Hayvanların ve diğer organizmaların metabolizması, karbonhidratlarda depolanan enerjinin çıkarılmasının kimyasal süreçlerine dayanır.

Fotosentez sırasında güneş enerjisi depolanır. Kimyasal bağlar altı karbonlu şeker glikozunun en önemli rolü oynadığı karbonhidrat molekülleri. Diğer canlı organizmalar bu molekülleri besin olarak kullandıktan sonra depolanan enerji açığa çıkar ve metabolizma için kullanılır. Bu, glikoliz ve solunum süreçleri sırasında meydana gelir. Tüm kimyasal işlem kısaca şöyle tanımlanabilir:

Glikoz + oksijen → karbondioksit + su + enerji

Bu süreçleri daha iyi anlamak için vücudun enerji için karbonhidratları "yaktığını" hayal edin.

"Glikoliz" terimi, "bölünme" anlamına gelen lizis kelimesinin glikoz kelimesi ile birleştirilmesiyle oluşur. Adından da anlaşılacağı gibi, süreç, bir glikoz molekülünü her biri üç karbon atomu içeren iki parçaya bölerek enerjinin kimyasal olarak çıkarılmasıyla başlar. Glikoliz sürecinde, her glikoz molekülü iki üç karbonlu piruvik asit molekülü üretir. Ek olarak, glikozun enerjisi, hücrenin "enerji para birimi" olarak adlandırdığımız moleküllerde (bkz. Biyolojik moleküller) depolanır - iki ATP molekülü ve iki NADP molekülü. Böylece, zaten glikolizin ilk aşamasında, vücudun hücreleri tarafından kullanılabilecek bir biçimde enerji açığa çıkar.

Olayların daha sonraki seyri, ortamdaki oksijenin varlığına veya yokluğuna bağlıdır. Oksijen yokluğunda, pirüvik asit, anaerobik prosesler adı verilen süreç içinde diğer organik moleküllere dönüştürülür. Örneğin, maya hücrelerinde piruvik asit etanole dönüştürülür. İnsanları da içeren hayvanlarda, kaslardaki oksijen kaynağı tükendiğinde, piruvik asit laktik aside dönüşür - ağır fiziksel efordan sonra hepimiz için çok tanıdık olan kas sertliği hissine neden olan budur.

Oksijen varlığında, aerobik solunum sırasında, piruvik asit karbon dioksit ve su moleküllerine bölündüğünde, karbonhidrat molekülünde depolanan kalan enerjinin eşzamanlı salınımı ile enerji açığa çıkar. Solunum, özel bir hücre organeli olan mitokondride gerçekleşir. İlk olarak, piruvik asidin bir karbon atomu parçalanır. Bu, karbondioksit, enerji (bir NADP molekülünde depolanır) ve iki karbonlu bir molekül - bir asetil grubu üretir. Daha sonra reaksiyon zinciri, hücrenin metabolik koordinasyon merkezine - Krebs döngüsüne - girer.

Krebs döngüsü (sitrik asit döngüsü veya trikarboksilik asit döngüsü olarak da adlandırılır), biyolojide iyi bilinen bir fenomenin bir örneğidir - belirli bir gelen molekülün "yardımcı" olarak hareket eden başka bir molekülle birleştiğinde başlayan kimyasal bir reaksiyon. Bu kombinasyon, bir dizi başka kimyasal reaksiyonlar, ürün moleküllerinin oluştuğu ve sonunda tüm süreci yeniden başlatabilecek bir yardımcı molekülün yeniden oluşturulduğu. Krebs döngüsünde, gelen molekülün rolü, piruvik asidin parçalanması sırasında oluşan asetil grubu tarafından oynanır ve yardımcı molekülün rolü, dört karbonlu oksaloasetik asit molekülü tarafından oynanır. Döngünün ilk kimyasal reaksiyonu sırasında, bu iki molekül birleşerek altı karbonlu sitrik asit moleküllerini oluşturur (döngü, adlarından birini bu aside borçludur). Daha sonra, önce enerji taşıyıcı moleküllerin ve karbondioksitin, ardından yeni bir oksaloasetik asit molekülünün oluştuğu sekiz kimyasal reaksiyon gerçekleşir. Bir glikoz molekülünde depolanan enerjiyi işlemek için Krebs döngüsü iki kez tamamlanmalıdır. Net kar, iki ATP molekülüne, dört karbon dioksit molekülüne ve diğer on enerji taşıyıcı moleküle (biraz sonra daha fazlası) eşit olduğu ortaya çıkıyor. Karbondioksit sonunda mitokondriden difüze olur ve ekshalasyon sırasında salınır.

(Wild_Katze'nin Notu: Makaledeki resim küçük ve okunaksızdı, bu yüzden onu buradan Krebs döngüsünün daha görsel bir resmiyle değiştiriyorum http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/ dosyalar/mzip_618_14707/index.htm)

Krebs döngüsü, hayvanların, bitkilerin ve birçok mikroorganizmanın solunumu sırasında meydana gelen tekrarlayan bir biyokimyasal reaksiyonlar dizisidir. İşte bunun basitleştirilmiş bir versiyonu. Parantez içindeki sayılar, her bir organik moleküldeki karbon atomlarının sayısını gösterir.

