Бұл зат алмасу жолы 1953 жылы осы жаңалығы үшін Нобель сыйлығын алған (Ф. Липманмен бірге) оны ашқан автор Г.Кребстің құрметіне аталған. Лимон қышқылының циклі тағамдағы ақуыздардың, майлардың және көмірсулардың ыдырауы нәтижесінде пайда болатын бос энергияның көп бөлігін алады. Кребс циклі метаболизмнің орталық жолы болып табылады.

Митохондриялық матрицада пируваттың тотығу декарбоксилденуінің нәтижесінде түзілетін ацетил-КоА бірізді тотығу реакцияларының тізбегіне кіреді. Мұндай сегіз реакция бар.

1-ші реакция – лимон қышқылының түзілуі. Цитрат цитратсинтаза ферментінің көмегімен (судың қатысуымен) ацетил-КоА ацетил қалдығын оксалацетатпен (ОА) конденсациялау арқылы түзіледі:

Бұл реакция іс жүзінде қайтымсыз, өйткені ол энергияға бай ацетил ~ S-CoA тиоэфирлік байланысын ыдыратады.

2-ші реакция – изоцитр қышқылының түзілуі.Бұл реакцияны құрамында темірі бар (Fe – гем емес) фермент – аконитаза катализдейді. Реакция түзілу сатысынан өтеді cis-аконит қышқылы (лимон қышқылы түзілу үшін сусыздануға ұшырайды cis-аконит қышқылы, ол су молекуласын қосу арқылы изоцитр қышқылына айналады).

3-ші реакция – изоцит қышқылының дегидрленуі және тікелей декарбоксилденуі.Реакцияны NAD+-тәуелді фермент изоцитратдегидрогеназа катализдейді. Фермент марганец (немесе магний) иондарының болуын талап етеді. Табиғаты бойынша аллостериялық ақуыз бола отырып, изоцитратдегидрогеназаға арнайы активатор – АДФ қажет.

4-ші реакция – α-кетоглутар қышқылының тотығу декарбоксилденуі.Процесс α-кетоглутаратдегидрогеназа арқылы катализденеді - құрылымы мен әсер ету механизмі бойынша пируватдегидрогеназа кешеніне ұқсас ферменттік кешен. Оның құрамында бірдей коферменттер бар: TPP, LA және FAD – кешеннің меншікті коферменттері; CoA-SH және NAD + сыртқы коферменттерге жатады.

5-ші реакция – субстраттың фосфорлануы.Реакцияның мәні энергияға бай сукцинил-КоА байланысын (жоғары энергиялық қосылыс) фосфор қышқылының қатысуымен HDF-ге беру - бұл молекуласы реакцияға түсетін GTP құрайды. рефосфорлануАДФ-мен – АТФ түзіледі.

6-шы реакция – сукцин қышқылын сукцинатдегидрогеназамен дегидрлеу.Фермент сутекті субстраттан (сукцинаттан) ішкі митохондриялық мембранадағы убихинонға тікелей тасымалдайды. Сукцинатдегидрогеназа – митохондриялық тыныс алу тізбегінің II кешені. Бұл реакциядағы кофермент FAD болып табылады.

7-ші реакция – фумараза ферментінің әсерінен алма қышқылының түзілуі.Фумараза (фумаратгидратаза) фумар қышқылын ылғалдандырады – ол алма қышқылын түзеді, ал оның Л-форма, өйткені фермент стереоспецификалық.

8-ші реакция – оксалацетаттың түзілуі.Реакция катализденеді малатдегидрогеназа , коферменті NAD+. Ферменттің әсерінен түзілген оксалацетат қайтадан Кребс цикліне енеді және бүкіл циклдік процесс қайталанады.

Соңғы үш реакция қайтымды, бірақ NADH?H + тыныс алу тізбегімен ұсталатындықтан, реакцияның тепе-теңдігі оңға жылжиды, яғни. оксалацетаттың түзілуіне қарай. Көріп отырғаныңыздай, циклдің бір айналымы кезінде ацетил-КоА молекуласының толық тотығуы, «жануы» жүреді. Цикл кезінде митохондриялық тыныс алу тізбегінде тотығатын никотинамид пен флавин коферменттерінің редукцияланған формалары түзіледі. Осылайша, Кребс циклі жасушалық тыныс алу процесімен тығыз байланысты.

Цикл функциясы үш карбон қышқылдарыәртүрлі:

· Интегративті - Кребс циклі - жасушаның ең маңызды компоненттерінің ыдырауы мен синтезі процестерін біріктіретін орталық метаболикалық жол.

· Анаболикалық - циклдік субстраттар көптеген басқа қосылыстардың синтезі үшін қолданылады: оксал ацетаты глюкоза синтезі үшін (глюконеогенез) және аспарагин қышқылының синтезі үшін, ацетил-КоА - гем синтезі үшін, α-кетоглутарат - синтез үшін қолданылады. глутамин қышқылы, ацетил-КоА - май қышқылдарын, холестеринді, стероидты гормондарды, ацетон денелерін және т.б. синтездеу үшін.

· Катаболикалық - бұл циклде глюкозаның, май қышқылдарының және кетогендік аминқышқылдарының ыдырау өнімдері өз жолын аяқтайды - олардың барлығы ацетил-КоА-ға айналады; глутамин қышқылы - α-кетоглутар қышқылына; аспартик - оксалоацетатқа және т.б.

· Шын мәнінде энергия - цикл реакцияларының бірі (сукцинил-КоА ыдырауы) субстраттың фосфорлану реакциясы болып табылады. Бұл реакция кезінде ГТФ бір молекуласы түзіледі (фосфорлану реакциясы АТФ түзілуіне әкеледі).

