasta, se acumulează și alte corpuri similare. În același timp, în corpul uman se dezvoltă cetoza, care este o afecțiune patologică.

În fiecare caz, când se formează acetil-CoA și există o mulțime, nu există suficient oxalacetat pentru a-l condensa. Cu fiecare dintre aceste cicluri, apare cetoza. Mai simplu spus, cetoza provoacă o lipsă de oxalacetat dacă nivelul acestuia este mai mic decât cantitatea de acetil-CoA.

Când apare cetoza în organism, există o încălcare între procesele de oxidare a grăsimilor și catabolismul carbohidraților. Acest fenomen se datorează faptului că acesta din urmă poate produce oxaloceat în timpul carboxilării piruvatului. Această reacție suferă un proces de cataliză. Este catalizat în mitocondrii de enzima biotină. Acesta este mecanismul principal prin care carbohidrații sunt produși în organism. Acesta este modul în care se formează CO2, care participă în continuare la ciclul Krebs. De asemenea, asigură procesul de gluconeogeneză cu fragmente care conțin carbohidrați.

Reacțiile acestui ciclu duc la formarea oxalacetatului. Reglarea sa are loc ca un feedback, iar acest lucru este asigurat de faptul că oxaloacetatul acționează ca un inhibitor competitiv al succinat dehidrogenazei. În același timp, enzima are rolul de regulator în acest ciclu.

Rezumând, trebuie spus că ciclul Krebs este un proces din celulele corpului care poate produce energie pentru funcționarea sa normală. Dacă acest proces are loc incorect, atunci aceasta duce la o afecțiune patologică și la afectarea metabolismului în corpul uman.

Video

Această cale metabolică poartă numele autorului care a descoperit-o - G. Krebs, care a primit (împreună cu F. Lipman) pentru această descoperire în 1953 Premiul Nobel. Ciclul acidului citric captează cea mai mare parte a energiei libere din descompunerea proteinelor, grăsimilor și carbohidraților din alimente. Ciclul Krebs este calea metabolică centrală.

Acetil-CoA format ca urmare a decarboxilării oxidative a piruvatului în matricea mitocondrială este inclus în lanțul reacțiilor succesive de oxidare. Există opt astfel de reacții.

Prima reacție - formarea acidului citric. Formarea citratului are loc prin condensarea reziduului de acetil al acetil-CoA cu oxalacetat (OA) folosind enzima citrat sintaza (cu participarea apei):

Această reacție este practic ireversibilă, deoarece legătura tioeterică bogată în energie a acetil~S-CoA se descompune.

A doua reacție - formarea acidului izocitric. Această reacție este catalizată de o enzimă care conține fier (Fe - non-hem) - aconitaza. Reacția continuă prin etapa de formare cis-acidul aconitic (acidul citric suferă deshidratare pentru a se forma cis-acidul aconitic, care, prin atașarea unei molecule de apă, se transformă în acid izocitric).

A 3-a reacție - dehidrogenarea și decarboxilarea directă a acidului izocitric. Reacția este catalizată de enzima dependentă de NAD+ izocitrat dehidrogenaza. Enzima are nevoie de prezența ionilor de mangan (sau magneziu). Fiind prin natura sa o proteina alosterica, izocitrat dehidrogenaza are nevoie de un activator specific - ADP.

Reacția a 4-a - decarboxilarea oxidativă a acidului α-cetoglutaric. Procesul este catalizat de α-cetoglutarat dehidrogenază - un complex enzimatic similar ca structură și mecanism de acțiune cu complexul de piruvat dehidrogenază. Este format din aceleași coenzime: TPP, LA și FAD - coenzimele proprii ale complexului; KoA-SH și NAD+ sunt coenzime externe.

A 5-a reacție - fosforilarea substratului. Esența reacției este transferul unei energii bogate de legătură a succinil-CoA (compus macroergic) la PIB cu participarea acidului fosforic - în acest caz, se formează GTP, a cărui moleculă reacţionează refosforilare cu ADP se formează ATP.

Reacția a 6-a - dehidrogenarea acidului succinic cu succinat dehidrogenază. Enzima transferă direct hidrogenul de la substrat (succinat) la ubichinona membranei mitocondriale interioare. Succinat dehidrogenaza este complexul II al lanțului respirator mitocondrial. Coenzima din această reacție este FAD.

