Denne metabolske veien er oppkalt etter forfatteren som oppdaget den, G. Krebs, som mottok (sammen med F. Lipman) Nobelprisen for denne oppdagelsen i 1953. Sitronsyresyklusen fanger opp det meste av den frie energien som genereres ved nedbrytning av proteiner, fett og karbohydrater i mat. Krebs-syklusen er den sentrale metabolske veien.

Acetyl-CoA, dannet som et resultat av oksidativ dekarboksylering av pyruvat i mitokondriematrisen, er inkludert i en kjede av påfølgende oksidasjonsreaksjoner. Det er åtte slike reaksjoner.

1. reaksjon - dannelse av sitronsyre. Sitrat dannes ved kondensering av acetylresten av acetyl-CoA med oksalacetat (OA) ved bruk av enzymet sitratsyntase (med deltagelse av vann):

Denne reaksjonen er praktisk talt irreversibel, siden den desintegrerer den energirike tioeterbindingen acetyl~S-CoA.

2. reaksjon - dannelse av isositronsyre. Denne reaksjonen katalyseres av et jernholdig (Fe - ikke-hem) enzym - akonitase. Reaksjonen fortsetter gjennom dannelsesstadiet cis-akonitsyre (sitronsyre gjennomgår dehydrering for å dannes cis-akonitsyre, som ved å tilsette et vannmolekyl blir til isositriensyre).

3. reaksjon - dehydrogenering og direkte dekarboksylering av isositronsyre. Reaksjonen katalyseres av det NAD+-avhengige enzymet isocitrat dehydrogenase. Enzymet krever tilstedeværelse av mangan (eller magnesium) ioner. Som et allosterisk protein av sin natur, krever isocitratdehydrogenase en spesifikk aktivator - ADP.

Fjerde reaksjon - oksidativ dekarboksylering av α-ketoglutarsyre. Prosessen katalyseres av α-ketoglutaratdehydrogenase - et enzymkompleks som i struktur og virkningsmekanisme ligner pyruvatdehydrogenasekomplekset. Den inneholder de samme koenzymene: TPP, LA og FAD - kompleksets egne koenzymer; CoA-SH og NAD+ er eksterne koenzymer.

5. reaksjon - substratfosforylering. Essensen av reaksjonen er overføringen av den energirike succinyl-CoA-bindingen (en høyenergiforbindelse) til HDF med deltakelse av fosforsyre - dette danner GTP, hvis molekyl går inn i reaksjonen refosforylering med ADP - ATP dannes.

Sjette reaksjon - dehydrogenering av ravsyre med succinatdehydrogenase. Enzymet overfører hydrogen direkte fra substratet (succinat) til ubiquinon i den indre mitokondriemembranen. Succinatdehydrogenase - kompleks II i mitokondriell respirasjonskjede. Koenzymet i denne reaksjonen er FAD.

7. reaksjon - dannelsen av eplesyre av enzymet fumarase. Fumarase (fumarathydratase) hydrerer fumarsyre - dette produserer eplesyre, og dens L-form, siden enzymet er stereospesifikt.

8. reaksjon - dannelse av oksalacetat. Reaksjonen er katalysert malatdehydrogenase , hvis koenzym er NAD +. Oksalacetatet dannet under virkningen av enzymet er igjen inkludert i Krebs-syklusen og hele den sykliske prosessen gjentas.

De tre siste reaksjonene er reversible, men siden NADH?H + fanges opp av respirasjonskjeden, forskyves reaksjonens likevekt til høyre, d.v.s. mot dannelse av oksalacetat. Som du kan se, under en omdreining av syklusen, oppstår fullstendig oksidasjon, "forbrenning", av acetyl-CoA-molekylet. I løpet av syklusen dannes det reduserte former for nikotinamid og flavinkoenzymer, som oksideres i mitokondriell respirasjonskjede. Dermed er Krebs-syklusen nært knyttet til prosessen med cellulær respirasjon.

Syklus funksjoner tre karboksylsyrer mangfoldig:

· Integrativ - Krebs-syklusen er en sentral metabolsk vei som kombinerer prosessene med nedbrytning og syntese av de viktigste komponentene i cellen.