Krebs döngüsü, yalnızca enerji ürettiği için değil, yaşam için temel olarak önemlidir. Glikoza ek olarak, pirüvik asit oluşturan birçok başka molekül de içine girebilir. Örneğin, Diyetteyken, vücut metabolizmayı sürdürmek için tükettiğiniz yeterli glikoza sahip değildir, bu nedenle lipidler (yağlar) ön bölünmeden sonra Krebs döngüsüne girer. Bu yüzden kilo veriyorsun. Ayrıca moleküller, yeni proteinlerin, karbonhidratların ve lipidlerin yapımında yer almak için Krebs döngüsünü terk edebilir. Böylece Krebs döngüsü, içinde depolanan enerjiyi kabul edebilir. farklı şekil birçok molekülde bulunur ve çeşitli çıktı molekülleri oluşturur.

Enerji açısından bakıldığında, Krebs döngüsünün net sonucu, glikozun kimyasal bağlarında depolanan enerjinin ekstraksiyonunu tamamlamak, bu enerjinin küçük bir kısmını ATP moleküllerine aktarmak ve kalan enerjiyi başka bir enerjide depolamaktır. -taşıyan moleküller. (Kimyasal bağların enerjisinden bahsetmişken, bağlı atomları ayırmak için iş yapılması gerektiği unutulmamalıdır.) son aşama solunum, bu kalan enerji taşıyıcı moleküllerden salınır ve ayrıca ATP'de depolanır. Enerji depolayan moleküller, mitokondrinin iç zarlarına gömülü özel proteinlerle çarpışana kadar mitokondri içinde hareket eder. Bu proteinler, enerji taşıyıcılarından elektronları alır ve onları bir molekül zinciri boyunca - ateşte kovalarca su geçen bir insan zinciri gibi - kimyasal bağlarda depolanan enerjiyi çıkarmaya başlar. Her aşamada çıkarılan enerji ATP şeklinde depolanır. Son adımda, elektronlar oksijen atomlarıyla birleşir ve daha sonra hidrojen iyonlarıyla (protonlar) birleşerek suyu oluşturur. Elektron taşıma zincirinde en az 32 ATP molekülü oluşur - orijinal glikoz molekülünde depolanan enerjinin %90'ı.

Krebs döngüsündeki enerjinin dönüşümü, oldukça karmaşık bir kemiozmotik konjugasyon sürecini içerir. Bu terim, kimyasal reaksiyonlarla birlikte, ozmozun enerjinin serbest bırakılmasına - organik bölümler yoluyla çözeltilerin yavaş sızmasına - dahil olduğunu gösterir. Aslında, Krebs döngüsünün ürünü olan enerji taşıyıcılarından gelen elektronlar, taşıma zinciri boyunca aktarılır ve mitokondrinin iç ve dış bölmelerini (bölmelerini) ayıran zara daldırılmış proteinlere girer. Elektronların enerjisi, hidrojen iyonlarını (protonları) bir "enerji deposu" olarak hizmet eden dış bölmeye taşımak için kullanılır - bir barajın önünde oluşturulmuş bir rezervuar gibi. Protonlar zar boyunca aktığında, ATP oluşturmak için enerji kullanılır, tıpkı bir barajın önündeki suyun bir jeneratöre düştüğünde elektrik üretmek için kullanılmasına benzer. Son olarak, mitokondrinin iç bölmesinde, hidrojen iyonları oksijen molekülleri ile birleşerek metabolizmanın son ürünlerinden biri olan suyu oluşturur.

Bu glikoliz ve solunum hikayesi, modern canlı sistemleri anlayışının ne kadar ilerlediğini göstermektedir. Belirli bir süreç hakkında basit bir ifade - örneğin, karbonhidratların metabolizma için "yakılması" gerektiği - moleküler düzeyde meydana gelen ve çok sayıda farklı molekülü içeren karmaşık süreçlerin inanılmaz derecede ayrıntılı bir tanımını gerektirir. Modern moleküler biyolojiyi anlamak biraz klasik bir Rus romanı okumaya benzer: Karakterler arasındaki her etkileşimi anlamak sizin için kolaydır, ancak 1423. sayfaya ulaştıktan sonra Petr Petrovich Alexei Alekseevich'in kim olduğunu unutabilirsiniz. Aynı şekilde, az önce anlatılan zincirdeki her kimyasal reaksiyon anlaşılabilir görünüyor, ancak sonuna kadar okuduğunuzda, sürecin anlaşılmaz karmaşıklığına şaşıracaksınız. Bir teselli olarak, aynı şekilde hissettiğimi not ediyorum.

PVC-dehidrojenaz reaksiyonunda oluşan asetil-SCoA daha sonra trikarboksilik asit döngüsü(CTC, sitrik asit döngüsü, Krebs döngüsü). Piruvata ek olarak, amino asitlerin veya diğer maddelerin katabolizmasından gelen keto asitler de döngüde yer alır.

