Metabolizmi i kafshëve dhe i organizmave të tjerë bazohet në proceset kimike të nxjerrjes së energjisë së ruajtur në karbohidrate.

Gjatë fotosintezës, energjia diellore ruhet në lidhjet kimike molekulat e karbohidrateve, prej të cilave rolin më të rëndësishëm e luan glukoza e sheqerit me gjashtë karbon. Pasi organizmat e tjerë të gjallë i përdorin këto molekula për ushqim, energjia e ruajtur lirohet dhe përdoret për metabolizëm. Kjo ndodh gjatë proceseve të glikolizës dhe frymëmarrjes. E tërë procesi kimik mund të përshkruhet shkurtimisht si:

Glukozë + oksigjen → dioksid karboni + ujë + energji

Për t'i kuptuar më mirë këto procese, imagjinoni që trupi po "djeg" karbohidratet për energji.

Termi "glikolizë" është formuar duke kombinuar fjalën lizë, që do të thotë "ndarje", me fjalën glukozë. Siç nënkupton edhe emri, procesi fillon me nxjerrjen kimike të energjisë duke ndarë një molekulë glukoze në dy pjesë, secila përmban tre atome karboni. Në procesin e glikolizës, çdo molekulë e glukozës prodhon dy molekula tre-karbone të acidit piruvik. Përveç kësaj, energjia e glukozës ruhet në molekula (shih molekulat biologjike) që ne i quajmë "monedha e energjisë" e qelizës - dy molekula ATP dhe dy molekula NADP. Kështu, tashmë në fazën e parë të glikolizës, energjia lëshohet në një formë që mund të përdoret nga qelizat e trupit.

Ecuria e mëtejshme e ngjarjeve varet nga prania ose mungesa e oksigjenit në medium. Në mungesë të oksigjenit, acidi piruvik shndërrohet në molekula të tjera organike në rrjedhën e të ashtuquajturave procese anaerobe. Për shembull, në qelizat e majave, acidi piruvik shndërrohet në etanol. Tek kafshët, duke përfshirë njerëzit, kur furnizimi me oksigjen në muskuj është i varfëruar, acidi piruvik shndërrohet në acid laktik - është kjo që shkakton ndjenjën e ngurtësimit të muskujve kaq të njohur për të gjithë ne pas një sforcimi të rëndë fizik.

Në prani të oksigjenit, energjia lirohet gjatë frymëmarrjes aerobike, kur acidi piruvik ndahet në dioksid karboni dhe molekula uji me lirimin e njëkohshëm të energjisë së mbetur të ruajtur në molekulën e karbohidrateve. Frymëmarrja zhvillohet në një organelë qelizore të specializuar, mitokondri. Së pari, një atom karboni i acidit piruvik shkëputet. Kjo prodhon dioksid karboni, energji (ajo ruhet në një molekulë NADP) dhe një molekulë me dy karbon - një grup acetil. Pastaj zinxhiri i reagimit hyn në qendrën e koordinimit metabolik të qelizës - ciklin Krebs.

Cikli i Krebsit (i quajtur edhe cikli i acidit citrik ose cikli i acidit trikarboksilik) është një shembull i një fenomeni të njohur në biologji - një reaksion kimik që fillon kur një molekulë e caktuar hyrëse kombinohet me një molekulë tjetër që vepron si "ndihmëse". Ky kombinim fillon një sërë të tjerash reaksionet kimike, në të cilin formohen molekulat e produktit dhe në fund rikrijohet një molekulë ndihmëse, e cila mund të nisë sërish të gjithë procesin. Në ciklin e Krebsit, rolin e molekulës hyrëse e luan grupi acetil i formuar gjatë zbërthimit të acidit piruvik, dhe rolin e molekulës ndihmëse e luan molekula e acidit oksaloacetik me katër karbon. Gjatë reaksionit të parë kimik të ciklit, këto dy molekula kombinohen për të formuar molekula gjashtë-karbonike të acidit citrik (cikli i detyrohet një nga emrat e tij këtij acidi). Pastaj ndodhin tetë reaksione kimike, në të cilat së pari formohen molekulat bartëse të energjisë dhe dioksidi i karbonit, dhe më pas një molekulë e re e acidit oksaloacetik. Për të përpunuar energjinë e ruajtur në një molekulë glukoze, cikli i Krebsit duhet të përfundojë dy herë. Fitimi neto rezulton i barabartë me dy molekula ATP, katër molekula të dioksidit të karbonit dhe dhjetë molekula të tjera bartëse energjie (më shumë për to pak më vonë). Dioksidi i karbonit përfundimisht shpërndahet nga mitokondria dhe lirohet gjatë nxjerrjes.

