Hayvonlar va boshqa organizmlarning metabolizmi uglevodlarda saqlanadigan energiyani ajratib olishning kimyoviy jarayonlariga asoslanadi.

Fotosintez jarayonida quyosh energiyasi to'planadi kimyoviy bog'lanishlar uglevod molekulalari, ulardan oltita uglerodli shakar glyukoza eng muhim rol o'ynaydi. Boshqa tirik organizmlar bu molekulalarni oziq-ovqat uchun ishlatgandan so'ng, saqlangan energiya chiqariladi va metabolizm uchun ishlatiladi. Bu glikoliz va nafas olish jarayonlarida sodir bo'ladi. Butun kimyoviy jarayon qisqacha quyidagicha ta'riflash mumkin:

Glyukoza + kislorod → karbonat angidrid + suv + energiya

Ushbu jarayonlarni yaxshiroq tushunish uchun tananing energiya uchun uglevodlarni "yondirayotganini" tasavvur qiling.

"Glikoliz" atamasi "parchalanish" ma'nosini anglatuvchi lizis so'zining glyukoza so'zi bilan birlashishi natijasida hosil bo'lgan. Nomidan ko'rinib turibdiki, jarayon glyukoza molekulasini har birida uchta uglerod atomini o'z ichiga olgan ikki qismga bo'lish orqali energiyaning kimyoviy olinishi bilan boshlanadi. Glikoliz jarayonida glyukozaning har bir molekulasi piruvik kislotaning ikkita uch uglerodli molekulasini hosil qiladi. Bundan tashqari, glyukoza energiyasi molekulalarda saqlanadi (qarang Biologik molekulalar ), biz hujayraning "energiya valyutasi" deb nomlaymiz - ikkita ATP molekulasi va ikkita NADP molekulasi. Shunday qilib, glikolizning birinchi bosqichida energiya tananing hujayralari tomonidan ishlatilishi mumkin bo'lgan shaklda chiqariladi.

Voqealarning keyingi rivoji muhitda kislorod mavjudligi yoki yo'qligiga bog'liq. Kislorod yo'q bo'lganda, piruvik kislota anaerob deb ataladigan jarayonlar jarayonida boshqa organik molekulalarga aylanadi. Masalan, xamirturush hujayralarida piruvik kislota etanolga aylanadi. Hayvonlarda, shu jumladan odamlarda, mushaklardagi kislorod ta'minoti tugagach, piruvik kislota sut kislotasiga aylanadi - bu og'ir jismoniy zo'riqishlardan keyin barchamizga tanish bo'lgan mushaklarning qattiqligi hissini keltirib chiqaradi.

Kislorod mavjud bo'lganda, energiya aerob nafas olish paytida, piruvik kislota karbonat angidrid va suv molekulalariga bo'linib, uglevod molekulasida saqlangan qolgan energiyani bir vaqtning o'zida chiqarish bilan ajralib chiqadi. Nafas olish maxsus hujayra organellasi - mitoxondriyada sodir bo'ladi. Birinchidan, piruvik kislotaning bir uglerod atomi ajraladi. Bu karbonat angidrid, energiya (u bitta NADP molekulasida saqlanadi) va ikki uglerodli molekula - asetil guruhini ishlab chiqaradi. Keyin reaksiya zanjiri hujayraning metabolik koordinatsiya markaziga - Krebs sikliga kiradi.

Krebs sikli (limon kislotasi sikli yoki trikarboksilik kislota sikli deb ham ataladi) biologiyadagi taniqli hodisaga misol bo‘la oladi – kimyoviy reaksiya, ma’lum bir kiruvchi molekula “yordamchi” vazifasini bajaradigan boshqa molekula bilan birlashganda boshlanadi. Bu kombinatsiya boshqa bir qatorni boshlaydi kimyoviy reaksiyalar, unda mahsulot molekulalari hosil bo'ladi va oxirida yordamchi molekula qayta yaratiladi, bu esa butun jarayonni qayta boshlashi mumkin. Krebs siklida kiruvchi molekula rolini piruvik kislota parchalanishida hosil bo`lgan atsetil guruhi, yordamchi molekula rolini esa to`rt uglerodli oksalosirka kislota molekulasi bajaradi. Tsiklning birinchi kimyoviy reaktsiyasi paytida bu ikki molekula limon kislotasining oltita uglerodli molekulalarini hosil qilish uchun birlashadi (tsikl o'z nomlaridan biri bu kislotaga qarzdor). Keyin sakkizta kimyoviy reaksiya sodir bo'lib, ularda birinchi energiya tashuvchi molekulalar va karbonat angidrid, so'ngra yangi oksaloasetik kislota molekulasi hosil bo'ladi. Bitta glyukoza molekulasida saqlanadigan energiyani qayta ishlash uchun Krebs tsiklini ikki marta bajarish kerak. Sof foyda ikkita ATP molekulasiga, to'rtta karbonat angidrid molekulasiga va boshqa o'nta energiya tashuvchi molekulaga teng bo'ladi (ular haqida biroz keyinroq). Oxir oqibat, karbonat angidrid mitoxondriyadan tashqariga tarqaladi va ekshalasyon paytida chiqariladi.