· Anabole - syklussubstrater brukes til syntese av mange andre forbindelser: oksalacetat brukes til syntese av glukose (glukoneogenese) og syntese av asparaginsyre, acetyl-CoA - for syntese av hem, α-ketoglutarat - for syntese av glutaminsyre, acetyl-CoA - for syntese av fettsyrer, kolesterol, steroidhormoner, acetonlegemer, etc.

· Katabolsk - i denne syklusen fullfører nedbrytningsproduktene av glukose, fettsyrer og ketogene aminosyrer sin reise - alle omdannes til acetyl-CoA; glutaminsyre - til α-ketoglutarsyre; asparaginsyre - til oksaloacetat, etc.

· Faktisk energi - en av reaksjonene i syklusen (dekomponering av succinyl-CoA) er en substratfosforyleringsreaksjon. Under denne reaksjonen dannes ett molekyl av GTP (refosforyleringsreaksjonen fører til dannelse av ATP).

· Hydrogengiver - med deltakelse av tre NAD+-avhengige dehydrogenaser (isositrat, α-ketoglutarat og malatdehydrogenaser) og FAD-avhengig succinatdehydrogenase, dannes 3 NADH?H+ og 1 FADH 2. Disse reduserte koenzymene er hydrogendonorer for den mitokondrielle respirasjonskjeden; energien til hydrogenoverføring brukes til syntese av ATP.

· Anaplerotisk - påfylling. Betydelige mengder Krebs-syklussubstrater brukes til syntese av forskjellige forbindelser og forlater syklusen. En av reaksjonene som kompenserer for disse tapene er reaksjonen katalysert av pyruvatkarboksylase.

Hastigheten til Krebs-syklusreaksjonen bestemmes av cellens energibehov

Reaksjonshastigheten til Krebs-syklusen korrelerer med intensiteten av prosessen med vevsrespirasjon og tilhørende oksidativ fosforylering - respirasjonskontroll. Alle metabolitter som reflekterer tilstrekkelig energitilførsel til cellen er inhibitorer av Krebs-syklusen. En økning i ATP/ADP-forholdet er en indikator på tilstrekkelig energitilførsel til cellen og reduserer aktiviteten til syklusen. En økning i forholdet NAD + / NADH, FAD / FADH 2 indikerer energimangel og er et signal om akselerasjon av oksidasjonsprosesser i Krebs-syklusen.

Hovedhandlingen til regulatorene er rettet mot aktiviteten til tre nøkkelenzymer: citratsyntase, isositratdehydrogenase og a-ketoglutaratdehydrogenase. Allosteriske hemmere av sitratsyntase er ATP og fettsyrer. I noen celler spiller sitrat og NADH rollen som dets hemmere. Isocitrat dehydrogenase aktiveres allosterisk av ADP og hemmes ved å øke NADH+H+-nivåer.

Ris. 5.15. Trikarboksylsyresyklus (Krebs-syklus)

Sistnevnte er også en hemmer av a-ketoglutaratdehydrogenase, hvis aktivitet også avtar med en økning i nivået av succinyl-CoA.

Aktiviteten til Krebs-syklusen avhenger i stor grad av tilførselen av underlag. Den konstante "lekkasjen" av substrater fra syklusen (for eksempel under ammoniakkforgiftning) kan forårsake betydelige forstyrrelser i energiforsyningen til celler.

Pentosefosfatveien for glukoseoksidasjon tjener reduktiv syntese i cellen.

Som navnet tilsier, produserer denne banen pentosefosfater, som er mye nødvendig av cellen. Siden dannelsen av pentoser er ledsaget av oksidasjon og eliminering av det første karbonatomet i glukose, kalles denne veien også apotomisk (toppunkt- øverst).

Pentosefosfatveien kan deles inn i to deler: oksidativ og ikke-oksidativ. I den oksidative delen, som inkluderer tre reaksjoner, dannes NADPH?H+ og ribulose-5-fosfat. I den ikke-oksidative delen omdannes ribulose 5-fosfat til ulike monosakkarider med 3, 4, 5, 6, 7 og 8 karbonatomer; sluttproduktene er fruktose 6-fosfat og 3-PHA.