(Shënim nga Wild_Katze: Fotografia në artikull ishte e vogël dhe e palexueshme, kështu që po e zëvendësoj me një fotografi më përshkruese të ciklit të Krebsit nga këtu http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/ files/mzip_618_14707/index.htm)

Cikli i Krebsit është një vazhdimësi e përsëritur e reaksioneve biokimike që ndodhin gjatë frymëmarrjes së kafshëve, bimëve dhe shumë mikroorganizmave. Këtu është një version i thjeshtuar i tij. Numrat në kllapa tregojnë numrin e atomeve të karbonit në secilën molekulë organike

Cikli i Krebsit është thelbësisht i rëndësishëm për jetën, jo vetëm sepse gjeneron energji. Përveç glukozës, shumë molekula të tjera që formojnë gjithashtu acidin piruvik mund të hyjnë në të. Për shembull, kur jeni në dietë, trupi nuk ka mjaftueshëm glukozë që konsumoni për të ruajtur metabolizmin, kështu që lipidet (yndyrat) hyjnë në ciklin e Krebsit, pas ndarjes paraprake. Kjo është arsyeja pse ju jeni duke humbur peshë. Përveç kësaj, molekulat mund të largohen nga cikli i Krebsit për të marrë pjesë në ndërtimin e proteinave, karbohidrateve dhe lipideve të reja. Kështu, cikli i Krebsit mund të pranojë energjinë e ruajtur në formë të ndryshme në shumë molekula, dhe krijoni një shumëllojshmëri të molekulave dalëse.

Nga pikëpamja energjetike, rezultati neto i ciklit të Krebsit është përfundimi i nxjerrjes së energjisë së ruajtur në lidhjet kimike të glukozës, transferimi i një pjese të vogël të kësaj energjie në molekulat ATP dhe ruajtja e pjesës tjetër të energjisë në energji të tjera. - molekula bartëse. (Duke folur për energjinë e lidhjeve kimike, nuk duhet harruar se duhet bërë punë për të ndarë atomet e lidhur.) fazën përfundimtare frymëmarrja, kjo energji e mbetur lirohet nga molekulat bartëse dhe gjithashtu ruhet në ATP. Molekulat që ruajnë energjinë lëvizin brenda mitokondrive derisa të përplasen me proteinat e specializuara të ngulitura në membranat e brendshme të mitokondrive. Këto proteina marrin elektrone nga transportuesit e energjisë dhe fillojnë t'i kalojnë ato përgjatë një zinxhiri molekulash - si një zinxhir njerëzish që kalojnë kova me ujë në zjarr - duke nxjerrë energjinë e ruajtur në lidhjet kimike. Energjia e nxjerrë në çdo fazë ruhet në formën e ATP. Në hapin e fundit, elektronet bashkohen me atomet e oksigjenit, të cilët më pas bashkohen me jonet e hidrogjenit (protonet) për të formuar ujë. Në zinxhirin e transportit të elektroneve, formohen të paktën 32 molekula ATP - 90% e energjisë së ruajtur në molekulën origjinale të glukozës.

Transformimi i energjisë në ciklin e Krebsit përfshin një proces mjaft kompleks të konjugimit kimiosmotik. Ky term tregon se së bashku me reaksionet kimike, osmoza është e përfshirë në çlirimin e energjisë - depërtimi i ngadaltë i tretësirave përmes ndarjeve organike. Në fakt, elektronet nga bartësit e energjisë që janë produkt i ciklit të Krebsit transferohen përgjatë zinxhirit të transportit dhe hyjnë në proteinat e zhytura në membranën që ndan ndarjet (kompartimentet) e brendshme dhe të jashtme të mitokondrive. Energjia e elektroneve përdoret për të lëvizur jonet e hidrogjenit (protonet) në ndarjen e jashtme, e cila shërben si një "magazinë energjie" - si një rezervuar i formuar përpara një dige. Kur protonet rrjedhin nëpër membranë, energjia përdoret për të formuar ATP, e ngjashme me mënyrën se si uji përpara një dige përdoret për të prodhuar energji elektrike kur bie mbi një gjenerator. Së fundi, në ndarjen e brendshme të mitokondrive, jonet e hidrogjenit kombinohen me molekulat e oksigjenit për të formuar ujin, një nga produktet përfundimtare të metabolizmit.

Kjo histori e glikolizës dhe frymëmarrjes ilustron se sa larg ka arritur kuptimi modern i sistemeve të gjalla. Një deklaratë e thjeshtë për një proces specifik - për shembull, se karbohidratet duhet të "digjen" për metabolizmin - përfshin një përshkrim tepër të detajuar të proceseve komplekse që ndodhin në nivelin molekular dhe përfshijnë një numër të madh molekulash të ndryshme. Kuptimi i biologjisë molekulare moderne është disi i ngjashëm me leximin e një romani klasik rus: është e lehtë për ju të kuptoni çdo ndërveprim midis personazheve, por, pasi të keni arritur në faqen 1423, mund të harroni se kush është Petr Petrovich Alexei Alekseevich. Në të njëjtën mënyrë, çdo reaksion kimik në zinxhirin e sapo përshkruar duket i kuptueshëm, por kur të lexoni deri në fund, do të habiteni me kompleksitetin e pakuptueshëm të procesit. Si ngushëllim, vërej se edhe unë ndihem njësoj.

Acetyl-SCoA i formuar në reaksionin PVC-dehidrogjenazë më pas hyn në Cikli i acidit trikarboksilik(CTC, cikli i acidit citrik, cikli i Krebsit). Përveç piruvatit, në cikël janë të përfshirë edhe ketoacidet, që vijnë nga katabolizmi i aminoacideve ose i ndonjë lënde tjetër.