A 7-a reacție - formarea acidului malic de către enzima fumarază. Fumaraza (fumarat hidraza) hidratează acidul fumaric - acesta formează acid malic și L-forma, deoarece enzima este stereospecifică.

A 8-a reacție - formarea oxalacetatului. Reacția este catalizată malat dehidrogenază , a cărei coenzimă este PESTE + . Oxalacetatul format sub acțiunea enzimei este din nou inclus în ciclul Krebs și se repetă întregul proces ciclic.

Ultimele trei reacții sunt reversibile, dar întrucât NADH?H+ este preluat de lanțul respirator, echilibrul reacției se deplasează spre dreapta, adică. spre formarea oxalacetatului. După cum se poate observa, oxidarea completă, „combustia” moleculelor de acetil-CoA are loc într-o singură tură a ciclului. În timpul ciclului, se formează forme reduse de coenzime de nicotinamidă și flavină, care sunt oxidate în lanțul respirator al mitocondriilor. Astfel, ciclul Krebs este strâns legat de procesul de respirație celulară.

Funcțiile ciclului acidului tricarboxilic sunt diverse:

· Integrativ - ciclul Krebs este calea metabolică centrală care combină procesele de degradare și sinteza celor mai importante componente ale celulei.

· Anabolic - substraturile ciclului sunt folosite pentru sinteza multor alți compuși: oxalacetatul este utilizat pentru sinteza glucozei (gluconeogeneză) și sinteza acidului aspartic, acetil-CoA - pentru sinteza hemului, α-cetoglutaratul - pentru sinteza de acid glutamic, acetil-CoA - pentru sinteza acizilor grași, colesterolului, hormonilor steroizi, corpilor acetonici etc.

· catabolic - în acest ciclu, produsele de descompunere ai glucozei, acizilor grași, aminoacizilor cetogeni își completează călătoria - toți se transformă în acetil-CoA; acid glutamic - până la α-cetoglutaric; aspartic - la oxalacetat etc.

· De fapt, energie - una dintre reacțiile de ciclu (degradarea succinil-CoA) este o reacție de fosforilare a substratului. În timpul acestei reacții, se formează o moleculă de GTP (reacția de refosforilare duce la formarea de ATP).

· Donator de hidrogen - cu participarea a trei dehidrogenaze dependente de NAD+ (izocitrat, α-cetoglutarat și malat dehidrogenaze) și succinat dehidrogenază dependentă de FAD, se formează 3 NADH?H+ și 1 FADH2. Aceste coenzime reduse sunt donatori de hidrogen pentru lanțul respirator mitocondrial, energia transferului de hidrogen este utilizată pentru sinteza ATP.

· Anaplerotic - completarea. Cantități semnificative de substraturi ale ciclului Krebs sunt utilizate pentru sinteza diferiților compuși și părăsesc ciclul. Una dintre reacțiile care compensează aceste pierderi este reacția catalizată de piruvat carboxilază.

Viteza de reacție a ciclului Krebs este determinată de nevoile de energie ale celulei

Viteza reacțiilor ciclului Krebs se corelează cu intensitatea procesului de respirație tisulară și fosforilarea oxidativă asociată - controlul respirator. Toți metaboliții care reflectă furnizarea suficientă de energie a celulei sunt inhibitori ai ciclului Krebs. O creștere a raportului ATP / ADP este un indicator al aprovizionării suficiente cu energie a celulei și reduce activitatea ciclului. O creștere a raportului NAD + / NADH, FAD / FADH 2 indică o deficiență de energie și este un semnal al accelerării proceselor de oxidare în ciclul Krebs.

Acțiunea principală a regulatorilor vizează activitatea a trei enzime cheie: citrat sintetaza, izocitrat dehidrogenază și a-cetoglutarat dehidrogenază. Inhibitorii alosterici ai citrat sintazei sunt ATP, acizii grași. În unele celule, citratul și NADH joacă rolul inhibitorilor săi. Izocitrat dehidrogenaza este activată alosteric de ADP și inhibată de niveluri crescute de NADH+H+.

Orez. 5.15. Ciclul acidului tricarboxilic (ciclul Krebs)

Acesta din urmă este, de asemenea, un inhibitor al α-cetoglutarat dehidrogenazei, a cărei activitate scade, de asemenea, odată cu creșterea nivelului de succinil-CoA.

Activitatea ciclului Krebs depinde în mare măsură de disponibilitatea substraturilor. „Scurgerea” constantă a substraturilor din ciclu (de exemplu, în cazul otrăvirii cu amoniac) poate provoca perturbări semnificative în alimentarea cu energie a celulelor.