· Сутегі доноры - үш NAD+-тәуелді дегидрогеназа (изоцитрат, α-кетоглутарат және малатдегидрогеназа) және ФАД-тәуелді сукцинатдегидрогеназаның қатысуымен 3 NADH?H+ және 1 FADH 2 түзіледі. Бұл қалпына келтірілген коферменттер митохондриялық тыныс алу тізбегі үшін сутегі доноры болып табылады; сутегінің тасымалдану энергиясы АТФ синтезіне жұмсалады.

· Анаплеротикалық - толықтыру. Кребс циклінің субстраттарының едәуір мөлшері әртүрлі қосылыстардың синтезі үшін пайдаланылады және циклден шығады. Осы шығындарды өтейтін реакциялардың бірі пируват карбоксилазамен катализделген реакция болып табылады.

Кребс циклінің реакциясының жылдамдығы жасушаның энергия қажеттілігімен анықталады

Кребс циклінің реакцияларының жылдамдығы тіннің тыныс алу процесінің қарқындылығымен және онымен байланысты тотығу фосфорлануымен - тыныс алуды бақылаумен корреляцияланады. Жасушаның жеткілікті энергиямен қамтамасыз етілуін көрсететін барлық метаболиттер Кребс циклінің ингибиторлары болып табылады. ATP/ADP қатынасының жоғарылауы жасушаның жеткілікті энергиямен қамтамасыз етілуінің көрсеткіші болып табылады және циклдің белсенділігін төмендетеді. NAD+/NADH, FAD/FADH 2 қатынасының жоғарылауы энергия тапшылығын көрсетеді және Кребс цикліндегі тотығу процестерінің жеделдеуінің сигналы болып табылады.

Реттегіштердің негізгі әрекеті үш негізгі ферменттің белсенділігіне бағытталған: цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа және а-кетоглутаратдегидрогеназа. Цитратсинтазаның аллостериялық ингибиторлары АТФ және май қышқылдары болып табылады. Кейбір жасушаларда цитрат және NADH оның ингибиторларының рөлін атқарады. Изоцитратдегидрогеназа АДФ арқылы аллостериялық белсендіріледі және NADH+H+ деңгейін жоғарылату арқылы тежеледі.

Күріш. 5.15. Үшкарбон қышқылының циклі (Кребс циклі)

Соңғысы сонымен қатар а-кетоглутаратдегидрогеназаның тежегіші болып табылады, оның белсенділігі де сукцинил-КоА деңгейінің жоғарылауымен төмендейді.

Кребс циклінің белсенділігі негізінен субстраттардың жеткізілуіне байланысты. Циклдан субстраттардың тұрақты «ағып кетуі» (мысалы, аммиакпен улану кезінде) жасушаларды энергиямен қамтамасыз етуде айтарлықтай бұзылулар тудыруы мүмкін.

Глюкозаның тотығуының пентозофосфаттық жолы жасушада тотықсыздандырғыш синтезге қызмет етеді.

Аты айтып тұрғандай, бұл жол жасушаға өте қажет пентозалық фосфаттарды шығарады. Пентозаның түзілуі глюкозаның бірінші көміртегі атомының тотығуымен және жойылуымен бірге жүретіндіктен, бұл жолды былай деп те атайды. апотомдық (шыңы- жоғарғы).

Пентозофосфат жолын екі бөлікке бөлуге болады: тотықтырғыш және тотықтырмайтын. Үш реакцияны қамтитын тотығу бөлігінде NADPH?H+ және рибулоза-5-фосфат түзіледі. Тотықтырмайтын бөлігінде рибулоза 5-фосфаты 3, 4, 5, 6, 7 және 8 көміртегі атомдары бар әртүрлі моносахаридтерге айналады; соңғы өнімдер фруктоза 6-фосфат және 3-ПХА болып табылады.

· Тотығу бөлігі . Бірінші реакция-глюкоза-6-фосфатты глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа арқылы дегидрлеу δ-лактонды 6-фосфоглюкон қышқылы мен NADPH?H+ (NADP +) түзеді. - кофермент глюкоза-6-фосфатдегидрогеназа).

Екінші реакция- глюконолактон гидролазамен 6-фосфоглюконолактонның гидролизі. Реакция өнімі 6-фосфоглюконат.

Үшінші реакция- коферменті НАДФ+ болатын 6-фосфоглюконатдегидрогеназа ферментімен 6-фосфоглюконолактонның дегидрленуі және декарбоксилденуі. Реакция кезінде кофермент қалпына келеді және С-1 глюкоза ыдырап рибулоза-5-фосфат түзеді.

· Тотықтырмайтын бөлік . Бірінші тотығудан айырмашылығы, пентозофосфат жолының осы бөлігінің барлық реакциялары қайтымды (5.16-сурет)

5.16-сурет.Пентозафосфат жолының тотығу бөлігі (F-варианты)

Рибулоза 5-фосфат изомерлене алады (фермент - кетоизомераза ) рибоза-5-фосфатқа айналады және эпимеризацияланады (фермент - эпимераз ) ксилулоза-5-фосфатқа дейін. Осыдан кейін реакцияның екі түрі жүреді: транскетолаза және трансальдолаза.

Транскетолаза(кофермент – тиамин пирофосфат) екі көміртекті фрагментті бөліп, оны басқа қанттарға береді (сызбаны қараңыз). Трансальдолаза үш көміртекті фрагменттерді тасымалдайды.