Cikli i acidit trikarboksilik

Cikli fillon matrica mitokondriale dhe përfaqëson oksidimi molekulat acetil-SCoA në tetë reagime të njëpasnjëshme.

Në reagimin e parë, ato lidhen acetil dhe oksaloacetat(acid oksaloacetik) për të formuar citrate(acidi citrik), pastaj acidi citrik izomerizohet në izocitrate dhe dy reaksione dehidrogjenimi me çlirim shoqërues të CO 2 dhe reduktim të NAD.

Në reaksionin e pestë, formohet GTP, ky është reagimi fosforilimi i substratit. Më pas, dehidrogjenizimi i varur nga FAD ndodh në mënyrë sekuenciale suksinojnë(acidi succinic), hidratim fumarik acid deri malate(acidi malik), pastaj formohet dehidrogjenimi i varur nga NAD oksaloacetat.

Si rezultat, pas tetë reagimeve të ciklit përsëri formohet oksaloacetati .

Tre reagimet e fundit përbëjnë të ashtuquajturat motiv biokimik(Dehidrogjenimi i varur nga FAD, hidratimi dhe dehidrogjenimi i varur nga NAD, përdoret për të futur një grup keto në strukturën suksinate. Ky motiv është gjithashtu i pranishëm në reaksionet e oksidimit të acideve yndyrore β. Në rend të kundërt (reduktimi, de hidratimi dhe rikuperimi) ky motiv vërehet në reaksionet e sintezës së acideve yndyrore.

Funksionet e DTC

1. Energjia

• brezi atomet e hidrogjenit për funksionimin e zinxhirit të frymëmarrjes, përkatësisht tre molekula NADH dhe një molekulë FADH2,
• sinteza e një molekule të vetme GTP(ekuivalente me ATP).

2. Anabolik. Në CTC janë formuar

• pararendës heme suksinil-SCoA,
• keto acidet që mund të shndërrohen në aminoacide - α-ketoglutarat për acidin glutamik, oksaloacetat për aspartikun,
• acid limoni, përdoret për sintezën e acideve yndyrore,
• oksaloacetat, përdoret për sintezën e glukozës.

Reaksionet anabolike të TCA

Rregullimi i ciklit të acidit trikarboksilik

Rregullimi alosterik

Enzimat që katalizojnë reaksionet 1, 3 dhe 4 të TCA janë të ndjeshme ndaj rregullimi alosterik metabolitët:

Rregullimi i disponueshmërisë së oksaloacetatit

shefi dhe kryesore Rregullatori i TCA është oksaloacetati, ose më saktë disponueshmëria e tij. Prania e oksaloacetatit përfshin acetil-SCoA në ciklin TCA dhe fillon procesin.

Zakonisht qeliza ka ekuilibër ndërmjet formimit të acetil-SCoA (nga glukoza, acidet yndyrore ose aminoacidet) dhe sasisë së oksaloacetatit. Burimi i oksaloacetatit është

1)acidi piruvik formuar nga glukoza ose alanina,

Sinteza e oksaloacetatit nga piruvati

Rregullimi i aktivitetit të enzimës piruvat karboksilazë kryhet me pjesëmarrje acetil-SCoA. Është alosterike aktivizues enzimë, dhe pa të, piruvat karboksilaza është praktikisht joaktive. Kur akumulohet acetil-SCoA, enzima fillon të funksionojë dhe formohet oksaloacetati, por, natyrisht, vetëm në prani të piruvatit.

2) Marrja nga acid aspartik si rezultat i transaminimit ose nga cikli AMP-FMN,

3) Marrje nga acidet e frutave vetë cikli (qelibar, α-ketoglutarik, malik, citrik) i formuar gjatë katabolizmit të aminoacideve ose në procese të tjera. Shumica aminoacidet gjatë katabolizmit të tyre, ato janë në gjendje të kthehen në metabolitë të TCA, të cilët më pas kalojnë në oksaloacetat, i cili gjithashtu ruan aktivitetin e ciklit.

Rimbushja e grupit të metabolitëve TCA nga aminoacidet

Reaksionet e rimbushjes së ciklit me metabolitë të rinj (oksaloacetat, citrat, α-ketoglutarat, etj.) quhen anaplerotike.

Roli i oksaloacetatit në metabolizëm

Një shembull i një roli të rëndësishëm oksaloacetat shërben për aktivizimin e sintezës së trupave ketonikë dhe ketoacidoza Plazma e gjakut në të pamjaftueshme sasia e oksaloacetatit në mëlçi. Kjo gjendje vërehet gjatë dekompensimit të diabetit mellitus të varur nga insulina (diabeti i tipit 1) dhe gjatë urisë. Me këto çrregullime, procesi i glukoneogjenezës aktivizohet në mëlçi, d.m.th. formimi i glukozës nga oksaloacetati dhe metabolitët e tjerë, gjë që sjell një ulje të sasisë së oksaloacetatit. Aktivizimi i njëkohshëm i oksidimit të acideve yndyrore dhe akumulimi i acetil-SCoA shkakton një rrugë rezervë për përdorimin e grupit acetil - sinteza e trupave të ketonit. Në këtë rast, trupi zhvillon acidifikimin e gjakut ( ketoacidoza) me një pasqyrë klinike karakteristike: dobësi, dhimbje koke, përgjumje, ulje të tonusit të muskujve, temperaturë të trupit dhe presion të gjakut.