Trikarboksilik asit döngüsü

Döngü çalışır Mitokondriyal matriks ve temsil eder oksidasyon moleküller asetil-SCoA sekiz ardışık reaksiyonda.

İlk tepkimede bağlanırlar asetil ve oksaloasetat(oksaloasetik asit) oluşturmak için sitrat(sitrik asit), daha sonra sitrik asit izomerleşir izositrat ve eşzamanlı CO2 salınımı ve NAD'nin azalması ile iki hidrojen giderme reaksiyonu.

Beşinci reaksiyonda GTP oluşur, bu reaksiyondur. substrat fosforilasyonu. Daha sonra, FAD'ye bağlı hidrojen giderme sırayla gerçekleşir süksinat(süksinik asit), hidrasyon fumarik asit yukarı malat(malik asit), ardından NAD'ye bağlı dehidrojenasyon oluşturmak için oksaloasetat.

Sonuç olarak, döngünün sekiz reaksiyonundan sonra Yeniden oksaloasetat oluşur .

Son üç reaksiyon sözde biyokimyasal motif(FAD bağımlı dehidrojenasyon, hidrasyon ve NAD bağımlı dehidrojenasyon, bir keto grubunu süksinat yapısına sokmak için kullanılır. Bu motif yağ asidi β-oksidasyon reaksiyonlarında da mevcuttur. Ters sırada (redüksiyon, de hidrasyon ve geri kazanım) bu motif, yağ asidi sentez reaksiyonlarında gözlenir.

DTC fonksiyonları

1. Enerji

• nesil hidrojen atomları solunum zincirinin çalışması için, yani üç NADH molekülü ve bir FADH2 molekülü,
• tek molekül sentezi GTP(ATP'ye eşdeğer).

2. Anabolik. CTC'de oluşturulur

• hem öncüsü süksinil-SCoA,
• amino asitlere dönüştürülebilen keto asitler - a-ketoglutarat glutamik asit için, oksaloasetat aspartik için,
• limon asidi yağ asitlerinin sentezinde kullanılan,
• oksaloasetat, glikoz sentezi için kullanılır.

TCA'nın anabolik reaksiyonları

Trikarboksilik asit döngüsünün düzenlenmesi

Allosterik düzenleme

TCA'nın 1., 3. ve 4. reaksiyonlarını katalize eden enzimler, Allosterik düzenleme metabolitler:

Oksaloasetat mevcudiyetinin düzenlenmesi

şef ve ana TCA'nın düzenleyicisi oksaloasetat veya daha doğrusu onun mevcudiyetidir. Oksaloasetatın varlığı, TCA döngüsünde asetil-SCoA'yı içerir ve süreci başlatır.

Genellikle hücre vardır denge asetil-SCoA oluşumu (glukoz, yağ asitleri veya amino asitlerden) ile oksaloasetat miktarı arasında. Oksaloasetatın kaynağı,

1)pirüvik asit glikoz veya alaninden oluşur,

Piruvattan oksaloasetat sentezi

Enzim aktivitesinin düzenlenmesi piruvat karboksilaz katılımı ile gerçekleştirilen asetil-SCoA. allosterik etkinleştirici enzim ve onsuz piruvat karboksilaz pratik olarak inaktiftir. Asetil-SCoA biriktiğinde, enzim çalışmaya başlar ve oksaloasetat oluşur, ancak tabii ki sadece piruvatın varlığında.

2) gelen aspartik asit transaminasyon sonucu veya AMP-IMF döngüsünden,

3) Makbuz meyve asitleri amino asitlerin katabolizması sırasında veya diğer işlemlerde oluşan döngünün kendisi (amber, a-ketoglutarik, malik, sitrik). Çoğunluk amino asitler katabolizmaları sırasında, TCA'nın metabolitlerine dönüşebilirler, bu daha sonra oksaloasetata gider ve bu da döngünün aktivitesini korur.

Amino asitlerden TCA metabolitleri havuzunun yenilenmesi

Yeni metabolitler (oksaloasetat, sitrat, α-ketoglutarat, vb.) ile döngü yenileme reaksiyonlarına denir. anaplerotik.

Oksaloasetatın metabolizmadaki rolü

Önemli bir rol örneği oksaloasetat keton cisimlerinin sentezini aktive etmeye hizmet eder ve ketoasidoz kan plazması yetersiz oksaloasetat miktarı karaciğerde. Bu durum, insüline bağımlı diyabetes mellitusun (tip 1 diyabet) dekompansasyonu sırasında ve açlık sırasında gözlenir. Bu bozukluklarla karaciğerde glukoneogenez süreci aktive edilir, yani. oksaloasetat miktarında bir azalmaya neden olan oksaloasetat ve diğer metabolitlerden glikoz oluşumu. Yağ asidi oksidasyonunun eşzamanlı aktivasyonu ve asetil-SCoA birikimi, asetil grubunun kullanımı için bir yedekleme yolunu tetikler - keton cisimlerinin sentezi. Bu durumda, vücut kanın asitlenmesini geliştirir ( ketoasidoz) karakteristik bir klinik tablo ile: halsizlik, baş ağrısı, uyuşukluk, azalmış kas tonusu, vücut ısısı ve kan basıncı.