Алдымен рибоза 5-фосфат пен ксилулоза 5-фосфат әрекеттеседі. Бұл транскетолаза реакциясы: 2С фрагменті ксилулоза-5-фосфаттан рибоза-5-фосфатқа ауысады.

Нәтижесінде екі қосылыс бір-бірімен трансальдолаза реакциясында әрекеттеседі; бұл жағдайда 3С фрагментінің седогептулоза-7-фосфаттан 3-ФГА-ға ауысуы нәтижесінде эритроза-4-фосфат және фруктоза-6-фосфат түзіледі.Бұл пентозофосфат жолының F-варианты. . Ол майлы тіндерге тән.

Бірақ реакциялар басқа жолмен де жүруі мүмкін (5.17-сурет) Бұл жол L-нұсқа ретінде белгіленеді. Ол бауырда және басқа органдарда пайда болады. Бұл жағдайда трансальдолаза реакциясында октулоза-1,8-дифосфат түзіледі.

5.17-сурет. Глюкоза метаболизмінің пентозофосфатты (апотомиялық) жолы (октулоза немесе L-варианты)

Эритроза 4-фосфат және фруктоза 6-фосфат транскетолаза реакциясына түсе алады, нәтижесінде фруктоза 6-фосфат және 3-ФГА түзіледі.

Пентозофосфат жолының тотығу және тотығу емес бөліктерінің жалпы теңдеуін келесідей көрсетуге болады:

Глюкоза-6-P + 7H 2 O + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO 2 + 12 NADPH?H + + Fn.

Метаболизм

Метаболизм - бұл біздің денемізде болатын энергия алмасу. Біз оттегін жұтып, көмірқышқыл газын шығарамыз. Тірі жан ғана бірдеңені ала алады қоршаған ортажәне оны басқа пішінде қайтарыңыз.

Біз таңғы асты ішеміз делік, нан мен тауық етін жедік. Нан - көмірсулар, тауық - белоктар.
Осы уақыт ішінде қорытылған көмірсулар моносахаридтерге, ал ақуыздар аминқышқылдарына ыдырайды.
Бұл бастапқы кезең – катаболизм. Бұл кезеңде күрделі құрылымдар қарапайым құрылымдарға ыдырайды.

Сондай-ақ, мысал ретінде тері бетінің жаңаруын келтіруге болады. Олар үнемі өзгеріп отырады. Терінің жоғарғы қабаты өлгенде, макрофагтар өлі жасушаларды алып тастайды және жаңа тіндер пайда болады. Ол ақуызды жинау арқылы жасалады органикалық қосылыстар. Бұл рибосомаларда орын алады. Қарапайым құрамнан (амин қышқылдарынан) күрделі құрам (белок) түзу әрекеттерінің жиынтығы анаболизм деп аталады.

Анаболизм:

• биіктігі,
• арттыру,
• ұзарту.

Катаболизм:

• бөлу,
• бөлу,
• төмендеуі.

«Анаболика» фильмін көру арқылы атын есте сақтауға болады. Онда бұлшықет массасын өсіру және көбейту үшін анаболикалық препараттарды қолданатын спортшылар туралы айтып отырмыз.

Кребс циклі дегеніміз не?

20 ғасырдың 30-шы жылдары ғалым Ганс Кребс мочевинаны зерттеді. Содан кейін ол Англияға көшіп, белгілі бір ферменттер біздің ағзамызда катализденеді деген қорытындыға келеді. Сол үшін оған Нобель сыйлығы берілді.

Біз эритроциттердің құрамындағы глюкозадан энергия аламыз. Митохондриялар декстрозаны энергияға айналдыруға көмектеседі. Соңғы өнім аденозинтрифосфатқа немесе АТФ-қа айналады. ATP дененің негізгі құндылығы болып табылады. Алынған зат біздің денеміздің мүшелерін энергиямен қанықтырады. Глюкозаның өзі ATP-ге айналмайды, бұл күрделі механизмдерді қажет етеді. Бұл ауысу Кребс циклі деп аталады.

Кребс циклі- Бұл әрбір тірі жанның ішінде болатын тұрақты химиялық өзгерістер. Бұл процедура тоқтаусыз қайталанатындықтан осылай аталады. Осы құбылыстың нәтижесінде біз үшін өмірлік маңызды болып саналатын аденозин үшфосфор қышқылын аламыз.

Маңызды шарт - жасушаның тыныс алуы. Барлық кезеңдерінде оттегі болуы керек. Қосулы осы кезеңдежаңа аминқышқылдары мен көмірсулар да түзіледі. Бұл элементтер дененің құрылысшылары рөлін атқарады, бұл құбылыс тағы бір маңызды рөл атқарады - құрылыс. Бұл функциялардың тиімді болуы үшін басқа микро және макроэлементтер мен витаминдер қажет. Кем дегенде бір элементтің жетіспеушілігі болса, органдардың жұмысы бұзылады.

Кребс циклінің кезеңдері

Мұнда глюкозаның бір молекуласы пирожүзім қышқылының екі бөлігіне бөлінеді. Бұл зат алмасу процесінің маңызды буыны және бауырдың қызметі оған байланысты. Ол көптеген жемістер мен жидектерде кездеседі. Ол көбінесе косметикалық мақсаттарда қолданылады. Нәтижесінде сүт қышқылы әлі де пайда болуы мүмкін. Ол қан жасушаларында, ми мен бұлшықеттерде кездеседі. Содан кейін кофермент А. Оның қызметі көміртекті дененің әртүрлі бөліктеріне тасымалдау болып табылады. Оксалатпен біріктіргенде цитрат аламыз. Коэнзим А толығымен ыдырайды, біз де су молекуласын аламыз.