Ndryshimi në shkallën e reaksioneve TCA dhe arsyet e akumulimit të trupave të ketonit në kushte të caktuara

Metoda e përshkruar e rregullimit me pjesëmarrjen e oksaloacetatit është një ilustrim i formulimit të bukur " Yndyrnat digjen në flakën e karbohidrateve". Kjo nënkupton që "flaka e djegur" e glukozës çon në shfaqjen e piruvatit dhe piruvati shndërrohet jo vetëm në acetil-SCoA, por edhe në oksaloacetat. Prania e oksaloacetatit garanton përfshirjen e një grupi acetil të formuar nga Acidet yndyrore në formën e acetil-SCoA, në reaksionin e parë të TCA.

Në rastin e një “djegie” në shkallë të gjerë të acideve yndyrore, e cila vërehet në muskuj gjatë punë fizike dhe në mëlçi agjërimi, shpejtësia e hyrjes së acetil-SCoA në reaksionin TCA do të varet drejtpërdrejt nga sasia e oksaloacetatit (ose glukozës së oksiduar).

Nëse sasia e oksaloacetatit në hepatocit nuk mjafton (pa glukozë ose nuk oksidohet në piruvat), atëherë grupi acetil do të shkojë në sintezën e trupave ketonikë. Kjo ndodh kur agjërimi i zgjatur dhe diabeti i tipit 1.

Jo të gjithë ne jemi të vetëdijshëm për një fenomen të tillë si cikli i Krebsit. Cfare eshte? Me fjalë të thjeshta, ky fenomen mund të përshkruhet si reaksione kimike në trupin e njeriut, si rezultat i të cilave prodhohet adenozinotrifosfati.

Ky fenomen u hetua nga Hans Krebs, një shkencëtar gjerman në vitet '30 të shekullit të 20-të. Në këtë kohë, ai dhe ndihmësi i tij studiuan qarkullimin e uresë. Gjatë periudhës kur i Dytë Lufte boterore, shkencëtari u zhvendos për të jetuar në Angli, ku hulumtimi i tij tregoi se disa acide mund të katalizojnë proceset në trupin e njeriut. Per Ky studim shkencëtari u shpërblye Çmimi Nobël.

Çfarë është cikli i Krebsit?

Energjia në trupin e njeriut varet nga glukoza, një substancë që gjendet në gjak. Për të transformuar glukozën në energji, qelizat e trupit përmbajnë mitokondri. Kur ndodh i gjithë procesi i transformimit, substanca adenozinë trifosfat, e shkurtuar si ATP, përftohet nga glukoza. ATP është burimi kryesor i energjisë në trupin e njeriut.

Struktura e substancës që rezulton i jep asaj aftësinë për t'u integruar në proteina në mënyrë që të sigurojë sasinë e nevojshme të energjisë për organet dhe sistemet e njeriut. Vetë glukoza nuk mund të shndërrohet drejtpërdrejt në ATP, kështu që ky proces kërkon mekanizma komplekse. Ky mekanizëm është cikli i Krebsit.

Nese nje gjuhë e thjeshtë Për të shpjeguar këtë proces, mund të themi se cikli i Krebsit është një zinxhir reaksionesh kimike që ndodhin në trupin tonë, më saktë në secilën qelizë të tij. Ky proces është një cikël dhe quhet kështu sepse vazhdon pafundësisht. Kur përfundon cikli i Krebsit, rezultati është prodhimi i substancës adenozinë trifosfat. Kjo është baza e energjisë për funksionimin e trupit të njeriut.

Përndryshe, ky cikël quhet frymëmarrje qelizore. Emri i dytë i procesit ishte për faktin se të gjitha fazat e tij kërkojnë praninë e oksigjenit. Gjatë këtij procesi, prodhohen aminoacide dhe karbohidrate. Me këtë mund të gjykojmë se cikli kryen një funksion tjetër - ndërtimin.

Në mënyrë që procesi i mësipërm të realizohet, duhet të ketë mjaft elementë gjurmë në trupin e njeriut, duhet të jenë të paktën njëqind prej tyre. Vitaminat janë ndër përbërësit e nevojshëm. Nëse nuk ka mjaft elementë gjurmë, të paktën një prej tyre mungon, atëherë cikli nuk do të jetë aq efektiv. Dhe joefikasiteti i ciklit Krebs çon në faktin se metabolizmi në trup është i shqetësuar.

Rregullimi i ciklit

Rregullimi i një fenomeni të tillë si cikli i Krebsit ka një ndikim të madh në funksionimin e trupit të njeriut. Është e rëndësishme që ai të përshtatet me mënyrën se si ndryshojnë kushtet. mjedisi i jashtëm dhe si ndryshojnë sistemet fiziologjike. Ekzistojnë faktorë rregullues, të cilët ndahen në disa grupe:

• rregullimi që ndodh me nënshtresat që përmbajnë karbon, si dhe produktet që janë të ndërmjetme në vetë ciklin;
• rregullimi me ndihmën e nukleotideve adenil, të cilat mund të jenë edhe koenzima edhe produkte të procesit përfundimtar.