TCA reaksiyonlarının hızındaki değişim ve belirli koşullar altında keton cisimlerinin birikmesinin nedenleri

Oksaloasetatın katılımıyla açıklanan düzenleme yöntemi, güzel formülasyonun bir örneğidir " Yağlar karbonhidrat alevinde yanar". Glikozun "yanan alevinin" piruvatın ortaya çıkmasına yol açtığını ve piruvatın sadece asetil-SCoA'ya değil, aynı zamanda oksaloasetat. Oksaloasetatın varlığı, aşağıdakilerden oluşan bir asetil grubunun dahil edilmesini garanti eder. yağ asitleri TCA'nın ilk reaksiyonunda asetil-SCoA formunda.

sırasında kaslarda gözlenen yağ asitlerinin büyük ölçekli "yanması" durumunda fiziksel iş ve karaciğerde oruç tutmak Asetil-SCoA'nın TCA reaksiyonuna giriş hızı doğrudan oksaloasetat (veya oksitlenmiş glikoz) miktarına bağlı olacaktır.

Eğer oksaloasetat miktarı hepatosit yeterli değil (glikoz yok veya piruvata oksitlenmez), o zaman asetil grubu keton cisimlerinin sentezine gidecektir. Bu ne zaman olur uzun süreli oruç ve tip 1 diyabet.

Hepimiz Krebs döngüsü gibi bir fenomenin farkında değiliz. Ne olduğunu? Basit bir ifadeyle, bu fenomen, insan vücudundaki kimyasal reaksiyonlar olarak tanımlanabilir, bunun sonucunda adenosin trifosfat üretilir.

Bu fenomen, 20. yüzyılın 30'larında bir Alman bilim adamı olan Hans Krebs tarafından araştırıldı. Şu anda, o ve asistanı üre dolaşımını inceledi. İkinci olduğu dönemde Dünya Savaşı, bilim adamı, araştırmasının bazı asitlerin insan vücudundaki süreçleri katalize edebileceğini gösterdiği İngiltere'de yaşamaya başladı. Başına bu çalışma bilim insanı ödüllendirildi Nobel Ödülü.

Krebs döngüsü nedir?

İnsan vücudundaki enerji, kanda bulunan bir madde olan glikoza bağlıdır. Glikozu enerjiye dönüştürmek için vücudun hücreleri mitokondri içerir. Tüm dönüşüm süreci gerçekleştiğinde, glikozdan ATP olarak kısaltılan adenosin trifosfat maddesi elde edilir. ATP, insan vücudundaki ana enerji kaynağıdır.

Oluşan maddenin yapısı, insan organlarına ve sistemlerine gerekli miktarda enerji sağlamak için ona proteine ​​entegre olma yeteneği verir. Glikozun kendisi doğrudan ATP'ye dönüştürülemez, bu nedenle bu işlem karmaşık mekanizmalar gerektirir. Bu mekanizma Krebs döngüsüdür.

Eğer bir sade dil Bu süreci açıklamak için Krebs döngüsünün vücudumuzda, daha doğrusu her hücresinde meydana gelen bir kimyasal reaksiyonlar zinciri olduğunu söyleyebiliriz. Bu süreç bir döngüdür ve sonsuz olarak devam ettiği için böyle adlandırılmıştır. Krebs döngüsü tamamlandığında, sonuç, adenozin trifosfat maddesinin üretimidir. Bu, insan vücudunun çalışması için enerji temelidir.

Aksi halde bu döngüye hücre solunumu denir. Sürecin ikinci adı, tüm aşamalarının oksijen varlığını gerektirmesinden kaynaklanıyordu. Bu işlem sırasında amino asitler ve karbonhidratlar üretilir. Bununla döngünün başka bir işlevi yerine getirdiğine karar verebiliriz - inşaat.

Yukarıdaki işlemin gerçekleşmesi için insan vücudunda yeterli miktarda eser element bulunması, en az yüz tane bulunması gerekir. Vitaminler gerekli bileşenler arasındadır. Yeterli eser element yoksa, bunlardan en az biri eksikse, döngü o kadar etkili olmayacaktır. Ve Krebs döngüsünün verimsizliği, vücuttaki metabolizmanın bozulmasına neden olur.

Döngü düzenlemesi

Krebs döngüsü gibi bir fenomenin düzenlenmesi, insan vücudunun işleyişi üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. Koşulların nasıl değiştiğine uyum sağlayabilmesi önemlidir. dış ortam ve fizyolojik sistemlerin nasıl değiştiği. Birkaç gruba ayrılan düzenleyici faktörler vardır:

• döngünün kendisinde ara ürünler olduğu kadar karbon içeren substratlar ile meydana gelen düzenleme;
• son işlemin hem koenzimleri hem de ürünleri olabilen adenil nükleotitlerinin yardımıyla düzenleme.

Başlangıçta, ara olan döngünün geçişi sırasında ürünlerin işlevlerinin ne olduğunu anlamak gerekir. Oksaloasetatın rolüne dikkat edelim. Bu çok önemli bir unsurdur, çünkü doku rezervleri azaldığında döngünün tekrarı durur.