Екіншісінде су цитраттан бөлінеді. Нәтижесінде изоцитратты алуға көмектесетін актин қосылысы пайда болады. Мәселен, біз жемістер мен шырындардың, шырындардың сапасын біле аламыз. NADH түзіледі - ол тотығу процестеріне және метаболизмге қажет.
Сумен қосылу процесі жүреді және аденозинтрифосфаттың энергиясы бөлінеді. Оксалоцетатты дайындау. Митохондриядағы қызметтері.

Қандай себептермен энергия алмасуы баяулайды?

Біздің денеміз тамаққа, сұйықтыққа және қанша қозғалатынымызға бейімделу мүмкіндігіне ие. Бұл заттар метаболизмге қатты әсер етеді.
Тіпті сонау алыс замандарда да адамзат ауыр ауа райы жағдайында аурумен, аштықпен және егіннің жетіспеушілігімен аман қалды. Қазір медицина алға жылжыды, сондықтан дамыған елдерде адамдар бар күш-жігерін жұмсамай-ақ ұзақ өмір сүріп, жақсы ақша таба бастады. Қазіргі уақытта адамдар ұн мен тәтті кондитерлік өнімдерді жиі тұтынады және аз қозғалады. Бұл өмір салты элементтердің жұмысының баяулауына әкеледі.

Бұған жол бермеу үшін алдымен диетаға цитрус жемістерін қосу керек. Олардың құрамында витаминдер кешені және басқа да маңызды заттар бар. Оның құрамындағы лимон қышқылы маңызды рөл атқарады. Ол рөл атқарады химиялық әрекеттесубарлық ферменттер және Кребс циклінің атымен аталған.

Цитрус жемістерін қабылдау энергиямен өзара әрекеттесу мәселесін шешуге көмектеседі, егер сіз ұстанатын болсаңыз сау бейнеөмір. Апельсин мен мандаринді жиі жеуге болмайды, өйткені олар асқазанның қабырғаларын тітіркендіреді. Барлығынан біраз.

ҮШКАРБОКСИЛ ҚЫШҚЫЛДАРЫ ЦИКЛІ (KREBS ЦИКЛІ)

Гликолиз глюкозаны пируватқа айналдырады және глюкоза молекуласынан екі АТФ молекуласын шығарады - бұл молекуланың потенциалдық энергиясының аз ғана бөлігі.

Аэробты жағдайда пируват гликолизден ацетил-КоА-ға айналады және үшкарбон қышқылының циклінде (лимон қышқылының циклі) СО2-ге дейін тотығады. Бұл жағдайда осы цикл реакцияларында бөлінген электрондар NADH және FADH 2-ден 0 2 - соңғы акцепторға өтеді. Электронды тасымалдау митохондриялық мембранада протон градиентін құрумен байланысты, оның энергиясы кейін тотығу фосфорлану нәтижесінде АТФ синтезіне жұмсалады. Осы реакцияларды қарастырайық.

Аэробты жағдайда пирожүзім қышқылы (1-кезең) тотығу декарбоксилденуінен өтеді, сүт қышқылына айналудан тиімдірек, глюкозаның ыдырауының соңғы өнімдеріне дейін тотығуға болатын ацетил-КоА (2-ші кезең) түзіледі - CO 2 және H 2 0 (3 кезең). Неміс биохимигі Г.Кребс (1900-1981) жеке органикалық қышқылдардың тотығуын зерттей отырып, олардың реакцияларын бір циклге біріктірді. Сондықтан трикарбон қышқылының циклі оның құрметіне жиі Кребс циклі деп аталады.

Пирув қышқылының ацетил-КоА-ға дейін тотығуы митохондрияда үш ферменттің (пируватдегидрогеназа, липамиддегидрогеназа, липойл ацетилтрансфераза) және бес коферменттің (NAD, FAD, тиамин пирофосфат, липоин қышқылы амиді, липоид қышқылы) қатысуымен жүреді. Бұл төрт кофермент құрамында В тобының витаминдері (B x, B 2, B 3, B 5) бар, бұл көмірсулардың қалыпты тотығуы үшін бұл витаминдердің қажеттілігін көрсетеді. Осы күрделі ферменттік жүйенің әсерінен пируват тотығу декарбоксилдену реакциясында сірке қышқылының белсенді түріне - ацетилкоэнзим А-ға айналады:

Физиологиялық жағдайларда пируватдегидрогеназа тек қайтымсыз фермент болып табылады, ол май қышқылдарын көмірсуларға айналдырудың мүмкін еместігін түсіндіреді.

Ацетил-КоА молекуласында жоғары энергиялы байланыстың болуы бұл қосылыстың жоғары реактивтілігін көрсетеді. Атап айтқанда, ацетил-КоА митохондрияларда энергия өндіру үшін әрекет ете алады, бауырда артық ацетил-КоА кетон денелерін синтездеу үшін пайдаланылады, цитозолда ол стероидтар мен май қышқылдары сияқты күрделі молекулалардың синтезіне қатысады.

Пирувин қышқылының тотығу декарбоксилдену реакциясы нәтижесінде алынған ацетил-КоА үшкарбон қышқылының айналымына (Кребс циклі) енеді. Кребс циклі, көмірсулардың, майлардың және амин қышқылдарының тотығуының соңғы катаболикалық жолы, мәні бойынша, «метаболизмдік қазан» болып табылады. Кребс циклінің тек қана митохондрияларда болатын реакциялары лимон қышқылының циклі немесе үшкарбон қышқылының циклі (TCA циклі) деп те аталады.