(Wild_Katze tomonidan eslatma: Maqoladagi rasm kichik va o'qib bo'lmaydigan edi, shuning uchun men uni Krebs tsiklining yanada tavsiflovchi rasmiga almashtiraman http://www.bsu.ru/content/hecadem/bahanova_mv/cl_718/ files/mzip_618_14707/index.htm)

Krebs sikli - hayvonlar, o'simliklar va ko'plab mikroorganizmlarning nafas olish jarayonida sodir bo'ladigan biokimyoviy reaktsiyalarning takroriy ketma-ketligi. Mana uning soddalashtirilgan versiyasi. Qavslar ichidagi raqamlar har bir organik molekuladagi uglerod atomlari sonini bildiradi

Krebs tsikli nafaqat energiya hosil qilgani uchun emas, balki hayot uchun muhim ahamiyatga ega. Glyukozadan tashqari, unga piruvik kislota hosil qiluvchi boshqa ko'plab molekulalar ham kirishi mumkin. Masalan, Agar siz dietada bo'lsangiz, organizmda metabolizmni saqlab qolish uchun iste'mol qiladigan glyukoza etarli emas, shuning uchun lipidlar (yog'lar) dastlabki bo'linishdan keyin Krebs tsikliga kiradi. Shuning uchun siz vazn yo'qotasiz. Bundan tashqari, molekulalar yangi oqsillar, uglevodlar va lipidlar qurilishida ishtirok etish uchun Krebs tsiklini tark etishi mumkin. Shunday qilib, Krebs tsikli saqlangan energiyani qabul qilishi mumkin turli shakl ko'p molekulalarda va turli xil chiqish molekulalarini yaratadi.

Energetik nuqtai nazardan, Krebs tsiklining aniq natijasi glyukozaning kimyoviy bog'larida saqlanadigan energiyani ajratib olishni yakunlash, bu energiyaning kichik qismini ATP molekulalariga o'tkazish va qolgan energiyani boshqa energiyada saqlashdir. - tashuvchi molekulalar. (Kimyoviy bog'lanish energiyasi haqida gapirganda, bog'langan atomlarni ajratish uchun ish qilish kerakligini unutmaslik kerak.) yakuniy bosqich nafas olish, bu qolgan energiya tashuvchi molekulalardan ajralib chiqadi va ATPda ham saqlanadi. Energiyani saqlaydigan molekulalar mitoxondriyaning ichki membranalarida joylashgan maxsus oqsillar bilan to'qnashguncha mitoxondriya ichida harakatlanadi. Bu oqsillar energiya tashuvchilardan elektronlarni olib, ularni molekulalar zanjiri bo'ylab o'tkaza boshlaydi - olovda chelak suv o'tayotgan odamlar zanjiri kabi - kimyoviy bog'larda saqlanadigan energiyani ajratib oladi. Har bir bosqichda olingan energiya ATP shaklida saqlanadi. Yakuniy bosqichda elektronlar kislorod atomlari bilan birlashadi, so'ngra ular vodorod ionlari (protonlar) bilan suv hosil qiladi. Elektron tashish zanjirida kamida 32 ATP molekulasi hosil bo'ladi - energiyaning 90% asl glyukoza molekulasida saqlanadi.

Krebs siklida energiyaning o'zgarishi ancha murakkab kimyosmotik konjugatsiya jarayonini o'z ichiga oladi. Bu atama shuni ko'rsatadiki, kimyoviy reaktsiyalar bilan bir qatorda osmos energiyani chiqarishda ishtirok etadi - organik qismlar orqali eritmalarning sekin o'tishi. Aslida, Krebs tsiklining mahsuloti bo'lgan energiya tashuvchilardan elektronlar transport zanjiri bo'ylab ko'chiriladi va mitoxondriyaning ichki va tashqi bo'linmalarini (bo'limlarini) ajratib turadigan membranaga botgan oqsillarga kiradi. Elektronlarning energiyasi vodorod ionlarini (protonlarni) tashqi bo'limga o'tkazish uchun sarflanadi, u "energiya zaxirasi" bo'lib xizmat qiladi - to'g'on oldida hosil bo'lgan rezervuar kabi. Protonlar membrana bo'ylab oqib o'tganda, energiya ATP hosil qilish uchun ishlatiladi, xuddi to'g'on oldidagi suv generatorga tushganda elektr energiyasini ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. Nihoyat, mitoxondriyaning ichki bo'linmasida vodorod ionlari kislorod molekulalari bilan birikib, metabolizmning yakuniy mahsulotlaridan biri bo'lgan suvni hosil qiladi.

Glikoliz va nafas olish haqidagi ushbu hikoya tirik tizimlar haqidagi zamonaviy tushuncha qanchalik rivojlanganligini ko'rsatadi. Muayyan jarayon haqidagi oddiy bayonot - masalan, metabolizm uchun uglevodlarni "yoqish" kerakligi - molekulyar darajada sodir bo'ladigan va juda ko'p turli xil molekulalarni o'z ichiga olgan murakkab jarayonlarning nihoyatda batafsil tavsifini o'z ichiga oladi. Zamonaviy molekulyar biologiyani tushunish klassik rus romanini o'qishga o'xshaydi: qahramonlar o'rtasidagi har bir o'zaro ta'sirni tushunish siz uchun oson, ammo 1423-betga etib borganingizdan so'ng, siz Petr Petrovich Aleksey Alekseevichning kimligini unutishingiz mumkin. Xuddi shu tarzda, hozirgina tasvirlangan zanjirdagi har bir kimyoviy reaktsiya tushunarli bo'lib tuyuladi, lekin siz oxirigacha o'qiganingizda, jarayonning tushunarsiz murakkabligidan hayratda qolasiz. Tasalli sifatida shuni ta'kidlaymanki, men ham xuddi shunday his qilyapman.

Keyin PVX-dehidrogenaza reaktsiyasida hosil bo'lgan atsetil-SCoA kiradi trikarboksilik kislota aylanishi(CTC, limon kislotasi aylanishi, Krebs tsikli). Piruvatdan tashqari, keto kislotalar aminokislotalar yoki boshqa moddalarning katabolizmidan kelib chiqadigan tsiklda ishtirok etadilar.