Bu, vücudun çok önemli bir enerji kaynağını tüketir ve hücreler için sonuçları korkunçtur. Asetil-CoA'nın harekete geçmesi için gerekli olan yeterli oksaloasetat olmadığı için sonuçlar da zararlıdır. Asetil-CoA, karbonhidratların ve yağların katabolizması sırasında oluşur. Bu durumda, iki karbonlu parçalar birikir. Yoğunlaştıklarında, dokularda fazla miktarda asetoasetat birikir. Buna ek olarak, diğer benzer cisimler birikir. Aynı zamanda insan vücudunda patolojik bir durum olan ketozis gelişir.

Her durumda, asetil-CoA oluştuğunda ve çok fazla olduğunda, onu yoğunlaştırmak için yeterli oksaloasetat yoktur. Bu döngülerin her biri ile ketoz meydana gelir. Basitçe söylemek gerekirse, ketoz, seviyesi asetil-CoA miktarından düşükse oksaloasetat eksikliğine neden olur.

Vücutta ketoz meydana geldiğinde, yağ oksidasyonu ve karbonhidrat katabolizması süreçleri arasında bir ihlal vardır. Bu fenomen, piruvatın karboksilasyonu sırasında ikincisinin oksaloceat üretebilmesinden kaynaklanmaktadır. Bu reaksiyon bir kataliz sürecinden geçer. Mitokondride biotin enzimi tarafından katalize edilir. Bu, vücutta karbonhidratların üretildiği ana mekanizmadır. Krebs döngüsünde daha fazla yer alan CO2 bu şekilde oluşur. Ayrıca karbonhidrat içeren fragmanlarla glukoneogenez sürecini sağlar.

Bu döngünün reaksiyonları oksaloasetat oluşumuna yol açar. Düzenlemesi bir geri besleme olarak gerçekleşir ve bu, oksaloasetatın rekabetçi bir süksinat dehidrojenaz inhibitörü olarak hareket etmesi gerçeğiyle sağlanır. Aynı zamanda enzim bu döngüde düzenleyici rolü üstlenir.

Özetle, Krebs döngüsünün vücudun hücrelerinde normal işleyişi için enerji üretebilen bir süreç olduğu söylenmelidir. Bu süreç yanlış gerçekleşirse, bu, insan vücudunda patolojik bir duruma ve bozulmuş metabolizmaya yol açar.

Video

Bu metabolik yolak, onu keşfeden yazarın adını almıştır - 1953'te bu keşif için (F. Lipman ile birlikte) Nobel Ödülü alan G. Krebs. Sitrik asit döngüsü, gıdalardaki proteinlerin, yağların ve karbonhidratların parçalanmasından elde edilen serbest enerjinin çoğunu yakalar. Krebs döngüsü, merkezi metabolik yoldur.

Piruvatın mitokondriyal matriste oksidatif dekarboksilasyonu sonucu oluşan asetil-CoA, ardışık oksidasyon reaksiyonları zincirine dahil edilir. Bu tür sekiz reaksiyon vardır.

1. reaksiyon - sitrik asit oluşumu. Sitrat oluşumu, asetil-CoA'nın asetil kalıntısının, sitrat sentaz enzimi (su katılımıyla) kullanılarak oksalasetat (OA) ile yoğunlaştırılmasıyla gerçekleşir:

Asetil~S-CoA'nın enerji açısından zengin tiyoeter bağı ayrıştığından, bu reaksiyon pratik olarak geri döndürülemez.

2. reaksiyon - izositrik asit oluşumu. Bu reaksiyon, demir içeren (Fe - hem olmayan) bir enzim - akonitaz tarafından katalize edilir. Reaksiyon oluşum aşamasından geçer cis-aconitic asit (sitrik asit oluşturmak için dehidrasyona uğrar cis-bir su molekülü bağlayarak izositrik aside dönüşen akonitik asit).

3. reaksiyon - izositrik asidin dehidrojenasyonu ve doğrudan dekarboksilasyonu. Reaksiyon, NAD+-bağımlı enzim izositrat dehidrojenaz tarafından katalize edilir. Enzim, manganez (veya magnezyum) iyonlarının varlığına ihtiyaç duyar. Doğası gereği allosterik bir protein olan izositrat dehidrojenazın spesifik bir aktivatöre - ADP'ye ihtiyacı vardır.

4. reaksiyon - a-ketoglutarik asidin oksidatif dekarboksilasyonu.İşlem, α-ketoglutarat dehidrojenaz tarafından katalize edilir. - piruvat dehidrojenaz kompleksine yapı ve etki mekanizması bakımından benzer bir enzim kompleksi. Aynı koenzimlerden oluşur: TPP, LA ve FAD - kompleksin kendi koenzimleri; KoA-SH ve NAD+ harici koenzimlerdir.

5. reaksiyon - substrat fosforilasyonu. Reaksiyonun özü, fosforik asidin katılımıyla süksinil-CoA'nın (makroerjik bileşik) zengin bir bağ enerjisinin GDP'ye aktarılmasıdır - bu durumda, molekülü reaksiyona giren GTP oluşur. yeniden fosforilasyon ADP ile ATP oluşur.