· Oksidativ del . Første reaksjon-dehydrogenering av glukose-6-fosfat med glukose-6-fosfat dehydrogenase med dannelse av δ-lakton 6-fosfoglukonsyre og NADPH?H + (NADP + - koenzym glukose-6-fosfatdehydrogenase).

Andre reaksjon- hydrolyse av 6-fosfoglukonolakton med glukonolaktonhydrolase. Reaksjonsproduktet er 6-fosfoglukonat.

Tredje reaksjon- dehydrogenering og dekarboksylering av 6-fosfoglukonalakton med enzymet 6-fosfoglukonatdehydrogenase, hvis koenzym er NADP+. Under reaksjonen gjenopprettes koenzymet og C-1 glukose spaltes for å danne ribulose-5-fosfat.

· Ikke-oksiderende del . I motsetning til den første, oksidative, er alle reaksjoner i denne delen av pentosefosfatbanen reversible (fig. 5.16)

Fig. 5.16. Oksidativ del av pentosefosfatbanen (F-variant)

Ribulose 5-fosfat kan isomerisere (enzym- ketoisomerase ) til ribose-5-fosfat og epimerisere (enzym - epimerase ) til xylulose-5-fosfat. Dette etterfølges av to typer reaksjoner: transketolase og transaldolase.

Transketolase(koenzym - tiaminpyrofosfat) spalter et to-karbonfragment og overfører det til andre sukkerarter (se diagram). Transaldolase transporterer tre-karbon fragmenter.

Ribose 5-fosfat og xylulose 5-fosfat reagerer først. Dette er en transketolasereaksjon: 2C-fragmentet overføres fra xylulose-5-fosfat til ribose-5-fosfat.

De to resulterende forbindelsene reagerer deretter med hverandre i en transaldolase-reaksjon; i dette tilfellet, som et resultat av overføringen av 3C-fragmentet fra sedoheptulose-7-fosfat til 3-PHA, dannes erytrose-4-fosfat og fruktose-6-fosfat. Dette er F-varianten av pentosefosfatveien . Det er karakteristisk for fettvev.

Imidlertid kan reaksjoner også ta en annen vei (Fig. 5.17) Denne banen er betegnet som L-varianten. Det forekommer i leveren og andre organer. I dette tilfellet dannes oktulose-1,8-difosfat i transaldolasereaksjonen.

Fig.5.17. Pentosefosfat (apotomisk) vei for glukosemetabolisme (oktulose eller L-variant)

Erytrose 4-fosfat og fruktose 6-fosfat kan gå inn i en transketolasereaksjon, noe som resulterer i dannelsen av fruktose 6-fosfat og 3-PHA.

Den generelle ligningen for de oksidative og ikke-oksidative delene av pentosefosfatbanen kan representeres som følger:

Glukose-6-P + 7H20 + 12NADP + 5 Pentoso-5-P + 6CO2 + 12 NADPHaH+ + Fn.

Metabolisme

Metabolisme er energiutvekslingen som skjer i kroppen vår. Vi puster inn oksygen og puster ut karbondioksid. Bare et levende vesen kan ta noe fra miljø og returner den i en annen form.

La oss si at vi bestemte oss for å spise frokost og spiste brød og kylling. Brød er karbohydrater, kylling er proteiner.
I løpet av denne tiden vil fordøyde karbohydrater brytes ned til monosakkarider og proteiner til aminosyrer.
Dette er den innledende fasen - katabolisme. På dette stadiet brytes komplekse strukturer ned til enklere.

Som et eksempel kan vi også nevne fornyelsen av hudoverflaten. De er i stadig endring. Når det øverste hudlaget dør, fjerner makrofager døde celler og nytt vev dukker opp. Det lages ved å samle protein fra organiske forbindelser. Dette skjer i ribosomene. Settet med handlinger for dannelsen av en kompleks sammensetning (protein) fra en enkel (aminosyrer) kalles anabolisme.