Calea pentozo-fosfatului de oxidare a glucozei servește sinteze reductive în celulă.

După cum sugerează și numele, fosfații de pentoză foarte necesari sunt produși în această cale. Deoarece formarea pentozelor este însoțită de oxidarea și eliminarea primului atom de carbon al glucozei, această cale se mai numește și apotomică (apex- sus).

Calea pentozei fosfat poate fi împărțită în două părți: oxidativă și neoxidativă. În partea oxidativă, care include trei reacții, se formează NADPH?H+ și ribuloză-5-fosfat. În partea neoxidativă, ribuloza-5-fosfatul este transformat în diverse monozaharide cu 3, 4, 5, 6, 7 și 8 atomi de carbon; produsele finale sunt fructoză-6-fosfat și 3-PHA.

· Parte oxidantă . Prima reacție-dehidrogenarea glucozo-6-fosfatului de către glucozo-6-fosfat dehidrogenazei cu formarea acidului 5-lactonă 6-fosfogluconic și NADPH?H+ (NADP+) - coenzima glucozo-6-fosfat dehidrogenaza).

A doua reacție- hidroliza 6-fosfogluconolactonei de către gluconolactonhidrolaza. Produsul de reacție este 6-fosfogluconat.

A treia reacție- dehidrogenarea și decarboxilarea 6-fosfogluconolactonei de către enzima 6-fosfogluconat dehidrogenază, a cărei coenzimă este NADP + . În timpul reacției, coenzima este redusă și glucoza C-1 este scindată pentru a forma ribuloză-5-fosfat.

· Piesa neoxidanta . Spre deosebire de prima, oxidativă, toate reacțiile acestei părți a căii pentozei fosfatului sunt reversibile (Fig. 5.16)

Fig. 5.16 Partea oxidativă a căii pentozei fosfat (varianta F)

Ribuloza-5-fosfatul poate izomeriza (enzima - cetoizomeraza ) în riboză-5-fosfat și se epimerizează (enzima - epimeraza ) la xiluloză-5-fosfat. Urmează două tipuri de reacții: transketolaza și transaldolaza.

Transketolaza(coenzima - tiamină pirofosfat) desparte un fragment cu doi atomi de carbon și îl transferă în alte zaharuri (vezi diagrama). Transaldolaza poartă fragmente cu trei atomi de carbon.

Riboza-5-fosfatul și xiluloza-5-fosfatul intră mai întâi în reacție. Aceasta este o reacție de transketolază: fragmentul 2C este transferat de la xiluloz-5-fosfat la riboză-5-fosfat.

Cei doi compuși rezultați reacționează apoi unul cu celălalt într-o reacție de transaldolază; în acest caz, ca urmare a transferului fragmentului 3C de la sedoheptuloză-7-fosfat la 3-PHA, se formează eritroză-4-fosfat și fructoză-6-fosfat. Aceasta este varianta F a căii pentoze-fosfatului . Este caracteristic țesutului adipos.

Cu toate acestea, reacțiile pot merge și pe o cale diferită (Fig. 5.17), această cale este desemnată ca varianta L. Apare în ficat și în alte organe. În acest caz, în reacția transaldolazei se formează octuloză-1,8-difosfat.

Fig.5.17. Calea pentozo-fosfatului (apotomică) a metabolismului glucozei (octuloză sau varianta L)

Eritroza-4-fosfatul și fructoza-6-fosfatul pot intra într-o reacție de transketolază, care are ca rezultat formarea de fructoză-6-fosfat și 3-PHA.

Ecuația generală pentru părțile oxidative și neoxidative ale căii pentozei fosfat poate fi reprezentată după cum urmează:

Glucoză-6-P + 7H20 + 12NADP + 5 Pentoză-5-P + 6C02 + 12 NADPHN + + Fn.

Cea mai mare parte a energiei chimice a carbonului este eliberată în condiții aerobe cu participarea oxigenului. Ciclul Krebs este numit și ciclul acidului citric sau respirația celulară. Mulți oameni de știință au luat parte la descifrarea reacțiilor individuale ale acestui proces: A. Szent-Gyorgyi, A. Lehninger, X. Krebs, după care poartă numele ciclului, S. E. Severin și alții.