Trikarboksilik kislota aylanishi

Tsikl ichkariga kiradi mitoxondriyal matritsa va ifodalaydi oksidlanish molekulalar asetil-SCoA ketma-ket sakkizta reaktsiyada.

Birinchi reaktsiyada ular bog'lanadi asetil va oksaloatsetat(oksaloasetik kislota) hosil qiladi sitrat(limon kislotasi), keyin limon kislotasi ga izomerlanadi izotsitrat va CO 2 ning bir vaqtning o'zida chiqarilishi va NAD ning kamayishi bilan ikkita dehidrogenatsiya reaktsiyasi.

Beshinchi reaktsiyada GTP hosil bo'ladi, bu reaktsiya substratning fosforlanishi. Keyinchalik, FADga bog'liq dehidrogenatsiya ketma-ket sodir bo'ladi suksinatsiya qilish(süksin kislotasi), hidratsiya fumarik kislota ko'tariladi malate(molik kislota), keyin NADga bog'liq dehidrogenatsiya hosil bo'ladi oksaloatsetat.

Natijada, tsiklning sakkizta reaktsiyasidan keyin yana oksaloatsetat hosil bo'ladi .

Oxirgi uchta reaktsiya deb atalmishni tashkil qiladi biokimyoviy motiv(FADga bog'liq dehidrogenatsiya, hidratsiya va NADga bog'liq dehidrogenatsiya, suksinat tuzilishiga keto guruhini kiritish uchun ishlatiladi. Bu motiv yog' kislotasi b-oksidlanish reaktsiyalarida ham mavjud. Teskari tartibda (qaytarilish, de hidratsiya va tiklanish) bu motiv yog 'kislotalari sintezi reaktsiyalarida kuzatiladi.

DTC funktsiyalari

1. Energiya

• avlod vodorod atomlari nafas olish zanjirining ishlashi uchun, ya'ni uchta NADH molekulasi va bitta FADH2 molekulasi,
• yagona molekula sintezi GTP(ATP ga teng).

2. Anabolik. CTCda tuziladi

• gem kashshofi suksinil-SCoA,
• aminokislotalarga aylantirilishi mumkin bo'lgan keto kislotalar - a-ketoglutarat glutamik kislota uchun, oksaloatsetat aspartik uchun,
• limon kislotasi, yog 'kislotalarini sintez qilish uchun ishlatiladi,
• oksaloatsetat, glyukoza sintezi uchun ishlatiladi.

TCA ning anabolik reaktsiyalari

Trikarboksilik kislota aylanishini tartibga solish

Allosterik tartibga solish

TCA ning 1, 3 va 4 reaksiyalarini katalizlovchi fermentlar allosterik tartibga solish metabolitlari:

Oksaloatsetat mavjudligini tartibga solish

boshliq va asosiy TCA ning regulyatori oksaloatsetat, aniqrog'i uning mavjudligi. Oksaloatsetat mavjudligi TCA siklida asetil-SCoA ni o'z ichiga oladi va jarayonni boshlaydi.

Odatda hujayra mavjud muvozanat atsetil-SCoA (glyukoza, yog 'kislotalari yoki aminokislotalardan) hosil bo'lishi va oksaloatsetat miqdori o'rtasida. Oksaloatsetat manbai hisoblanadi

1)piruvik kislota glyukoza yoki alanindan hosil bo'lgan,

Piruvatdan oksaloatsetat sintezi

Fermentlar faolligini tartibga solish piruvat karboksilaza ishtirokida amalga oshirildi asetil-SCoA. Bu allosterikdir faollashtiruvchi ferment va usiz piruvat karboksilaza amalda faol emas. Asetil-SCoA to'planganda, ferment ishlay boshlaydi va oksaloatsetat hosil bo'ladi, lekin, albatta, faqat piruvat ishtirokida.

2) dan olish aspartik kislota transaminatsiya natijasida yoki AMP-IMF siklidan,

3) Kvitansiya mevali kislotalar aminokislotalarning katabolizmi yoki boshqa jarayonlarda hosil bo'lgan tsiklning o'zi (amber, a-ketoglutarik, olma, limon). Ko'pchilik aminokislotalar ularning katabolizmi davomida ular TCA ning metabolitlariga aylana oladi, keyinchalik ular oksaloatsetatga o'tadi, bu ham tsiklning faolligini saqlaydi.

Aminokislotalardan TCA metabolitlari hovuzini to'ldirish

Tsiklni yangi metabolitlar (oksaloatsetat, sitrat, a-ketoglutarat va boshqalar) bilan to'ldirish reaksiyalari deyiladi. anaplerotik.

Oksaloatsetatning metabolizmdagi roli

Muhim rolga misol oksaloatsetat keton jismlarining sintezini faollashtirishga xizmat qiladi va ketoatsidoz qon plazmasi at etarli emas oksaloatsetat miqdori jigarda. Bu holat insulinga bog'liq diabetes mellitusning (1-toifa diabet) dekompensatsiyasi va ochlik paytida kuzatiladi. Ushbu buzilishlar bilan jigarda glyukoneogenez jarayoni faollashadi, ya'ni. oksaloatsetat va boshqa metabolitlardan glyukoza hosil bo'lishi, bu oksaloatsetat miqdorining pasayishiga olib keladi. Yog 'kislotasi oksidlanishining bir vaqtning o'zida faollashishi va atsetil-SCoA to'planishi atsetil guruhidan foydalanish uchun zaxira yo'lni ishga tushiradi - keton tanachalarining sintezi. Bunday holda, organizmda qonning kislotalanishi rivojlanadi ( ketoatsidoz) xarakterli klinik ko'rinish bilan: zaiflik, bosh og'rig'i, uyquchanlik, mushak tonusining pasayishi, tana harorati va qon bosimi.