Anabolisme:

• høyde,
• øke,
• Utvidelse.

Katabolisme:

• splitting,
• inndeling,
• avta.

Du kan huske navnet ved å se filmen "Anabolics". Der snakker vi om idrettsutøvere som bruker anabole medisiner for å vokse og øke muskelmassen.

Hva er Krebs-syklusen?

På 30-tallet av det 20. århundre studerte forskeren Hans Krebs urea. Så flytter han til England og kommer til den konklusjon at visse enzymer katalyseres i kroppen vår. For dette ble han tildelt Nobelprisen.

Vi får energi fra glukose som finnes i røde blodlegemer. Mitokondrier hjelper til med å omdanne dekstrose til energi. Sluttproduktet blir deretter omdannet til adenosintrifosfat, eller ATP. Det er ATP altså hovedverdi kropp. Det resulterende stoffet metter organene i kroppen vår med energi. Glukose i seg selv kan ikke omdannes til ATP, dette krever komplekse mekanismer. Denne overgangen kalles Krebs-syklusen.

Krebs syklus– Dette er konstante kjemiske transformasjoner som skjer inne i ethvert levende vesen. Dette er hva det kalles fordi prosedyren gjentas uten å stoppe. Som et resultat av dette fenomenet får vi adenosintrifosforsyre, som anses som viktig for oss.

En viktig tilstand er celleånding. Under alle stadier må oksygen være tilstede. På sånn som det er nå nye aminosyrer og karbohydrater skapes også. Disse elementene spiller rollen som byggere av kroppen; man kan si at dette fenomenet spiller en annen viktig rolle - konstruksjon. For at disse funksjonene skal være effektive, er det nødvendig med andre mikro- og makroelementer og vitaminer. Hvis det er en mangel på minst ett element, forstyrres organenes funksjon.

Stadier av Krebs-syklusen

Her er ett molekyl glukose delt i to deler pyrodruesyre. Det er et viktig ledd i den metabolske prosessen og leverfunksjonen avhenger av den. Den finnes i mange frukter og bær. Det brukes ofte til kosmetiske formål. Som et resultat kan melkesyre fortsatt vises. Det finnes i blodceller, hjerne og muskler. Da får vi koenzym A. Dens funksjon er å transportere karbon til ulike deler av kroppen. Når det kombineres med oksalat, får vi sitrat. Koenzym A går helt i oppløsning, og vi får også et vannmolekyl.

I den andre separeres vannet fra sitratet. Som et resultat vises en akatinforbindelse, som vil hjelpe til med å oppnå isocitrat. Så, for eksempel, kan vi finne ut kvaliteten på frukt og juice, nektar. NADH dannes - det er nødvendig for oksidative prosesser og metabolisme.
Prosessen med å kombinere med vann skjer og energien til adenosintrifosfat frigjøres. Fremstilling av oksalocetat. Funksjoner i mitokondrier.

Av hvilke grunner bremser energiomsetningen?

Kroppen vår har evnen til å tilpasse seg mat, væske og hvor mye vi beveger oss. Disse tingene påvirker i stor grad stoffskiftet ditt.
Selv i disse fjerne tider overlevde menneskeheten under vanskelige værforhold med sykdom, sult og avlingssvikt. Nå har medisinen gått fremover, så i utviklede land begynte folk å leve lenger og tjene bedre penger uten å legge all innsats i det. I dag spiser folk oftere mel og søte konfektprodukter og trener lite. Denne livsstilen fører til en nedgang i elementenes funksjon.

For å unngå dette må du først inkludere sitrusfrukter i kostholdet ditt. De inneholder et kompleks av vitaminer og andre viktige stoffer. Sitronsyren i sammensetningen spiller en viktig rolle. Det spiller en rolle i de kjemiske interaksjonene til alle enzymer og er oppkalt etter Krebs-syklusen.

Å ta sitrusfrukter vil bidra til å løse problemet med energiinteraksjon, også hvis du følger med sunt bilde liv. Du bør ikke spise appelsiner og mandariner ofte, da de kan irritere veggene i magen. Litt av alt.