Në fillim është e nevojshme të kuptohet se cilat janë funksionet e produkteve gjatë kalimit të ciklit, të cilat janë të ndërmjetme. Le t'i kushtojmë vëmendje rolit të oksaloacetatit. Ky është një element shumë i rëndësishëm, sepse kur rezervat e tij të indeve ulen, cikli ndalon së përsërituri.

Kjo e varfëron një burim shumë të rëndësishëm energjie të trupit dhe pasojat për qelizat janë të tmerrshme. Pasojat janë gjithashtu të dëmshme sepse nuk ka mjaftueshëm oksaloacetat, i cili nevojitet për të vepruar acetil-CoA. Acetyl-CoA formohet gjatë katabolizmit të karbohidrateve dhe yndyrave. Në këtë rast, grumbullohen fragmente me dy karbon. Kur ato kondensohen, një sasi e tepërt e acetoacetatit grumbullohet në inde. Përveç tij, trupa të tjerë të ngjashëm grumbullohen. Në të njëjtën kohë, në trupin e njeriut zhvillohet ketoza, e cila është një gjendje patologjike.

Në secilin rast, kur formohet acetil-CoA, dhe ka shumë prej tij, nuk ka mjaftueshëm oksaloacetat për ta kondensuar atë. Me secilin prej këtyre cikleve, ndodh ketoza. E thënë thjesht, ketoza provokon mungesë të oksaloacetatit nëse niveli i tij është më i ulët se sasia e acetil-CoA.

Kur ndodh ketoza në trup, ka një shkelje midis proceseve të oksidimit të yndyrës dhe katabolizmit të karbohidrateve. Ky fenomen vjen për faktin se ky i fundit mund të prodhojë oksaloceat gjatë karboksilimit të piruvatit. Ky reagim i nënshtrohet një procesi katalizimi. Katalizohet në mitokondri nga enzima e biotinës. Ky është mekanizmi kryesor me të cilin karbohidratet prodhohen në trup. Kështu formohet CO2, i cili më tej merr pjesë në ciklin e Krebsit. Ai gjithashtu siguron procesin e glukoneogjenezës me fragmente që përmbajnë karbohidrate.

Reaksionet e këtij cikli çojnë në formimin e oksaloacetatit. Rregullimi i tij ndodh si një reagim, dhe kjo sigurohet nga fakti se oksaloacetati vepron si një frenues konkurrues i suksinat dehidrogjenazës. Në të njëjtën kohë, enzima ka rolin e një rregullatori në këtë cikël.

Duke përmbledhur, duhet thënë se cikli i Krebsit është një proces në qelizat e trupit që mund të prodhojë energji për funksionimin normal të tij. Nëse ky proces ndodh gabimisht, atëherë kjo çon në një gjendje patologjike dhe metabolizëm të dëmtuar në trupin e njeriut.

Video

Kjo rrugë metabolike ka marrë emrin e autorit që e zbuloi - G. Krebs, i cili mori (së bashku me F. Lipman) për këtë zbulim në 1953 çmimin Nobel. Cikli i acidit citrik kap pjesën më të madhe të energjisë së lirë nga shpërbërja e proteinave, yndyrave dhe karbohidrateve në ushqim. Cikli i Krebsit është rruga kryesore metabolike.

Acetyl-CoA i formuar si rezultat i dekarboksilimit oksidativ të piruvatit në matricën mitokondriale përfshihet në zinxhirin e reaksioneve të njëpasnjëshme të oksidimit. Janë tetë reagime të tilla.

Reagimi i parë - formimi i acidit citrik. Formimi i citratit ndodh nga kondensimi i mbetjes acetil të acetil-CoA me oksalacetat (OA) duke përdorur enzimën citrate sintazë (me pjesëmarrjen e ujit):

Ky reagim është praktikisht i pakthyeshëm, pasi lidhja tioeterike e pasur me energji e acetil~S-CoA dekompozohet.

Reaksioni i dytë - formimi i acidit izocitrik. Ky reaksion katalizohet nga një enzimë që përmban hekur (Fe - joheme) - akonitaza. Reagimi vazhdon në fazën e formimit cis-acidi akonitik (acidi citrik pëson dehidrim për t'u formuar cis-acidi akonitik, i cili, duke bashkuar një molekulë uji, shndërrohet në acid izocitrik).

Reaksioni i tretë - dehidrogjenimi dhe dekarboksilimi i drejtpërdrejtë i acidit izocitrik. Reaksioni katalizohet nga enzima e varur nga NAD+ izocitrate dehidrogjenaza. Enzima ka nevojë për praninë e joneve të manganit (ose magnezit). Duke qenë nga natyra një proteinë alosterike, izocitrat dehidrogjenaza ka nevojë për një aktivizues specifik - ADP.

Reaksioni i 4-të - dekarboksilimi oksidativ i acidit α-ketoglutarik. Procesi katalizohet nga α-ketoglutarate dehidrogjenaza - një kompleks enzimë i ngjashëm në strukturë dhe mekanizëm veprimi me kompleksin e piruvat dehidrogjenazës. Ai përbëhet nga të njëjtat koenzima: TPP, LA dhe FAD - koenzimat e vetë kompleksit; KoA-SH dhe NAD+ janë koenzima të jashtme.