Үшкарбон қышқылы циклінің маңызды қызметтерінің бірі төмендетілген коферменттердің (3 молекула NADH + H + және 1 молекула FADH 2) генерациясы, содан кейін сутегі атомдары немесе олардың электрондары соңғы акцепторға - молекулалық оттегіге ауысады. Бұл тасымалдау бос энергияның үлкен төмендеуімен бірге жүреді, оның бір бөлігі АТФ түрінде сақтау үшін тотығу фосфорлану процесінде қолданылады. Үшкарбон қышқылының циклі аэробты, оттегіге тәуелді екені анық.

1. Үшкарбон қышқылы циклінің бастапқы реакциясы ацетил-КоА мен оксалосірке қышқылының митохондриялық матрицалық цитратсинтаза ферментінің қатысуымен лимон қышқылын түзу үшін конденсациялануы.

2. Цитраттан су молекуласын кетіруді катализдейтін аконитаза ферментінің әсерінен соңғысы айналады.

цис-аконит қышқылына. Су цис-аконит қышқылымен қосылып, изоцитр қышқылына айналады.

3. Содан кейін изоцитратдегидрогеназа ферменті лимон қышқылы циклінің бірінші дегидрогеназа реакциясын катализдейді, бұл кезде изоцитрат қышқылы тотығу декарбоксилдену арқылы α-кетоглутар қышқылына айналады:

Бұл реакцияда СО 2 бірінші молекуласы және NADH 4- H + циклінің бірінші молекуласы түзіледі.

4. α-кетоглутар қышқылының сукцинил-КоА-ға одан әрі айналуы α-кетоглутарлы дегидрогеназаның мультиферменттік кешені арқылы катализденеді. Бұл реакция химиялық жағынан пируватдегидрогеназа реакциясына ұқсас. Оған липой қышқылы, тиамин пирофосфат, HS-KoA, NAD+, FAD қатысады.

Осы реакция нәтижесінде қайтадан NADH+H+ және CO 2 молекуласы түзіледі.

5. Сукцинил-КоА молекуласы жоғары энергетикалық байланысқа ие, оның энергиясы келесі реакцияда ГТФ түрінде сақталады. Сукцинил-КоА синтетаза ферментінің әсерінен сукцинил-КоА бос янтарь қышқылына айналады. Сукцин қышқылын метилмалонил-КоА-дан көміртегі атомдарының тақ саны бар май қышқылдарын тотықтыру арқылы да алуға болатынын ескеріңіз.

Бұл реакция субстраттың фосфорлануының мысалы болып табылады, өйткені бұл жағдайда жоғары энергиялы GTP молекуласы электрон және оттегі тасымалдау тізбегінің қатысуынсыз түзіледі.

6. Сукцин қышқылы сукцинатдегидрогеназа реакциясында фумар қышқылына дейін тотығады. Сукцинатдегидрогеназа, коферменті ФАД болып табылатын темір күкірті бар типтік фермент. Сукцинатдегидрогеназа ішкі митохондриялық мембранаға бекітілген жалғыз фермент болып табылады, ал циклдің барлық басқа ферменттері митохондриялық матрицада орналасқан.

7. Одан кейін физиологиялық жағдайда қайтымды реакцияда фумараза ферментінің әсерінен фумар қышқылы алма қышқылына гидратацияланады:

8. Үшкарбон қышқылының циклінің соңғы реакциясы - митохондриялық NAD~-тәуелді малатдегидрогеназаның белсенді ферментінің қатысуымен өтетін малатдегидрогеназа реакциясы, онда тотықсызданған NADH+H+ үшінші молекуласы түзіледі:

Оксалосірке қышқылының (оксалоацетат) түзілуі трикарбон қышқылы циклінің бір айналымын аяқтайды. Оксалсірке қышқылын ацетил-КоА-ның екінші молекуласының тотығуында қолдануға болады және бұл реакциялар циклі көп рет қайталанып, үнемі оксалосірке қышқылының түзілуіне әкеледі.

Осылайша, циклдің субстраты ретінде TCA циклінде ацетил-КоА бір молекуласының тотығуы бір молекула ГТФ, үш NADP+H+ молекуласы және бір молекула FADH 2 түзілуіне әкеледі. Осы тотықсыздандырғыштардың биологиялық тотығу тізбегіндегі тотығуы

линиция 12 АТФ молекуласының синтезіне әкеледі. Бұл есептеу «Биологиялық тотығу» тақырыбынан түсінікті: бір NAD+ молекуласының электронды тасымалдау жүйесіне қосылуы, сайып келгенде, 3 АТФ молекуласының түзілуімен жүреді, FADH 2 молекуласының қосылуы 2 ATP молекуласының түзілуін қамтамасыз етеді, және бір GTP молекуласы 1 ATP молекуласына эквивалентті.

Изоцитратдегидрогеназа және альфа-кетоглутаратдегидрогеназа катализдейтін декарбоксилдену реакцияларында ацетил-КоА екі көміртегі атомы үшкарбон қышқылының цикліне кіреді және екі көміртек атомы циклден CO 2 ретінде шығатынын ескеріңіз.