TRIKARBOKSYLISK SYKLUS (KREBS SYKLUS)

Glykolyse konverterer glukose til pyruvat og produserer to ATP-molekyler fra et glukosemolekyl - en liten brøkdel av det molekylets potensielle energi.

Under aerobe forhold omdannes pyruvat fra glykolyse til acetyl-CoA og oksideres til CO2 i trikarboksylsyresyklusen (sitronsyresyklusen). I dette tilfellet passerer elektronene som frigjøres i reaksjonene i denne syklusen gjennom NADH og FADH 2 til 0 2 - den endelige akseptoren. Elektrontransport er assosiert med dannelsen av en protongradient i mitokondriemembranen, hvis energi deretter brukes til syntese av ATP som et resultat av oksidativ fosforylering. La oss vurdere disse reaksjonene.

Under aerobe forhold gjennomgår pyrodruesyre (1. trinn) oksidativ dekarboksylering, mer effektiv enn transformasjon til melkesyre, med dannelse av acetyl-CoA (2. trinn), som kan oksideres til sluttproduktene av glukose-nedbrytning - CO 2 og H 2 0 (3. trinn). G. Krebs (1900-1981), en tysk biokjemiker, etter å ha studert oksidasjonen av individuelle organiske syrer, kombinerte reaksjonene deres i en enkelt syklus. Derfor kalles trikarboksylsyresyklusen ofte Krebs-syklusen til hans ære.

Oksydasjonen av pyrodruesyre til acetyl-CoA skjer i mitokondrier med deltakelse av tre enzymer (pyruvatdehydrogenase, lipoamiddehydrogenase, lipoylacetyltransferase) og fem koenzymer (NAD, FAD, tiaminpyrofosfat, liposyreamid, koenzym A). Disse fire koenzymene inneholder B-vitaminer (B x, B 2, B 3, B 5), noe som indikerer behovet for disse vitaminene for normal oksidasjon av karbohydrater. Under påvirkning av dette komplekse enzymsystemet omdannes pyruvat i en oksidativ dekarboksyleringsreaksjon til den aktive formen av eddiksyre - acetylkoenzym A:

Under fysiologiske forhold er pyruvatdehydrogenase et utelukkende irreversibelt enzym, noe som forklarer umuligheten av å omdanne fettsyrer til karbohydrater.

Tilstedeværelsen av en høyenergibinding i acetyl-CoA-molekylet indikerer den høye reaktiviteten til denne forbindelsen. Spesielt kan acetyl-CoA virke i mitokondrier for å generere energi; i leveren brukes overskudd av acetyl-CoA til syntese av ketonlegemer; i cytosolen deltar det i syntesen av komplekse molekyler som steroider og fettsyrer.

Acetyl-CoA oppnådd i reaksjonen av oksidativ dekarboksylering av pyrodruesyre går inn i trikarboksylsyresyklusen (Krebs-syklusen). Krebs-syklusen, den siste katabolske veien for oksidasjon av karbohydrater, fett og aminosyrer, er i hovedsak en "metabolsk gryte." Reaksjonene i Krebs-syklusen, som utelukkende forekommer i mitokondrier, kalles også sitronsyresyklusen eller trikarboksylsyresyklusen (TCA-syklusen).

En av de viktigste funksjonene til trikarboksylsyresyklusen er generering av reduserte koenzymer (3 molekyler NADH + H + og 1 molekyl FADH 2) etterfulgt av overføring av hydrogenatomer eller deres elektroner til den endelige akseptoren - molekylært oksygen. Denne transporten er ledsaget av en stor reduksjon i fri energi, hvorav en del brukes i prosessen med oksidativ fosforylering for lagring i form av ATP. Det er klart at trikarboksylsyresyklusen er aerob, oksygenavhengig.

1. Den første reaksjonen av trikarboksylsyresyklusen er kondensering av acetyl-CoA og oksaloeddiksyre med deltakelse av mitokondriematriseenzymet sitratsyntase for å danne sitronsyre.

2. Under påvirkning av enzymet aconitase, som katalyserer fjerning av et vannmolekyl fra sitrat, snur sistnevnte

til cis-akonitsyre. Vann kombineres med cis-akonitsyre, og blir til isositronsyre.