Reagimi i 5-të - fosforilimi i substratit. Thelbi i reaksionit është transferimi i një energjie të pasur lidhjeje të suksinil-CoA (përbërja makroergjike) në GDP me pjesëmarrjen e acidit fosforik - në këtë rast, formohet GTP, molekula e së cilës reagon. rifosforilimi me ADP formohet ATP.

Reagimi i 6-të - dehidrogjenimi i acidit succinic me succinate dehydrogenase. Enzima transferon drejtpërdrejt hidrogjenin nga substrati (sukcinati) në ubiquinone të membranës së brendshme mitokondriale. Suksinat dehidrogjenaza është kompleksi II i zinxhirit respirator mitokondrial. Koenzima në këtë reaksion është FAD.

Reagimi i 7-të - formimi i acidit malik nga enzima fumarazë. Fumaraza (hidrataza fumarate) hidraton acidin fumarik - kjo formon acid malik, dhe L-formë, pasi enzima është stereospecifike.

Reagimi i 8-të - formimi i oksacetatit. Reaksioni katalizohet malate dehidrogjenaza , koenzima e të cilit është MBI + . Oksalacetati i formuar nën veprimin e enzimës përfshihet sërish në ciklin e Krebsit dhe i gjithë procesi ciklik përsëritet.

Tre reaksionet e fundit janë të kthyeshme, por duke qenë se NADH?H+ merret nga zinxhiri i frymëmarrjes, ekuilibri i reaksionit zhvendoset djathtas, d.m.th. drejt formimit të oksacetatit. Siç mund të shihet, oksidimi i plotë, "djegia" e molekulave të acetil-CoA ndodh në një kthesë të ciklit. Gjatë ciklit, formohen forma të reduktuara të koenzimave nikotinamide dhe flavine, të cilat oksidohen në zinxhirin respirator të mitokondrive. Kështu, cikli i Krebsit është i lidhur ngushtë me procesin e frymëmarrjes qelizore.

Funksionet e ciklit të acidit trikarboksilik janë të ndryshme:

· Integruese - Cikli i Krebsit është rruga qendrore metabolike që kombinon proceset e kalbjes dhe sintezës së komponentëve më të rëndësishëm të qelizës.

· Anabolike - substratet e ciklit përdoren për sintezën e shumë komponimeve të tjera: oksalacetati përdoret për sintezën e glukozës (glukoneogjeneza) dhe sinteza e acidit aspartik, acetil-CoA - për sintezën e hemit, α-ketoglutarat - për sintezën. e acidit glutamik, acetil-CoA - për sintezën e acideve yndyrore, kolesterolit, hormoneve steroide, trupave të acetonit, etj.

· katabolike - në këtë cikël, produktet e kalbjes së glukozës, acideve yndyrore, aminoacideve ketogjenike përfundojnë udhëtimin e tyre - të gjitha kthehen në acetil-CoA; acid glutamik - në α-ketoglutaric; aspartik - tek oksaloacetati, etj.

· Në fakt energjia - një nga reaksionet e ciklit (zbërthimi i suksinil-CoA) është një reaksion fosforilimi i substratit. Gjatë këtij reaksioni, formohet një molekulë GTP (reaksioni i rifosforilimit çon në formimin e ATP).

· Dhurues i hidrogjenit - me pjesëmarrjen e tre dehidrogjenazave të varura NAD + (isocitrate, α-ketoglutarate dhe malate dehidrogjenaza) dhe dehidrogjenaza suksinate e varur nga FAD, formohen 3 NADH?H + dhe 1 FADH 2. Këto koenzima të reduktuara janë dhurues hidrogjeni për zinxhirin respirator mitokondrial, energjia e transferimit të hidrogjenit përdoret për sintezën e ATP.

· Anaplerotike - rimbushje. Sasi të konsiderueshme të substrateve të ciklit Krebs përdoren për sintezën e përbërjeve të ndryshme dhe largohen nga cikli. Një nga reaksionet që plotëson këto humbje është reaksioni i katalizuar nga piruvat karboksilaza.

Shpejtësia e reagimit të ciklit të Krebsit përcaktohet nga nevojat energjetike të qelizës

Shpejtësia e reaksioneve të ciklit Krebs lidhet me intensitetin e procesit të frymëmarrjes së indeve dhe fosforilimin oksidativ të lidhur - kontrollin e frymëmarrjes. Të gjithë metabolitët që pasqyrojnë furnizim të mjaftueshëm me energji në qelizë janë frenues të ciklit të Krebsit. Një rritje në raportin e ATP / ADP është një tregues i furnizimit të mjaftueshëm të energjisë në qelizë dhe zvogëlon aktivitetin e ciklit. Një rritje në raportin e NAD + / NADH, FAD / FADH 2 tregon mungesë energjie dhe është një sinjal i përshpejtimit të proceseve të oksidimit në ciklin Krebs.

Veprimi kryesor i rregullatorëve ka për qëllim aktivitetin e tre enzimave kryesore: citrate sintaza, izocitrate dehidrogjenaza dhe a-ketoglutarate dehidrogjenaza. Frenuesit alosterikë të sintazës citrate janë ATP, acidet yndyrore. Në disa qeliza, citrat dhe NADH luajnë rolin e frenuesve të tij. Izocitrate dehidrogjenaza aktivizohet në mënyrë alosterike nga ADP dhe frenohet nga nivelet e ngritura të NADH+H+.