Глюкоза молекуласының аэробты жағдайда C0 2 және H 2 0 дейін толық тотығуы кезінде АТФ түріндегі энергияның түзілуі:

• Глюкоза молекуласының пирожүзім қышқылының 2 молекуласына (гликолиз) айналуы кезінде АТФ-ның 4 молекуласы;
• 3-фосфоглицеральдегиддегидрогеназа реакциясында (гликолиз) түзілген 6 АТФ молекуласы;
• Пируватдегидрогеназа реакциясында пирожүзім қышқылының екі молекуласының тотығуы кезінде және трикарбон қышқылының циклінде ацетил-КоА екі молекуласының СО 2 және Н 2 0-ге кейінгі түрленуі кезінде 30 АТФ молекуласы түзіледі. Демек, глюкоза молекуласының толық тотығуынан шығатын жалпы энергия 40 АТФ молекуласын құрауы мүмкін. Дегенмен, глюкозаның тотығуы кезінде глюкозаны глюкоза-6-фосфатқа айналдыру сатысында және фруктоза-6-фосфатты фруктоза-1,6-ға айналдыру сатысында екі АТФ молекуласы жұмсалатынын ескеру қажет. дифосфат. Демек, глюкоза молекуласының тотығуынан шығатын «таза» энергия 38 ATP молекуласын құрайды.

Глюкозаның анаэробты гликолизі мен аэробты катаболизмінің энергетикасын салыстыруға болады. 1 грамм глюкоза (180 г) молекуласындағы теориялық 688 ккал энергияның 20 ккал анаэробты гликолиз реакцияларында түзілетін АТФ екі молекуласында, ал 628 ккал теориялық түрде сүт қышқылы түрінде қалады.

Аэробты жағдайда 38 АТФ молекуласындағы глюкозаның 688 ккал грамм молекуласынан 380 ккал алынады. Осылайша, аэробты жағдайда глюкозаны қолдану тиімділігі анаэробты гликолизге қарағанда шамамен 19 есе жоғары.

Айта кету керек, барлық тотығу реакциялары (триозафосфаттың тотығуы, пирожүзім қышқылы, үш карбон қышқылы циклінің төрт тотығу реакциясы) АДФ пен фосфордан АТФ синтезінде бәсекелеседі (Пастер эффектісі). Бұл тотығу реакцияларында пайда болатын NADH + H + молекуласы сутегін оттегіге көшіретін тыныс алу жүйесінің реакциялары мен сутекті пирожүзім қышқылына ауыстыратын LDH ферменті арасында таңдау мүмкіндігін білдіреді.

Үшкарбон қышқылының циклінің бастапқы кезеңдерінде оның қышқылдары циклдің жұмысын бұзбай, басқа жасуша қосылыстарының синтезіне қатысу үшін циклден шыға алады. Үшкарбон қышқылының цикл белсенділігін реттеуге әртүрлі факторлар қатысады. Олардың ішінде бірінші кезекте ацетил-КоА молекулаларының жеткізілімін, пируватдегидрогеназа кешенінің белсенділігін, тыныс алу тізбегі компоненттерінің белсенділігін және онымен байланысты тотығу фосфорлануын, сондай-ақ оксалосірке қышқылының деңгейін атап өту керек.

Молекулалық оттегі үшкарбон қышқылының айналымына тікелей қатыспайды, бірақ оның реакциялары тек аэробты жағдайда ғана жүзеге асады, өйткені NAD ~ және FAD митохондрияларда тек электрондарды молекулалық оттегіге беру арқылы қалпына келтірілуі мүмкін. Айта кету керек, гликолиз, трикарбон қышқылының циклінен айырмашылығы, анаэробты жағдайда да мүмкін, өйткені NAD~ пирожүзім қышқылының сүт қышқылына ауысуы кезінде қалпына келеді.

АТФ түзілуден басқа, үшкарбон қышқылының циклінің тағы бір маңызды мәні бар: цикл организмнің әртүрлі биосинтездері үшін делдалдық құрылымдарды қамтамасыз етеді. Мысалы, порфириндердің атомдарының көпшілігі сукцинил-КоА-дан, көптеген амин қышқылдары α-кетоглутар және оксалосірке қышқылдарының туындылары болып табылады, ал фумар қышқылы мочевина синтезі процесінде кездеседі. Бұл көмірсулардың, майлардың және ақуыздардың метаболизміндегі трикарбон қышқылы циклінің тұтастығын көрсетеді.

Гликолиз реакциялары көрсеткендей, көптеген жасушалардың энергия өндіру қабілеті олардың митохондрияларында жатыр. Әртүрлі ұлпалардағы митохондриялардың саны тіндердің физиологиялық қызметтерімен байланысты және олардың аэробтық жағдайларға қатысу қабілетін көрсетеді. Мысалы, қызыл қан жасушаларында митохондриялар жоқ, сондықтан соңғы электронды акцептор ретінде оттегін пайдаланып энергия өндіру мүмкіндігі жоқ. Алайда, аэробты жағдайда жұмыс істейтін жүрек бұлшықетінде жасуша цитоплазмасының жарты көлемі митохондриялармен ұсынылған. Бауыр да әр түрлі қызметі үшін аэробтық жағдайларға байланысты, ал сүтқоректілердің гепатоциттерінде бір жасушада 2 мыңға дейін митохондрия болады.

Митохондрияға екі мембрана кіреді - сыртқы және ішкі. Сыртқы қабықша қарапайымырақ, 50% майлар мен 50% белоктардан тұрады және салыстырмалы түрде азырақ қызмет атқарады. Ішкі мембрана құрылымдық және функционалдық жағынан күрделірек. Оның көлемінің шамамен 80% белоктар. Ол электрондарды тасымалдауға және тотығу фосфорлануына қатысатын ферменттердің көпшілігін, цитозол мен митохондриялық матрица арасындағы метаболикалық делдалдарды және аденин нуклеотидтерін қамтиды.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларына қатысатын әртүрлі нуклеотидтер, мысалы, NAD+, NADH, NADP+, FAD және FADH 2 ішкі митохондриялық мембранадан өтпейді. Ацетил-КоА митохондриялық бөлімнен май қышқылдарының немесе стеролдардың синтезі үшін қажет болатын цитозолға ауыса алмайды. Сондықтан интрамитохондриялық ацетил-КоА үшкарбон қышқылы циклінің цитратсинтаза реакциясына айналады және цитозолға осы формада түседі.