TCA reaksiyalari tezligining o'zgarishi va ma'lum sharoitlarda keton tanachalarining to'planishi sabablari

Oksaloatsetat ishtirokida tavsiflangan tartibga solish usuli chiroyli formulaning tasviridir " Yog'lar uglevodlar olovida yonadi". Bu shuni anglatadiki, glyukozaning "yonib turgan olovi" piruvatning paydo bo'lishiga olib keladi va piruvat nafaqat atsetil-SCoA ga, balki aylanadi. oksaloatsetat. Oksaloatsetatning mavjudligi undan hosil bo'lgan asetil guruhining kiritilishini kafolatlaydi yog 'kislotalari atsetil-SCoA shaklida, TCA ning birinchi reaktsiyasida.

Yog 'kislotalarining keng ko'lamli "yonishi" holatida, bu mushaklarda kuzatiladi jismoniy ish va jigarda ro'za tutish, atsetil-SCoA ning TCA reaktsiyasiga kirish tezligi to'g'ridan-to'g'ri oksaloatsetat (yoki oksidlangan glyukoza) miqdoriga bog'liq bo'ladi.

Agar oksaloatsetat miqdori bo'lsa gepatotsit etarli emas (glyukoza yo'q yoki u piruvatga oksidlanmagan), keyin asetil guruhi keton jismlarining sinteziga o'tadi. Bu qachon sodir bo'ladi uzoq muddatli ro'za tutish va 1-toifa diabet.

Krebs tsikli kabi hodisani hammamiz ham bilmaymiz. Bu nima? Oddiy qilib aytganda, bu hodisani inson organizmidagi kimyoviy reaktsiyalar deb ta'riflash mumkin, buning natijasida adenozin trifosfat ishlab chiqariladi.

Bu hodisa 20-asrning 30-yillarida nemis olimi Hans Krebs tomonidan oʻrganilgan. Bu vaqtda u va uning yordamchisi karbamidning aylanishini o'rganishdi. Ikkinchi davr bo'lgan davrda Jahon urushi, olim Angliyada yashash uchun ko'chib o'tdi, u erda uning tadqiqotlari ma'lum kislotalar inson organizmidagi jarayonlarni katalizlashi mumkinligini ko'rsatdi. Per bu tadqiqot olim taqdirlandi Nobel mukofoti.

Krebs sikli nima?

Inson tanasidagi energiya qondagi glyukozaga bog'liq. Glyukozani energiyaga aylantirish uchun tana hujayralarida mitoxondriyalar mavjud. Butun transformatsiya jarayoni sodir bo'lganda, glyukozadan ATP sifatida qisqartirilgan adenozin trifosfat moddasi olinadi. ATP inson organizmidagi asosiy energiya manbai hisoblanadi.

Olingan moddaning tuzilishi inson organlari va tizimlarini kerakli miqdorda energiya bilan ta'minlash uchun oqsilga qo'shilish qobiliyatini beradi. Glyukozaning o'zi to'g'ridan-to'g'ri ATP ga aylantirilmaydi, shuning uchun bu jarayon murakkab mexanizmlarni talab qiladi. Bu mexanizm Krebs siklidir.

Agar a oddiy til Bu jarayonni tushuntirish uchun aytishimiz mumkinki, Krebs tsikli bizning tanamizda, aniqrog'i uning har bir hujayrasida sodir bo'ladigan kimyoviy reaktsiyalar zanjiri. Bu jarayon tsikl bo'lib, u shunday nomlanadi, chunki u cheksiz davom etadi. Krebs sikli tugagach, natijada adenozin trifosfat moddasi ishlab chiqariladi. Bu inson tanasining ishlashi uchun energiya asosidir.

Aks holda, bu tsikl hujayra nafasi deb ataladi. Jarayonning ikkinchi nomi uning barcha bosqichlarida kislorod mavjudligi bilan bog'liq edi. Ushbu jarayon davomida aminokislotalar va uglevodlar ishlab chiqariladi. Bu bilan biz tsikl boshqa funktsiyani - qurilishni bajarishini hukm qilishimiz mumkin.

Yuqoridagi jarayonni amalga oshirish uchun inson tanasida etarli miqdorda iz elementlari bo'lishi kerak, ularning kamida yuztasi bo'lishi kerak. Vitaminlar zarur komponentlar qatoriga kiradi. Agar mikroelementlar etarli bo'lmasa, ulardan kamida bittasi etishmayotgan bo'lsa, unda tsikl unchalik samarali bo'lmaydi. Va Krebs tsiklining samarasizligi tanadagi metabolizmning buzilishiga olib keladi.

Tsiklni tartibga solish

Krebs tsikli kabi hodisani tartibga solish inson tanasining ishlashiga katta ta'sir ko'rsatadi. U sharoitlar qanday o'zgarishiga moslasha olishi muhim. tashqi muhit va fiziologik tizimlar qanday o'zgaradi. Bir necha guruhlarga bo'lingan tartibga soluvchi omillar mavjud:

• uglerod o'z ichiga olgan substratlar, shuningdek, tsiklning o'zida oraliq bo'lgan mahsulotlar bilan sodir bo'ladigan tartibga solish;
• adenil nukleotidlar yordamida tartibga solish, ular ham kofermentlar, ham yakuniy jarayonning mahsulotlari bo'lishi mumkin.