Oriz. 5.15. Cikli i acidit trikarboksilik (cikli Krebs)

Ky i fundit është gjithashtu një frenues i α-ketoglutarat dehidrogjenazës, aktiviteti i së cilës gjithashtu zvogëlohet me rritjen e nivelit të suksinil-CoA.

Aktiviteti i ciklit Krebs varet kryesisht nga disponueshmëria e substrateve. "Rrjedhja" e vazhdueshme e substrateve nga cikli (për shembull, në rast të helmimit me amoniak) mund të shkaktojë shqetësime të konsiderueshme në furnizimin me energji të qelizave.

Rruga e pentozës fosfat e oksidimit të glukozës shërben sinteza reduktuese në qelizë.

Siç nënkupton edhe emri, fosfatet pentozë shumë të nevojshme prodhohen në këtë rrugë. Meqenëse formimi i pentozave shoqërohet me oksidimin dhe eliminimin e atomit të parë të karbonit të glukozës, kjo rrugë quhet edhe apotomike (kulmi- lartë).

Rruga e pentozës fosfat mund të ndahet në dy pjesë: oksiduese dhe jooksiduese. Në pjesën oksiduese, që përfshin tre reaksione, formohen NADPH?H + dhe ribuloz-5-fosfat. Në pjesën jooksiduese, ribuloz-5-fosfati shndërrohet në monosakaride të ndryshme me 3, 4, 5, 6, 7 dhe 8 atome karboni; produktet përfundimtare janë fruktoza-6-fosfati dhe 3-PHA.

· Pjesë oksiduese . Reagimi i parë-dehidrogjenimi i glukoz-6-fosfatit nga glukoz-6-fosfat dehidrogjenaza me formimin e acidit δ-lakton 6-fosfoglukonik dhe NADPH?H + (NADP + - koenzima glukoz-6-fosfat dehidrogjenaza).

Reagimi i dytë- hidroliza e 6-fosfoglukonolaktonit nga hidrolaza e glukonolaktonit. Produkti i reagimit është 6-fosfoglukonat.

Reagimi i tretë- dehidrogjenimi dhe dekarboksilimi i 6-fosfoglukonolaktonit nga enzima 6-fosfoglukonat dehidrogjenaza, koenzima e së cilës është NADP + . Gjatë reaksionit, koenzima reduktohet dhe glukoza C-1 shkëputet për të formuar ribuloz-5-fosfat.

· Pjesë jo oksiduese . Ndryshe nga i pari, oksidativ, të gjitha reaksionet e kësaj pjese të rrugës së pentozës fosfat janë të kthyeshme (Fig. 5.16)

Fig.

Ribuloz-5-fosfati mund të izomerizohet (enzima - ketoizomeraza ) në ribozë-5-fosfat dhe epimerizohet (enzima - epimeraza ) në ksilulozë-5-fosfat. Pasojnë dy lloje reaksionesh: transketolaza dhe transaldolaza.

Transketolaza(koenzima - tiaminë pirofosfat) ndan një fragment me dy karbon dhe e transferon atë në sheqerna të tjerë (shih diagramin). Transaldolaza mbart fragmente me tre karbon.

Riboza-5-fosfati dhe ksiluloza-5-fosfati hyjnë së pari në reaksion. Ky është një reaksion transketolazë: fragmenti 2C transferohet nga ksilulozë-5-fosfati në ribozë-5-fosfat.

Dy komponimet që rezultojnë më pas reagojnë me njëri-tjetrin në një reaksion transaldolazë; në këtë rast, si rezultat i transferimit të fragmentit 3C nga sedoheptuloz-7-fosfati në 3-PHA, formohen eritroza-4-fosfat dhe fruktoza-6-fosfat, ky është varianti F i rrugës së pentozofosfatit. . Është karakteristikë e indit dhjamor.

Megjithatë, reaksionet mund të shkojnë edhe përgjatë një rruge të ndryshme (Fig. 5.17) Kjo rrugë është caktuar si varianti L. Ndodh në mëlçi dhe organe të tjera. Në këtë rast, oktuloza-1,8-difosfati formohet në reaksionin e transaldolazës.

Fig.5.17. Rruga e pentozës fosfat (apotomike) e metabolizmit të glukozës (oktulozë, ose variant L)

Eritroza-4-fosfati dhe fruktoza-6-fosfati mund të hyjnë në një reaksion transketolazë, i cili rezulton në formimin e fruktozës-6-fosfatit dhe 3-PHA.

Ekuacioni i përgjithshëm për pjesët oksiduese dhe jo-oksiduese të rrugës së pentozës fosfat mund të përfaqësohet si më poshtë:

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

Pjesa më e madhe e energjisë kimike të karbonit lirohet në kushte aerobike me pjesëmarrjen e oksigjenit. Cikli i Krebsit quhet edhe cikli i acidit citrik, ose frymëmarrje qelizore. Në deshifrimin e reagimeve individuale të këtij procesi morën pjesë shumë shkencëtarë: A. Szent-Gyorgyi, A. Lehninger, X. Krebs, me emrin e të cilit është emëruar cikli, S. E. Severin e të tjerë.