Мұны бәрі біледі қалыпты жұмысДене дұрыс метаболизмге және, тиісінше, энергия өндіру және жұмсау процестерінің тепе-теңдігі үшін қажетті бірқатар қоректік заттардың тұрақты жеткізілуін қажет етеді. Энергияны өндіру процесі, белгілі болғандай, митохондрияда жүреді, бұл ерекшелігінің арқасында жасушалардың энергетикалық орталықтары деп аталады. Және реттілік химиялық реакцияларДененің әрбір жасушасының жұмысы үшін энергия алуға мүмкіндік беретін , Кребс циклі деп аталады.

Кребс циклі - митохондрияларда болатын кереметтер

Кребс циклі (сондай-ақ TCA циклі - трикарбон қышқылы циклі) арқылы алынған энергия жеке жасушалардың қажеттіліктеріне кетеді, олар өз кезегінде әртүрлі тіндерді және сәйкесінше біздің денеміздің мүшелері мен жүйелерін құрайды. Дене энергиясыз өмір сүре алмайтындықтан, митохондриялар жасушаларды қажетті энергиямен үздіксіз қамтамасыз ету үшін үнемі жұмыс істейді.

Аденозинтрифосфаты (АТФ) - бұл қосылыс біздің денеміздегі барлық биохимиялық процестерге қажетті әмбебап энергия көзі.

TCA циклі метаболизмнің орталық жолы болып табылады, нәтижесінде метаболиттердің тотығуы аяқталады:

• май қышқылдары;
• амин қышқылдары;
• моносахаридтер.

Аэробты ыдырау кезінде бұл биомолекулалар энергия өндіру немесе жаңа молекулаларды синтездеу үшін пайдаланылатын кішірек молекулаларға ыдырайды.

Үшкарбон қышқылының циклі 8 кезеңнен тұрады, яғни. реакциялар:

1. Лимон қышқылының түзілуі:

2. Изоцит қышқылының түзілуі:

3. Изоцит қышқылының дегидрленуі және тікелей декарбоксилденуі.

4. α-кетоглутар қышқылының тотығу декарбоксилденуі

5. Субстраттың фосфорлануы

6. Сукцин қышқылын сукцинатдегидрогеназамен дегидрлеу

7. Фумараза ферментінің алма қышқылының түзілуі

8. Оксалацетаттың түзілуі

Осылайша, Кребс циклін құрайтын реакциялар аяқталғаннан кейін:

• ацетил-КоА-ның бір молекуласы (глюкозаның ыдырауы нәтижесінде түзілген) көмірқышқыл газының екі молекуласына дейін тотығады;
• үш NAD молекуласы NADH дейін тотықсызданған;
• бір FAD молекуласы FADN 2-ге дейін төмендейді;
• GTP бір молекуласы (АТФ эквивалентті) түзіледі.

NADH және FADH 2 молекулалары электронды тасымалдаушы ретінде әрекет етеді және глюкоза алмасуының келесі сатысында - тотығу фосфорлануында АТФ өндіру үшін қолданылады.

Кребс циклінің функциялары:

• катаболикалық (отын молекулаларының ацетил қалдықтарының соңғы метаболизм өнімдеріне дейін тотығуы);
• анаболикалық (Кребс циклінің субстраттары – молекулалардың, соның ішінде амин қышқылдары мен глюкозаның синтезі үшін негіз);
• интегративті (TCC – анаболикалық және катаболикалық реакциялар арасындағы байланыс);
• сутегі доноры (митохондриялық тыныс алу тізбегіне 3 NADH.H+ және 1 FADH 2 беру);
• энергия.

Кребс циклінің қалыпты жұмыс істеуі үшін қажетті элементтердің жетіспеушілігі денеде энергияның жетіспеушілігімен байланысты күрделі мәселелерге әкелуі мүмкін.

Метаболикалық икемділіктің арқасында дене энергия көзі ретінде глюкозаны ғана емес, сонымен қатар майларды да пайдалана алады, олардың ыдырауы пирожүзім қышқылын түзетін молекулаларды да шығарады (Кребс цикліне қатысады). Осылайша, дұрыс ағып жатқан TCA циклі жаңа молекулалардың пайда болуы үшін энергия мен құрылыс блоктарын қамтамасыз етеді.

Үшкарбон қышқылының циклі Кребс циклі деп те аталады, өйткені мұндай циклдің болуын 1937 жылы Ганс Кребс ұсынған.
Сол үшін 16 жылдан кейін физиология немесе медицина бойынша Нобель сыйлығының лауреаты атанды. Бұл жаңалықтың айтарлықтай маңызды екенін білдіреді. Бұл циклдің мәні неде және ол неге соншалықты маңызды?

Біреу не айтса да, сіз әлі де алыс жерден бастауыңыз керек. Егер сіз осы мақаланы оқуды шешсеңіз, онда сіз ең болмағанда жасушалар үшін энергияның негізгі көзі глюкоза екенін білесіз. Ол қанда үнемі дерлік тұрақты концентрацияда болады - бұл үшін глюкозаны сақтайтын немесе шығаратын арнайы механизмдер бар.