Dastlab, oraliq bo'lgan tsiklning o'tishi paytida mahsulotlarning vazifalari nima ekanligini tushunish kerak. Keling, oksaloatsetatning roliga e'tibor beraylik. Bu juda muhim element, chunki uning to'qimalarining zahiralari kamayganda, tsikl takrorlanishini to'xtatadi.

Bu tananing juda muhim energiya manbasini yo'q qiladi va hujayralar uchun oqibatlar dahshatli. Oqibatlari ham zararli, chunki atsetil-KoA ta'sir qilishi uchun zarur bo'lgan oksaloatsetat etarli emas. Atsetil-KoA uglevodlar va yog'larning katabolizmi jarayonida hosil bo'ladi. Bunday holda, ikki uglerodli fragmentlar to'planadi. Ular kondensatsiyalanganda to'qimalarda ortiqcha miqdorda atsetoatsetat to'planadi. Unga qo'shimcha ravishda boshqa shunga o'xshash jismlar to'planadi. Shu bilan birga, inson tanasida ketoz rivojlanadi, bu patologik holat.

Har bir holatda, atsetil-KoA hosil bo'lganda va u juda ko'p bo'lsa, uni kondensatsiya qilish uchun oksaloatsetat etarli emas. Ushbu tsikllarning har biri bilan ketoz paydo bo'ladi. Oddiy qilib aytganda, ketoz, agar uning darajasi atsetil-KoA miqdoridan past bo'lsa, oksaloatsetat etishmasligini keltirib chiqaradi.

Organizmda ketoz paydo bo'lganda, yog 'oksidlanish jarayonlari va uglevodlar katabolizmi o'rtasida buzilish mavjud. Bu hodisa piruvatning karboksillanishi paytida ikkinchisining oksalotseat ishlab chiqarishi mumkinligi bilan bog'liq. Bu reaksiya kataliz jarayonidan o'tadi. U mitoxondriyalarda biotin fermenti tomonidan katalizlanadi. Bu organizmda uglevodlar ishlab chiqariladigan asosiy mexanizmdir. Shunday qilib CO2 hosil bo'ladi, u keyinchalik Krebs siklida ishtirok etadi. Shuningdek, u glyukoneogenez jarayonini uglevodlarni o'z ichiga olgan bo'laklar bilan ta'minlaydi.

Ushbu tsiklning reaktsiyalari oksaloatsetat hosil bo'lishiga olib keladi. Uning tartibga solinishi teskari aloqa sifatida sodir bo'ladi va bu oksaloatsetatning suksinat dehidrogenazning raqobatbardosh inhibitori sifatida harakat qilishi bilan ta'minlanadi. Shu bilan birga, ferment bu tsiklda regulyator roliga ega.

Xulosa qilib aytish kerakki, Krebs tsikli - bu tananing normal ishlashi uchun energiya ishlab chiqaradigan hujayralardagi jarayon. Agar bu jarayon noto'g'ri sodir bo'lsa, unda bu patologik holatga va inson organizmida metabolizmning buzilishiga olib keladi.

Video

Ushbu metabolik yo'l uni kashf etgan muallif - G. Krebs nomi bilan atalgan, u 1953 yilda ushbu kashfiyot uchun (F. Lipman bilan birga) Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. Limon kislotasi aylanishi oziq-ovqatdagi oqsillar, yog'lar va uglevodlarning parchalanishidan bo'sh energiyaning ko'p qismini oladi. Krebs tsikli markaziy metabolik yo'ldir.

Mitoxondriyal matritsada piruvatning oksidlovchi dekarboksillanishi natijasida hosil bo'lgan atsetil-KoA ketma-ket oksidlanish reaktsiyalari zanjiriga kiradi. Sakkizta shunday reaktsiya mavjud.

1-reaksiya - limon kislotasining hosil bo'lishi. Sitrat hosil bo'lishi sitrat sintaza fermenti (suv ishtirokida) yordamida atsetil-KoA ning atsetil qoldig'ini oksalatsetat (OA) bilan kondensatsiya qilish orqali sodir bo'ladi:

Bu reaksiya amalda qaytarilmaydi, chunki atsetil-S-KoA ning energiyaga boy tioefir bog'i parchalanadi.

2-reaksiya - izotsitrik kislota hosil bo'lishi. Bu reaksiya temir o'z ichiga olgan (Fe - gem bo'lmagan) ferment - akonitaz tomonidan katalizlanadi. Reaksiya shakllanish bosqichida davom etadi cis-akonit kislotasi (limon kislotasi hosil bo'lish uchun suvsizlanishga uchraydi cis-akonit kislotasi, u suv molekulasini biriktirib, izotsitrik kislotaga aylanadi).

3-reaksiya - izotsitrik kislotaning dehidrogenlanishi va bevosita dekarboksillanishi. Reaksiya NAD+ ga qaram ferment izotsitrat dehidrogenaza tomonidan katalizlanadi. Ferment marganets (yoki magniy) ionlarining mavjudligiga muhtoj. Tabiatan allosterik oqsil bo'lgan izotsitrat dehidrogenaza o'ziga xos faollashtiruvchiga - ADPga muhtoj.

4-reaksiya - a-ketoglutar kislotaning oksidlovchi dekarboksillanishi. Jarayon a-ketoglutarat dehidrogenaza tomonidan katalizlanadi - tuzilishi va ta'sir mexanizmi bo'yicha piruvatdehidrogenaza kompleksiga o'xshash ferment kompleksi. U bir xil kofermentlardan iborat: TPP, LA va FAD - kompleksning o'z kofermentlari; KoA-SH va NAD+ tashqi kofermentlardir.