6. reaksiyon - süksinik asidin süksinat dehidrojenaz ile dehidrojenasyonu. Enzim, hidrojeni substrattan (süksinat) iç mitokondriyal membranın ubikinonuna doğrudan aktarır. Süksinat dehidrojenaz, mitokondriyal solunum zincirinin II kompleksidir. Bu reaksiyondaki koenzim FAD'dir.

7. reaksiyon - fumaraz enzimi tarafından malik asit oluşumu. Fumarat (fumarat hidrataz) fumarik asidi hidratlar - bu malik asit oluşturur ve L-form, enzim stereospesifik olduğundan.

8. reaksiyon - oksalasetat oluşumu. Reaksiyon katalize edilir malat dehidrojenaz koenzim OVER + olan . Enzimin etkisi altında oluşan oksalasetat tekrar Krebs döngüsüne dahil edilir ve tüm döngüsel süreç tekrarlanır.

Son üç reaksiyon tersine çevrilebilir, ancak NADH?H+ solunum zinciri tarafından alındığından, reaksiyonun dengesi sağa kayar, yani. oksalasetat oluşumuna yöneliktir. Görülebileceği gibi, asetil-CoA moleküllerinin tam oksidasyonu, “yanması” bir döngü döngüsünde gerçekleşir. Döngü sırasında, mitokondrinin solunum zincirinde oksitlenen indirgenmiş nikotinamid ve flavin koenzim formları oluşur. Bu nedenle, Krebs döngüsü, hücresel solunum süreci ile yakından ilişkilidir.

Trikarboksilik asit döngüsünün işlevleri çeşitlidir:

· bütünleştirici - Krebs döngüsü, hücrenin en önemli bileşenlerinin bozunma ve sentez süreçlerini birleştiren merkezi metabolik yoldur.

· anabolik - döngünün substratları diğer birçok bileşiğin sentezi için kullanılır: oksalasetat, glikoz sentezi (glukoneogenez) ve aspartik asit sentezi için kullanılır, asetil-CoA - hem sentezi için, a-ketoglutarat - sentez için glutamik asit, asetil-CoA - yağ asitlerinin, kolesterolün, steroid hormonlarının, aseton cisimlerinin vb. sentezi için.

· katabolik - bu döngüde glikoz, yağ asitleri, ketojenik amino asitlerin bozunma ürünleri yolculuğunu tamamlar - hepsi asetil-CoA'ya dönüşür; glutamik asit - α-ketoglutarik; aspartik - oksaloasetat, vb.

· Aslında enerji - döngü reaksiyonlarından biri (süksinil-CoA'nın bozunması) bir substrat fosforilasyon reaksiyonudur. Bu reaksiyon sırasında, bir GTP molekülü oluşur (yeniden fosforilasyon reaksiyonu ATP oluşumuna yol açar).

· hidrojen verici - üç NAD+'ya bağlı dehidrojenazın (izositrat, a-ketoglutarat ve malat dehidrojenazlar) ve FAD'ye bağlı süksinat dehidrojenazın katılımıyla, 3 NADH?H+ ve 1 FADH2 oluşur. Bu indirgenmiş koenzimler mitokondriyal solunum zinciri için hidrojen donörleridir, hidrojen transferinin enerjisi ATP sentezi için kullanılır.

· anaplerotik - yenileniyor. Çeşitli bileşiklerin sentezi için önemli miktarlarda Krebs döngüsü substratları kullanılır ve döngüden çıkar. Bu kayıpları telafi eden reaksiyonlardan biri de piruvat karboksilaz tarafından katalize edilen reaksiyondur.

Krebs döngüsünün reaksiyon hızı, hücrenin enerji ihtiyaçları tarafından belirlenir.

Krebs döngüsünün reaksiyon hızı, doku solunumu sürecinin yoğunluğu ve ilişkili oksidatif fosforilasyon - solunum kontrolü ile ilişkilidir. Hücreye yeterli enerji arzını yansıtan tüm metabolitler, Krebs döngüsünün inhibitörleridir. ATP / ADP oranındaki artış, hücreye yeterli enerji verildiğinin bir göstergesidir ve döngünün aktivitesini azaltır. NAD + / NADH, FAD / FADH 2 oranındaki bir artış, enerji eksikliğini gösterir ve Krebs döngüsündeki oksidasyon süreçlerinin hızlanmasının bir işaretidir.

Düzenleyicilerin ana eylemi, üç anahtar enzimin aktivitesine yöneliktir: sitrat sentaz, izositrat dehidrojenaz ve a-ketoglutarat dehidrojenaz. Sitrat sentazın allosterik inhibitörleri ATP, yağ asitleridir. Bazı hücrelerde sitrat ve NADH, inhibitörlerinin rolünü oynar. İzositrat dehidrojenaz, ADP tarafından allosterik olarak aktive edilir ve yüksek NADH+H+ seviyeleri ile inhibe edilir.

Pirinç. 5.15. Trikarboksilik asit döngüsü (Krebs döngüsü)

İkincisi aynı zamanda aktivitesi süksinil-CoA seviyesindeki bir artışla azalan bir a-ketoglutarat dehidrojenaz inhibitörüdür.