Әрбір жасушаның ішінде митохондриялар – жасушаішілік энергия көзі – АТФ түзу үшін глюкозаны өңдейтін жеке органеллалар («жасушаның» органдары) бар. АТФ (аденозин үшфосфор қышқылы) жан-жақты және энергия көзі ретінде пайдалануға өте ыңғайлы: ол ақуыздарға тікелей қосылады, оларды энергиямен қамтамасыз етеді. Ең қарапайым мысал миозин ақуызы, оның арқасында бұлшықеттер жиырылады.

Глюкоза құрамында болғанына қарамастан, АТФ-ға айналмайды көп саныэнергия. Бұл энергияны алу және оны жағу сияқты айуандық (ұялы стандарттар бойынша) құралдарға жүгінбестен қалай дұрыс бағыттауға болады? Уақытша шешімдерді қолдану қажет, өйткені ферменттер (ақуыз катализаторлары) кейбір реакциялардың әлдеқайда жылдам және тиімді өтуіне мүмкіндік береді.

Бірінші кезең - глюкоза молекуласының пируваттың (пирожүзім қышқылы) немесе лактаттың (сүт қышқылының) екі молекуласына айналуы. Бұл жағдайда глюкоза молекуласында жинақталған энергияның аз бөлігі (шамамен 5%) босатылады. Лактат анаэробты тотығу нәтижесінде пайда болады - яғни оттегінің жетіспеушілігінде. Сондай-ақ анаэробты жағдайда глюкозаны этанол мен көмірқышқыл газының екі молекуласына айналдыру тәсілі бар. Бұл ашыту деп аталады және біз бұл әдісті қарастырмаймыз.


...Гликолиздің өзін, яғни глюкозаның пируватқа ыдырауын егжей-тегжейлі қарастырмайтынымыз сияқты. Өйткені, Лингердің сөзін келтіретін болсақ, «Глюкозаның пируватқа айналуы ретпен әрекет ететін он ферментпен катализденеді». Қызығушылық танытқандар биохимия оқулығын ашып, процестің барлық кезеңдерімен егжей-тегжейлі таныса алады - бұл өте жақсы зерттелген.

Пируваттан көмірқышқыл газына дейінгі жол өте қарапайым болуы керек сияқты. Бірақ ол үшкарбон қышқылының циклі деп аталатын тоғыз сатылы процесс арқылы жүзеге асатыны белгілі болды. Бұл үнемділік принципіне көрінетін қайшылық (қарапайымырақ болуы мүмкін емес пе?) ішінара цикл бірнеше метаболикалық жолдарды байланыстыратындығымен түсіндіріледі: циклде түзілген заттар тыныс алумен байланысты емес (үшін) басқа молекулалардың прекурсорлары болып табылады. мысалы, амин қышқылдары) және кәдеге жаратуға жататын кез келген басқа қосылыстар циклде аяқталады және энергия үшін «өртіледі» немесе жетіспейтіндерге қайта өңделеді.

Кребс цикліне қатысты дәстүрлі түрде қарастырылатын бірінші қадам пируваттың ацетил қалдығына (Ацетил-КоА) тотығу декарбоксилденуі болып табылады. КоА, егер біреу білмесе, ол ацетил қалдығын тасымалдай алатын тиол тобын қамтитын А коферменті болып табылады.


Майлардың ыдырауы ацетилдерге де әкеледі, олар да Кребс цикліне кіреді. (Олар ұқсас жолмен синтезделеді - Ацетил-КоА-дан, бұл майларда әрдайым дерлік көміртегі атомдарының жұп саны бар қышқылдардан тұратынын түсіндіреді).

Ацетил-КоА оксалоацетат молекуласымен конденсацияланып, цитрат түзеді. Бұл кофермент А және су молекуласын шығарады. Бұл кезең қайтымсыз.

Цитрат циклдегі екінші үшкарбон қышқылы цис-аконитатқа дейін дегидрленеді.

Цис-аконитат изоцитр қышқылына айнала отырып, су молекуласын бекітеді. Бұл және алдыңғы кезеңдер қайтымды. (Ферменттер тура және кері реакцияларды катализдейді - сіз мұны білесіз бе?)

Изоцит қышқылы декарбоксилденген (қайтымсыз) және бір мезгілде тотығады, кетоглутар қышқылын береді. Сонымен бірге қалпына келтірілетін NAD+ NADH-ға айналады.

Келесі кезең - тотығу декарбоксилдену. Бірақ бұл жағдайда сукцинат емес, сукцинил-КоА түзіледі, ол келесі кезеңде гидролизденіп, бөлінген энергияны АТФ синтезіне бағыттайды.

Бұл жағдайда тағы бір NADH молекуласы және FADH2 молекуласы түзіледі (НАД-дан өзгеше кофермент, алайда ол тотығуға және тотықсыздануға да қабілетті, энергияны сақтайды және босатады).

Оксалоацетат катализатор ретінде жұмыс істейтіні белгілі болды - ол жиналмайды және процесте тұтынылмайды. Бұл дұрыс – митохондриядағы оксалоацетат концентрациясы айтарлықтай төмен деңгейде сақталады. Басқа өнімдердің жиналуын қалай болдырмауға болады, циклдің барлық сегіз кезеңін қалай үйлестіруге болады?

Бұл үшін, белгілі болғандай, арнайы механизмдер бар - теріс кері байланыс түрі. Өнімнің концентрациясы нормадан жоғарылаған бойда оның синтезіне жауапты ферменттің жұмысын блоктайды. Ал қайтымды реакциялар үшін бұл одан да қарапайым: өнімнің концентрациясы асып кеткенде, реакция жай ғана қарама-қарсы бағытта жүре бастайды.

Және тағы бірнеше кішігірім пікірлер