5-reaksiya - substrat fosforlanishi. Reaktsiyaning mohiyati suksinil-KoA (makroergik birikma) ning boy bog'lanish energiyasini fosfor kislotasi ishtirokida YaIMga o'tkazishdir - bu holda molekulasi reaksiyaga kirishadigan GTP hosil bo'ladi. qayta fosforlanish ADP bilan ATP hosil bo'ladi.

6-reaksiya - süksin kislotasini suksinat dehidrogenaza bilan dehidrogenlash. Ferment vodorodni to'g'ridan-to'g'ri substratdan (suksinat) ichki mitoxondriyal membrananing ubikinoniga o'tkazadi. Suksinat dehidrogenaza mitoxondrial nafas olish zanjirining II kompleksidir. Bu reaksiyadagi koenzim FAD hisoblanadi.

7-reaksiya - fumaraza fermenti ta'sirida molik kislota hosil bo'lishi. Fumaraza (fumarat gidrataz) fumar kislotasini gidratlaydi - bu molik kislota hosil qiladi va uning L-form, chunki ferment stereospesifikdir.

8-reaksiya - oksalatsetat hosil bo'lishi. Reaksiya katalizlanadi malat dehidrogenaza , uning kofermenti OVER + . Ferment ta'sirida hosil bo'lgan oksalatsetat yana Krebs tsikliga kiradi va butun tsiklik jarayon takrorlanadi.

Oxirgi uchta reaktsiya qaytar, lekin NADH?H+ nafas olish zanjiri tomonidan qabul qilinganligi sababli, reaktsiyaning muvozanati o'ngga siljiydi, ya'ni. oksalatsetat hosil bo'lishiga qaratilgan. Ko'rinib turibdiki, asetil-KoA molekulalarining to'liq oksidlanishi, "yonishi" tsiklning bir burilishida sodir bo'ladi. Tsikl davomida nikotinamid va flavin kofermentlarining reduksiyalangan shakllari hosil bo'lib, ular mitoxondriyalarning nafas olish zanjirida oksidlanadi. Shunday qilib, Krebs tsikli hujayrali nafas olish jarayoni bilan chambarchas bog'liq.

Trikarboksilik kislota aylanishining funktsiyalari xilma-xildir:

· Integrativ - Krebs tsikli - hujayraning eng muhim tarkibiy qismlarining parchalanish va sintez jarayonlarini birlashtirgan markaziy metabolik yo'l.

· Anabolik - siklning substratlari ko'plab boshqa birikmalarni sintez qilish uchun ishlatiladi: oksalatsetat glyukoza sintezi (glyukoneogenez) va aspartik kislota sintezi uchun, atsetil-KoA - gem sintezi uchun, a-ketoglutarat - sintez uchun ishlatiladi. glutamik kislota, atsetil-KoA - yog 'kislotalari, xolesterin, steroid gormonlar, aseton tanalari va boshqalarni sintez qilish uchun.

· katabolik - bu tsiklda glyukoza, yog 'kislotalari, ketogen aminokislotalarning parchalanish mahsulotlari o'z sayohatini yakunlaydi - ularning barchasi atsetil-KoA ga aylanadi; glutamik kislota - a-ketoglutarga; aspartik - oksaloatsetatga va boshqalar.

· Aslida energiya - sikl reaktsiyalaridan biri (suksinil-KoA ning parchalanishi) substratning fosforlanish reaktsiyasidir. Ushbu reaksiya jarayonida GTP ning bir molekulasi hosil bo'ladi (refosforilatsiya reaktsiyasi ATP hosil bo'lishiga olib keladi).

· Vodorod donori - uchta NAD + - bog'liq dehidrogenaza (izotsitrat, a-ketoglutarat va malat dehidrogenaza) va FADga bog'liq suksinat dehidrogenaza ishtirokida 3 NADH?H + va 1 FADH 2 hosil bo'ladi. Bu qisqartirilgan koenzimlar mitoxondrial nafas olish zanjiri uchun vodorod donorlari bo'lib, vodorodni uzatish energiyasi ATP sintezi uchun ishlatiladi.

· Anaplerotik - to'ldirish. Krebs sikli substratlarining katta miqdori turli birikmalarni sintez qilish uchun ishlatiladi va tsiklni tark etadi. Ushbu yo'qotishlarni qoplaydigan reaktsiyalardan biri piruvat karboksilaza tomonidan katalizlangan reaktsiyadir.

Krebs siklining reaksiya tezligi hujayraning energiyaga bo'lgan ehtiyoji bilan belgilanadi

Krebs siklining reaksiya tezligi to'qimalarning nafas olish jarayonining intensivligi va u bilan bog'liq oksidlovchi fosforlanish - nafas olishni nazorat qilish bilan bog'liq. Hujayraning etarli energiya ta'minotini aks ettiruvchi barcha metabolitlar Krebs siklining inhibitorlari hisoblanadi. ATP / ADP nisbatining oshishi hujayraning etarli energiya ta'minoti ko'rsatkichidir va tsiklning faolligini pasaytiradi. NAD + / NADH, FAD / FADH 2 nisbatining oshishi energiya tanqisligini ko'rsatadi va Krebs siklida oksidlanish jarayonlarining tezlashishi signalidir.

Regulyatorlarning asosiy ta'siri uchta asosiy fermentning faolligiga qaratilgan: sitrat sintaza, izotsitrat dehidrogenaza va a-ketoglutarat dehidrogenaza. Sitrat sintazaning allosterik inhibitörleri ATP, yog 'kislotalaridir. Ba'zi hujayralarda sitrat va NADH uning ingibitorlari rolini o'ynaydi. Izotsitrat dehidrogenaza ADP tomonidan allosterik ravishda faollashadi va NADH + H + ning yuqori darajalari bilan inhibe qilinadi.