3. Enzymet isocitrat dehydrogenase katalyserer deretter den første dehydrogenase-reaksjonen i sitronsyresyklusen, når isositratsyre omdannes ved oksidativ dekarboksylering til α-ketoglutarsyre:

I denne reaksjonen dannes det første molekylet av CO 2 og det første molekylet av NADH 4- H + syklus.

4. Videre omdannelse av α-ketoglutarsyre til succinyl-CoA katalyseres av multienzymkomplekset av α-ketoglutarsyredehydrogenase. Denne reaksjonen er kjemisk analog med pyruvatdehydrogenasereaksjonen. Det involverer liponsyre, tiaminpyrofosfat, HS-KoA, NAD +, FAD.

Som et resultat av denne reaksjonen dannes det igjen et NADH + H + og CO 2 molekyl.

5. Succinyl-CoA-molekylet har en høyenergibinding, hvis energi lagres i neste reaksjon i form av GTP. Under påvirkning av enzymet succinyl-CoA-syntetase omdannes succinyl-CoA til fri ravsyre. Merk at ravsyre også kan oppnås fra metylmalonyl-CoA ved oksidasjon av fettsyrer med et oddetall karbonatomer.

Denne reaksjonen er et eksempel på substratfosforylering, siden høyenergi-GTP-molekylet i dette tilfellet dannes uten deltakelse av elektron- og oksygentransportkjeden.

6. Ravsyre oksideres til fumarsyre i succinatdehydrogenasereaksjonen. Succinatdehydrogenase, et typisk jern-svovelholdig enzym, hvis koenzym er FAD. Succinatdehydrogenase er det eneste enzymet som er forankret til den indre mitokondriemembranen, mens alle andre syklusenzymer er lokalisert i mitokondriematrisen.

7. Dette etterfølges av hydrering av fumarsyre til eplesyre under påvirkning av enzymet fumarase i en reversibel reaksjon under fysiologiske forhold:

8. Den endelige reaksjonen av trikarboksylsyresyklusen er malatdehydrogenasereaksjonen med deltakelse av det aktive enzymet mitokondriell NAD~-avhengig malatdehydrogenase, der det tredje molekylet med redusert NADH + H + dannes:

Dannelsen av oksaloeddiksyre (oksaloacetat) fullfører en revolusjon av trikarboksylsyresyklusen. Oksaleddiksyre kan brukes i oksidasjonen av et andre molekyl av acetyl-CoA, og denne syklusen av reaksjoner kan gjentas mange ganger, og stadig føre til produksjon av oksaleddiksyre.

Dermed fører oksidasjonen av ett molekyl acetyl-CoA i TCA-syklusen som et substrat for syklusen til produksjon av ett molekyl av GTP, tre molekyler av NADP + H + og ett molekyl av FADH 2. Oksidasjon av disse reduksjonsmidlene i den biologiske oksidasjonskjeden

lenition fører til syntese av 12 ATP-molekyler. Denne beregningen er tydelig fra emnet "Biologisk oksidasjon": inkluderingen av ett NAD + molekyl i elektrontransportsystemet er til slutt ledsaget av dannelsen av 3 ATP-molekyler, inkluderingen av et FADH 2-molekyl sikrer dannelsen av 2 ATP-molekyler, og ett GTP-molekyl tilsvarer 1 ATP-molekyl.

Merk at to karbonatomer av adetyl-CoA går inn i trikarboksylsyresyklusen og to karbonatomer forlater syklusen som CO 2 i dekarboksyleringsreaksjoner katalysert av isositratdehydrogenase og alfa-ketoglutaratdehydrogenase.