Există o strânsă corelație între digestia anaerobă și aerobă a carbohidraților. În primul rând, se exprimă în prezența acidului piruvic, care completează descompunerea anaerobă a carbohidraților și începe respirația celulară (ciclul Krebs). Ambele faze sunt catalizate de aceleași enzime. Energia chimică este eliberată în timpul fosforilării și este rezervată sub formă de macroergi ATP. Aceleași coenzime (NAD, NADP) și cationi participă la reacțiile chimice. Diferențele sunt următoarele: dacă digestia anaerobă a carbohidraților este predominant localizată în hialoplasmă, atunci reacțiile de respirație celulară au loc în principal în mitocondrii.

În anumite condiții, se observă antagonism între cele două faze. Deci, în prezența oxigenului, glicoliza scade brusc (efectul Pasteur). Produsele de glicoliză pot inhiba metabolismul aerob al carbohidraților (efectul Crabtree).

Ciclul Krebs are o serie de reacții chimice, în urma cărora produsele de descompunere a carbohidraților sunt oxidate în dioxid de carbon și apă, iar energia chimică este acumulată în compușii macroergici. În timpul formării unui „purtător” - acid oxaloacetic (SOC). Ulterior, are loc condensarea cu „purtătorul” reziduului de acid acetic activat. Există acid tricarboxilic - citric. În timpul reacțiilor chimice, are loc o „cifrare” a reziduului de acid acetic în ciclu. Din fiecare moleculă de acid piruvic se formează optsprezece molecule de adenozin trifosfat. La sfârșitul ciclului, este eliberat un „purtător”, care reacționează cu noi molecule ale reziduului de acid acetic activat.

Ciclul Krebs: reacții

Dacă produsul final al digestiei anaerobe a carbohidraților este acidul lactic, atunci sub influența lactat dehidrogenazei este oxidat în acid piruvic. O parte din moleculele de acid piruvic este utilizată pentru sinteza „purtătorului” BJC sub influența enzimei piruvat carboxilază și în prezența ionilor Mg2 +. O parte din moleculele acidului piruvic este sursa formării „acetatului activ” - acetilcoenzima A (acetil-CoA). Reacția se efectuează sub influența piruvat dehidrogenazei. Conține acetil-CoA care acumulează aproximativ 5-7% din energie. Masa principală de energie chimică se formează ca urmare a oxidării „acetatului activ”.

Sub influența citrat sintetazei, ciclul Krebs în sine începe să funcționeze, ceea ce duce la formarea acidului citrat. Acest acid, sub influența aconitat-hidratazei, se deshidratează și se transformă în acid cis-aconitic, care, după adăugarea unei molecule de apă, devine izocitric. Se stabilește un echilibru dinamic între cei trei acizi tricarboxilici.

Acidul izocitric este oxidat în acid oxalosuccinic, care este decarboxilat și transformat în acid alfa-cetoglutaric. Reacția este catalizată de enzima izocitrat dehidrogenază. Acidul alfa-cetoglutaric, sub influența enzimei 2-oxo-(alfa-ceto)-glutarat dehidrogenazei, este decarboxilat, rezultând formarea succinil-CoA care conține o legătură macroergică.

În etapa următoare, succinil-CoA, sub acțiunea enzimei succinil-CoA sintetaza, transferă legătura macroergică la GDP (acid guanozin difosfat). GTP (acid guanozin trifosfat) sub influența enzimei GTP-adenilat kinaza dă o legătură macroergică la AMP (acid adenozin monofosfat). Ciclul Krebs: formule - GTP + AMP - GDP + ADP.

Sub influența enzimei succinat dehidrogenaza (SDH) se oxidează la fumaric. Coenzima SDH este flavin adenin dinucleotida. Fumaratul, sub influența enzimei fumarat hidrază, este transformat în acid malic, care la rândul său este oxidat, formând BOC. În prezența acetil-CoA în sistemul de reacție, BFA este din nou inclus în ciclul acidului tricarboxilic.

Deci, dintr-o moleculă de glucoză se formează până la 38 de molecule de ATP (două - datorită glicolizei anaerobe, șase - ca urmare a oxidării a două molecule NAD H + H +, care s-au format în timpul oxidării glicolitice și 30 - datorită TCA). Coeficient acțiune utilă CTC este 0,5. Restul energiei este disipată sub formă de căldură. În TCA, 16-33% din acidul lactic este oxidat, restul masei sale este folosită pentru resinteza glicogenului.