Guruch. 5.15. Trikarboksilik kislota aylanishi (Krebs sikli)

Ikkinchisi, shuningdek, a-ketoglutarat dehidrogenaza inhibitori bo'lib, uning faolligi ham suksinil-KoA darajasining oshishi bilan kamayadi.

Krebs siklining faolligi ko'p jihatdan substratlarning mavjudligiga bog'liq. Substratlarning tsikldan doimiy "oqishi" (masalan, ammiak bilan zaharlanishda) hujayralarni energiya bilan ta'minlashda sezilarli buzilishlarga olib kelishi mumkin.

Glyukoza oksidlanishining pentozafosfat yo'li hujayradagi qaytaruvchi sintezlarga xizmat qiladi.

Nomidan ko'rinib turibdiki, bu yo'lda juda zarur bo'lgan pentoza fosfatlar ishlab chiqariladi. Pentozalarning hosil bo'lishi glyukozaning birinchi uglerod atomining oksidlanishi va yo'q qilinishi bilan birga kelganligi sababli, bu yo'l ham deyiladi. apotom (cho'qqi- yuqori).

Pentoza fosfat yo'lini ikki qismga bo'lish mumkin: oksidlovchi va oksidlovchi bo'lmagan. Uch reaksiyani o'z ichiga olgan oksidlovchi qismida NADPH?H + va ribuloza-5-fosfat hosil bo'ladi. Oksidlanmagan qismida ribuloza-5-fosfat 3, 4, 5, 6, 7 va 8 uglerod atomli turli xil monosaxaridlarga aylanadi; yakuniy mahsulotlar fruktoza-6-fosfat va 3-PHA.

· Oksidlovchi qism . Birinchi reaktsiya-glyukoza-6-fosfatning glyukoza-6-fosfatdegidrogenaza ta'sirida d-lakton 6-fosfoglyukon kislotasi va NADPH?H + (NADP +) hosil bo'lishi bilan dehidratsiyasi. - koenzim glyukoza-6-fosfat dehidrogenaza).

Ikkinchi reaktsiya- 6-fosfoglyukonolaktonning glyukonolakton gidrolaza bilan gidrolizlanishi. Reaksiya mahsuloti 6-fosfoglyukonatdir.

Uchinchi reaktsiya- 6-fosfoglyukonolaktonning kofermenti NADP + bo'lgan 6-fosfoglyukonatdehidrogenaza fermenti ta'sirida dehidrogenatsiya va dekarboksillanish. Reaksiya jarayonida koferment kamayadi va C-1 glyukoza parchalanib, ribuloza-5-fosfat hosil qiladi.

· Oksidlanmaydigan qism . Birinchi, oksidlovchidan farqli o'laroq, pentoza-fosfat yo'lining ushbu qismining barcha reaktsiyalari qaytariladi (5.16-rasm).

5.16-rasm.Pentozafosfat yo'lining oksidlovchi qismi (F-variant)

Ribuloza-5-fosfat izomerlanishi mumkin (ferment - ketoizomeraz ) riboza-5-fosfatga aylanadi va epimerizatsiyalanadi (ferment - epimeraza ) ksiluloza-5-fosfatga. Ikki turdagi reaktsiyalar: transketolaza va transaldolaza.

Transketolaza(koenzim - tiamin pirofosfat) ikki uglerodli parchani ajratib, uni boshqa shakarlarga o'tkazadi (diagrammaga qarang). Transaldolaza uch uglerodli parchalarni olib yuradi.

Reaksiyaga riboza-5-fosfat va ksiluloza-5-fosfat birinchi bo'lib kiradi. Bu transketolaza reaktsiyasi: 2C fragmenti ksiluloza-5-fosfatdan riboza-5-fosfatga o'tkaziladi.

Keyin hosil bo'lgan ikkita birikma bir-biri bilan transaldolaza reaktsiyasida reaksiyaga kirishadi; bunda 3C fragmentining sedoheptuloza-7-fosfatdan 3-PHAga o'tishi natijasida eritroz-4-fosfat va fruktoza-6-fosfat hosil bo'ladi.Bu pentozafosfat yo'lining F-variantidir. . Bu yog 'to'qimalariga xosdir.

Biroq reaksiyalar boshqa yo'l bo'ylab ham borishi mumkin (5.17-rasm).Bu yo'l L-variant sifatida belgilanadi. Bu jigar va boshqa organlarda paydo bo'ladi. Bunda transaldolaza reaksiyasida oktuloza-1,8-difosfat hosil bo'ladi.

5.17-rasm. Glyukoza almashinuvining pentoza fosfat (apotomik) yo'li (oktuloza yoki L-variant)

Eritroza-4-fosfat va fruktoza-6-fosfat transketolaza reaktsiyasiga kirishi mumkin, bu fruktoza-6-fosfat va 3-PHA hosil bo'lishiga olib keladi.

Pentoza fosfat yo'lining oksidlovchi va oksidlanmaydigan qismlari uchun umumiy tenglamani quyidagicha ifodalash mumkin:

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

Uglerodning kimyoviy energiyasining asosiy qismi aerob sharoitda kislorod ishtirokida chiqariladi. Krebs tsikli limon kislotasi aylanishi yoki hujayrali nafas olish deb ham ataladi. Bu jarayonning individual reaksiyalarini ochishda ko'plab olimlar ishtirok etdilar: A. Szent-Gyorgyi, A. Leninger, X. Krebs, tsikl ularning nomi bilan atalgan, S. E. Severin va boshqalar.