Krebs döngüsünün aktivitesi büyük ölçüde substratların mevcudiyetine bağlıdır. Substratların döngüden sürekli "sızması" (örneğin, amonyak zehirlenmesi durumunda), hücrelerin enerji beslemesinde önemli rahatsızlıklara neden olabilir.

Glikoz oksidasyonunun pentoz fosfat yolu, hücrede indirgeyici sentezlere hizmet eder.

Adından da anlaşılacağı gibi, bu yolda çok ihtiyaç duyulan pentoz fosfatlar üretilir. Pentoz oluşumuna glikozun ilk karbon atomunun oksidasyonu ve eliminasyonu eşlik ettiği için bu yolak da denir. amansız (tepe- tepe).

Pentoz fosfat yolu iki kısma ayrılabilir: oksidatif ve oksidatif olmayan. Üç reaksiyon içeren oksidatif kısımda NADPH?H+ ve ribuloz-5-fosfat oluşur. Oksidatif olmayan kısımda ribuloz-5-fosfat, 3, 4, 5, 6, 7 ve 8 karbon atomlu çeşitli monosakkaritlere dönüştürülür; son ürünler fruktoz-6-fosfat ve 3-PHA'dır.

· Oksitleyici kısım . İlk tepki-glukoz-6-fosfatın glukoz-6-fosfat dehidrojenaz ile δ-lakton 6-fosfoglukonik asit ve NADPH?H + (NADP +) oluşumu ile dehidrojenasyonu - koenzim glikoz-6-fosfat dehidrojenaz).

ikinci reaksiyon- 6-fosfoglukonolaktonun glukonolakton hidrolaz ile hidrolizi. Reaksiyon ürünü 6-fosfoglukonattır.

Üçüncü reaksiyon- koenzim NADP + olan 6-fosfoglukonat dehidrojenaz enzimi tarafından 6-fosfoglukonolaktonun dehidrojenasyonu ve dekarboksilasyonu. Reaksiyon sırasında koenzim indirgenir ve C-1 glikoz parçalanarak ribuloz-5-fosfat oluşturur.

· Oksitlenmeyen kısım . İlk oksidatiften farklı olarak, pentoz fosfat yolunun bu bölümünün tüm reaksiyonları geri dönüşümlüdür (Şekil 5.16).

Şekil 5.16 Pentoz fosfat yolunun oksidatif kısmı (F-varyantı)

Ribuloz-5-fosfat izomerleşebilir (enzim - ketoizomeraz ) riboz-5-fosfata dönüştürülür ve epimerize edilir (enzim - epimeraz ) ksilüloz-5-fosfata. İki tür reaksiyon izler: transketolaz ve transaldolaz.

transketolaz(koenzim - tiamin pirofosfat) iki karbonlu bir parçayı ayırır ve onu diğer şekerlere aktarır (şemaya bakınız). transaldolaz üç karbonlu parçalar taşır.

Reaksiyona önce riboz-5-fosfat ve ksilüloz-5-fosfat girer. Bu bir transketolaz reaksiyonudur: 2C fragmanı ksilüloz-5-fosfattan riboz-5-fosfata aktarılır.

Elde edilen iki bileşik daha sonra bir transaldolaz reaksiyonunda birbirleriyle reaksiyona girer; bu durumda 3C fragmanının sedoheptuloz-7-fosfattan 3-PHA'ya aktarılması sonucunda eritroz-4-fosfat ve fruktoz-6-fosfat oluşur.Bu pentoz fosfat yolunun F varyantıdır . Yağ dokusunun özelliğidir.

Ancak reaksiyonlar farklı bir yol boyunca da gidebilir (Şekil 5.17) Bu yol L-varyantı olarak adlandırılır. Karaciğer ve diğer organlarda oluşur. Bu durumda, transaldolaz reaksiyonunda oktuloz-1,8-difosfat oluşur.

Şekil5.17. Glikoz metabolizmasının pentoz fosfat (apotomik) yolu (oktuloz veya L-varyantı)

Eritroz-4-fosfat ve fruktoz-6-fosfat, fruktoz-6-fosfat ve 3-PHA oluşumuyla sonuçlanan bir transketolaz reaksiyonuna girebilir.

Pentoz fosfat yolunun oksidatif ve oksidatif olmayan kısımları için genel denklem aşağıdaki gibi gösterilebilir:

Glukoz-6-P + 7H20 + 12NADP + 5 Pentoz-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH?N + + Fn.

Karbonun kimyasal enerjisinin büyük kısmı oksijenin katılımıyla aerobik koşullar altında salınır. Krebs döngüsüne sitrik asit döngüsü veya hücresel solunum da denir. Birçok bilim adamı, bu sürecin bireysel tepkilerini deşifre etmede yer aldı: A. Szent-Gyorgyi, A. Lehninger, X. Krebs, ardından döngünün adını aldı, S. E. Severin ve diğerleri.