Ekziston një lidhje e ngushtë midis tretjes anaerobe dhe aerobike të karbohidrateve. Para së gjithash, ai shprehet në prani të acidit piruvik, i cili përfundon ndarjen anaerobe të karbohidrateve dhe fillon frymëmarrjen qelizore (cikli i Krebsit). Të dy fazat katalizohen nga të njëjtat enzima. Energjia kimike lirohet gjatë fosforilimit dhe rezervohet në formën e makroergëve ATP. Të njëjtat koenzima (NAD, NADP) dhe katione marrin pjesë në reaksionet kimike. Dallimet janë si më poshtë: nëse tretja anaerobe e karbohidrateve lokalizohet kryesisht në hialoplazmë, atëherë reaksionet e frymëmarrjes qelizore zhvillohen kryesisht në mitokondri.

Në kushte të caktuara, vërehet antagonizëm midis dy fazave. Pra, në prani të oksigjenit, glikoliza zvogëlohet ndjeshëm (efekti Pasteur). Produktet e glikolizës mund të pengojnë metabolizmin aerobik të karbohidrateve (efekti Crabtree).

Cikli i Krebsit ka një sërë reaksionesh kimike, si rezultat i të cilave produktet e ndarjes së karbohidrateve oksidohen në dioksid karboni dhe ujë, dhe energjia kimike grumbullohet në përbërjet makroergjike. Gjatë formimit të një "bartës" - acidi oksaloacetik (SOC). Më pas, kondensimi ndodh me "bartësin" e mbetjes së aktivizuar të acidit acetik. Ekziston acid trikarboksilik - limoni. Gjatë reaksioneve kimike, ka një "qarkullim" të mbetjes së acidit acetik në cikël. Nga çdo molekulë e acidit piruvik formohen tetëmbëdhjetë molekula të adenozinës trifosfatit. Në fund të ciklit, lëshohet një "bartës", i cili reagon me molekula të reja të mbetjes së aktivizuar të acidit acetik.

Cikli i Krebsit: reagimet

Nëse produkti përfundimtar i tretjes anaerobe të karbohidrateve është acidi laktik, atëherë nën ndikimin e laktat dehidrogjenazës ai oksidohet në acid piruvik. Një pjesë e molekulave të acidit piruvik përdoret për sintezën e "bartësit" të BJC nën ndikimin e enzimës piruvat karboksilazë dhe në prani të joneve Mg2 +. Një pjesë e molekulave të acidit piruvik është burimi i formimit të "acetatit aktiv" - acetilkoenzimës A (acetil-CoA). Reagimi kryhet nën ndikimin e piruvat dehidrogjenazës. Acetyl-CoA përmban i cili akumulon rreth 5-7% të energjisë. Masa kryesore e energjisë kimike formohet si rezultat i oksidimit të "acetatit aktiv".

Nën ndikimin e sintetazës citrate, vetë cikli i Krebsit fillon të funksionojë, gjë që çon në formimin e acidit citrat. Ky acid, nën ndikimin e hidratazës akonitate, dehidratohet dhe shndërrohet në acid cis-akonitik, i cili pas shtimit të një molekule uji bëhet izocitric. Ndërmjet tre acideve trikarboksilike vendoset një ekuilibër dinamik.

Acidi izocitrik oksidohet në acid oksalosukcinik, i cili dekarboksilohet dhe shndërrohet në acid alfa-ketoglutarik. Reaksioni katalizohet nga enzima izocitrate dehidrogjenaza. Acidi alfa-ketoglutarik, nën ndikimin e enzimës 2-okso-(alfa-keto)-glutarate dehidrogjenazë, dekarboksilohet, duke rezultuar në formimin e suksinil-CoA që përmban një lidhje makroergjike.

Në fazën tjetër, succinyl-CoA, nën veprimin e enzimës succinyl-CoA sintetazë, transferon lidhjen makroergjike në GDP (acid guanozine difosfat). GTP (acidi i guanozinës trifosfat) nën ndikimin e enzimës GTP-adenilate kinazë jep një lidhje makroergjike me AMP-në (acid adenozino monofosfat). Cikli i Krebsit: formulat - GTP + AMP - GDP + ADP.

Nën ndikimin e enzimës suksinate dehidrogjenaza (SDH) oksidohet në fumarik. Koenzima e SDH është flavin adenine dinukleotidi. Fumarati, nën ndikimin e enzimës fumarat hidratazë, shndërrohet në acid malik, i cili nga ana e tij oksidohet, duke formuar BOC. Në prani të acetil-CoA në sistemin e reagimit, BFA përsëri përfshihet në ciklin e acidit trikarboksilik.

Pra, deri në 38 molekula ATP formohen nga një molekulë glukoze (dy - për shkak të glikolizës anaerobe, gjashtë - si rezultat i oksidimit të dy molekulave NAD H + H +, të cilat u formuan gjatë oksidimit glikolitik, dhe 30 - për shkak të TCA). Koeficient veprim i dobishëm CTC është 0.5. Pjesa tjetër e energjisë shpërndahet si nxehtësi. Në TCA, 16-33% e acidit laktik oksidohet, pjesa tjetër e masës së tij përdoret për risintezën e glikogjenit.