Uglevodlarning anaerob va aerob hazm bo'lishi o'rtasida yaqin bog'liqlik mavjud. Avvalo, u uglevodlarning anaerob parchalanishini yakunlovchi va hujayrali nafas olishni (Krebs tsikli) boshlaydigan piruvik kislota mavjudligida ifodalanadi. Ikkala faza ham bir xil fermentlar tomonidan katalizlanadi. Kimyoviy energiya fosforlanish jarayonida ajralib chiqadi va ATP makroerglari shaklida saqlanadi. Kimyoviy reaksiyalarda bir xil kofermentlar (NAD, NADP) va kationlar ishtirok etadi. Farqlar quyidagilardan iborat: agar uglevodlarning anaerob hazm qilish jarayoni asosan gialoplazmada joylashgan bo'lsa, hujayrali nafas olish reaktsiyalari asosan mitoxondriyalarda sodir bo'ladi.

Muayyan sharoitlarda ikki faza o'rtasida antagonizm kuzatiladi. Shunday qilib, kislorod ishtirokida glikoliz keskin kamayadi (Paster effekti). Glikoliz mahsulotlari uglevodlarning aerob metabolizmini inhibe qilishi mumkin (Crabtree effekti).

Krebs siklida bir qancha kimyoviy reaksiyalar mavjud bo‘lib, buning natijasida uglevodlarning parchalanish mahsulotlari karbonat angidrid va suvgacha oksidlanadi va makroergik birikmalarda kimyoviy energiya to‘planadi. "Tashuvchi" - oksaloasetik kislota (SOC) hosil bo'lganda. Keyinchalik, faollashtirilgan sirka kislotasi qoldig'ining "tashuvchisi" bilan kondensatsiya sodir bo'ladi. Trikarboksilik kislota mavjud - limon. Kimyoviy reaktsiyalar jarayonida sirka kislotasi qoldig'ining tsikldagi "aylanmasi" mavjud. Pirouzum kislotaning har bir molekulasidan o'n sakkiz molekula adenozin trifosfat hosil bo'ladi. Tsikl oxirida faollashtirilgan sirka kislotasi qoldig'ining yangi molekulalari bilan reaksiyaga kirishadigan "tashuvchi" chiqariladi.

Krebs tsikli: reaktsiyalar

Agar uglevodlarni anaerob hazm qilishning yakuniy mahsuloti sut kislotasi bo'lsa, u holda laktat dehidrogenaza ta'sirida piruvik kislotagacha oksidlanadi. Pyruvic kislota molekulalarining bir qismi piruvat karboksilaza fermenti ta'sirida va Mg2 + ionlari ishtirokida BJC "tashuvchisi" ni sintez qilish uchun ishlatiladi. Pyruvic kislota molekulalarining bir qismi "faol asetat" - atsetilkoenzim A (asetil-KoA) hosil bo'lish manbai hisoblanadi. Reaksiya piruvatdehidrogenaza ta'sirida amalga oshiriladi. Asetil-KoA tarkibida energiyaning 5-7% ni to'playdi. Kimyoviy energiyaning asosiy massasi "faol asetat" oksidlanishi natijasida hosil bo'ladi.

Sitrat sintetaza ta'sirida Krebs siklining o'zi ishlay boshlaydi, bu esa sitrat kislotasi hosil bo'lishiga olib keladi. Bu kislota akonitatgidrataza ta'sirida suvsizlanadi va sis-akonitik kislotaga aylanadi, suv molekulasi qo'shilgandan keyin izotsitrik bo'ladi. Uchta trikarboksilik kislotalar o'rtasida dinamik muvozanat o'rnatiladi.

Izositrik kislota oksidlanib, oksalosuksin kislotasiga aylanadi, u dekarboksillanadi va alfa-ketoglutar kislotaga aylanadi. Reaksiya izotsitrat dehidrogenaza fermenti tomonidan katalizlanadi. Alfa-ketoglutar kislota 2-okso-(alfa-keto)-glutaratdehidrogenaza fermenti ta'sirida dekarboksillanadi, natijada makroergik bog'langan suksinil-KoA hosil bo'ladi.

Keyingi bosqichda suksinil-KoA, suksinil-KoA sintetaza fermenti ta'sirida, makroergik bog'lanishni YaIMga (guanozin difosfat kislota) o'tkazadi. GTP (guanozin trifosfat kislota) GTP-adenilatkinaz fermenti ta'sirida AMP (adenozin monofosfat kislotasi) bilan makroergik bog'lanishni beradi. Krebs sikli: formulalar - GTP + AMP - YaIM + ADP.

Ferment ta'sirida suksinat dehidrogenaza (SDH) fumarik oksidlanadi. SDH koenzimi flavin adenin dinukleotiddir. Fumarat, fumaratgidrataz fermenti ta'sirida olma kislotasiga aylanadi, u o'z navbatida oksidlanadi va BOC hosil qiladi. Reaksiyaga kirishuvchi sistemada atsetil-KoA borligida BFA yana trikarboksilik kislota sikliga kiradi.

Shunday qilib, bitta glyukoza molekulasidan 38 tagacha ATP molekulalari hosil bo'ladi (ikkitasi - anaerob glikoliz tufayli, oltitasi - glikolitik oksidlanish jarayonida hosil bo'lgan ikkita NAD H + H + molekulalarining oksidlanishi natijasida va 30 tasi - TCA). Koeffitsient foydali harakat CTC 0,5 ga teng. Qolgan energiya issiqlik sifatida tarqaladi. TCAda sut kislotasining 16-33% oksidlanadi, uning massasining qolgan qismi glikogen resintezi uchun sarflanadi.