Karbonhidratların anaerobik ve aerobik sindirimi arasında yakın bir ilişki vardır. Her şeyden önce, karbonhidratların anaerobik parçalanmasını tamamlayan ve hücresel solunumu (Krebs döngüsü) başlatan piruvik asit varlığında ifade edilir. Her iki faz da aynı enzimler tarafından katalize edilir. Fosforilasyon sırasında kimyasal enerji açığa çıkar ve ATP makroergleri şeklinde saklanır. Aynı koenzimler (NAD, NADP) ve katyonlar kimyasal reaksiyonlara katılır. Farklar aşağıdaki gibidir: karbonhidratların anaerobik sindirimi ağırlıklı olarak hiyaloplazmada lokalize ise, hücresel solunum reaksiyonları esas olarak mitokondride gerçekleşir.

Belirli koşullar altında, iki faz arasında antagonizma gözlenir. Böylece oksijen varlığında glikoliz keskin bir şekilde azalır (Pasteur etkisi). Glikoliz ürünleri karbonhidratların aerobik metabolizmasını engelleyebilir (Crabtree etkisi).

Krebs döngüsü, karbonhidratların parçalanma ürünlerinin karbondioksit ve suya oksitlendiği ve makroerjik bileşiklerde kimyasal enerjinin biriktiği bir dizi kimyasal reaksiyona sahiptir. Bir "taşıyıcı" oluşumu sırasında - oksaloasetik asit (SOC). Daha sonra, aktive edilmiş asetik asit kalıntısının "taşıyıcısı" ile yoğuşma meydana gelir. Trikarboksilik asit - sitrik var. Kimyasal reaksiyonlar sırasında, döngüdeki asetik asit kalıntısının bir "dönüşü" vardır. Her bir piruvik asit molekülünden on sekiz adenozin trifosfat molekülü oluşur. Döngünün sonunda, aktive edilmiş asetik asit kalıntısının yeni molekülleri ile reaksiyona giren bir "taşıyıcı" serbest bırakılır.

Krebs döngüsü: reaksiyonlar

Karbonhidratların anaerobik sindiriminin son ürünü laktik asit ise, laktat dehidrojenazın etkisi altında piruvik aside oksitlenir. Piruvik asit moleküllerinin bir kısmı, piruvat karboksilaz enziminin etkisi altında ve Mg2 + iyonlarının varlığında BJC'nin “taşıyıcısının” sentezi için kullanılır. Piruvik asit moleküllerinin bir kısmı, "aktif asetat" - asetil koenzim A (asetil-CoA) oluşumunun kaynağıdır. Reaksiyon, piruvat dehidrojenazın etkisi altında gerçekleştirilir. Asetil-CoA, enerjinin yaklaşık %5-7'sini biriktiren içerir. Kimyasal enerjinin ana kütlesi, "aktif asetatın" oksidasyonunun bir sonucu olarak oluşur.

Sitrat sentetazın etkisi altında, Krebs döngüsünün kendisi çalışmaya başlar ve bu da sitrat asidi oluşumuna yol açar. Bu asit, akonitat hidratazın etkisi altında dehidrate olur ve bir su molekülünün eklenmesinden sonra izositrik hale gelen cis-akonitik aside dönüşür. Üç trikarboksilik asit arasında dinamik bir denge kurulur.

İzositrik asit, dekarboksilatlanan ve alfa-ketoglutarik aside dönüştürülen oksalosüksinik aside oksitlenir. Reaksiyon, izositrat dehidrojenaz enzimi tarafından katalize edilir. Alfa-ketoglutarik asit, 2-okso-(alfa-keto)-glutarat dehidrojenaz enziminin etkisi altında, dekarboksilatlanır, bu da makroerjik bir bağ içeren süksinil-CoA oluşumuyla sonuçlanır.

Bir sonraki aşamada, süksinil-CoA, süksinil-CoA sentetaz enziminin etkisi altında, makroerjik bağı GDP'ye (guanozin difosfat asit) aktarır. GTP-adenilat kinaz enziminin etkisi altındaki GTP (guanozin trifosfat asit), AMP'ye (adenosin monofosfat asit) makroerjik bir bağ verir. Krebs döngüsü: formüller - GTP + AMP - GDP + ADP.

Süksinat dehidrojenaz (SDH) enziminin etkisi altında fumarik'e oksitlenir. SDH'nin koenzimi flavin adenin dinükleotididir. Fumarat, fumarat hidrataz enziminin etkisi altında, malik aside dönüştürülür, bu da oksitlenerek BOC oluşturur. Reaksiyona giren sistemde asetil-CoA'nın mevcudiyetinde, BFA tekrar trikarboksilik asit döngüsüne dahil edilir.

Böylece, bir glikoz molekülünden 38'e kadar ATP molekülü oluşur (iki - anaerobik glikoliz nedeniyle, altı - glikolitik oksidasyon sırasında oluşan iki NAD H + H + molekülünün oksidasyonunun bir sonucu olarak ve 30 - nedeniyle TCA). katsayı faydalı eylem CTC 0,5'tir. Enerjinin geri kalanı ısı olarak dağılır. TCA'da laktik asidin %16-33'ü oksitlenir, kütlesinin geri kalanı glikojen yeniden sentezi için kullanılır.