Med fullstendig oksidasjon av et glukosemolekyl under aerobe forhold til C0 2 og H 2 0, er dannelsen av energi i form av ATP:

• 4 molekyler ATP under omdannelsen av et glukosemolekyl til 2 molekyler pyrodruesyre (glykolyse);
• 6 ATP-molekyler dannet i 3-fosfoglyseraldehyd-dehydrogenasereaksjonen (glykolyse);
• 30 ATP-molekyler dannet under oksidasjonen av to molekyler pyrodruesyre i pyruvatdehydrogenasereaksjonen og i de påfølgende transformasjonene av to molekyler acetyl-CoA til CO 2 og H 2 0 i trikarboksylsyresyklusen. Derfor kan den totale energiproduksjonen fra fullstendig oksidasjon av et glukosemolekyl være 40 ATP-molekyler. Det bør imidlertid tas i betraktning at under oksidasjonen av glukose forbrukes to ATP-molekyler på stadiet med å konvertere glukose til glukose-6-fosfat og på stadiet med å konvertere fruktose-6-fosfat til fruktose-1,6- difosfat. Derfor er "netto" energiutgang fra oksidasjonen av et glukosemolekyl 38 ATP-molekyler.

Du kan sammenligne energien til anaerob glykolyse og aerob katabolisme av glukose. Av de 688 kcal energi som teoretisk finnes i 1 gram glukosemolekyl (180 g), er 20 kcal i to molekyler ATP dannet i reaksjonene av anaerob glykolyse, og 628 kcal er teoretisk igjen i form av melkesyre.

Under aerobe forhold, fra 688 kcal av et gram molekyl glukose i 38 ATP-molekyler, oppnås 380 kcal. Effektiviteten av glukosebruk under aerobe forhold er således omtrent 19 ganger høyere enn ved anaerob glykolyse.

Det skal bemerkes at alle oksidasjonsreaksjoner (oksidasjon av triosefosfat, pyrodruesyre, fire oksidasjonsreaksjoner i trikarboksylsyresyklusen) konkurrerer i syntesen av ATP fra ADP og fosfor (Pasteur-effekt). Dette betyr at det resulterende molekylet NADH + H + i oksidasjonsreaksjoner har et valg mellom reaksjonene i luftveiene, overføring av hydrogen til oksygen, og enzymet LDH, overføring av hydrogen til pyrodruesyre.

I de tidlige stadiene av trikarboksylsyresyklusen kan syrene forlate syklusen for å delta i syntesen av andre celleforbindelser uten å forstyrre funksjonen til selve syklusen. Ulike faktorer er involvert i reguleringen av trikarboksylsyresyklusaktivitet. Blant dem bør primært tilførsel av acetyl-CoA-molekyler, aktiviteten til pyruvatdehydrogenasekomplekset, aktiviteten til komponentene i respirasjonskjeden og tilhørende oksidativ fosforylering, samt nivået av oksaloeddiksyre nevnes.

Molekylært oksygen er ikke direkte involvert i trikarboksylsyresyklusen, men dets reaksjoner utføres bare under aerobe forhold, siden NAD ~ og FAD kan regenereres i mitokondrier bare ved å overføre elektroner til molekylært oksygen. Det skal understrekes at glykolyse, i motsetning til trikarboksylsyresyklusen, også er mulig under anaerobe forhold, siden NAD~ regenereres under overgangen av pyrodruesyre til melkesyre.

I tillegg til dannelsen av ATP har trikarboksylsyresyklusen en annen viktig betydning: syklusen gir mellomliggende strukturer for ulike biosynteser i kroppen. For eksempel kommer de fleste atomene til porfyriner fra succinyl-CoA, mange aminosyrer er derivater av α-ketoglutarsyre og oksaloeddiksyre, og fumarsyre forekommer i prosessen med ureasyntese. Dette demonstrerer integriteten til trikarboksylsyresyklusen i metabolismen av karbohydrater, fett og proteiner.

Som reaksjonene av glykolyse viser, ligger evnen til de fleste celler til å generere energi i deres mitokondrier. Antallet mitokondrier i ulike vev er assosiert med de fysiologiske funksjonene til vevet og gjenspeiler deres evne til å delta i aerobe forhold. Røde blodlegemer har for eksempel ikke mitokondrier og har derfor ikke evnen til å generere energi ved å bruke oksygen som den endelige elektronakseptoren. Men i hjertemuskel som fungerer under aerobe forhold, er halve volumet av cellecytoplasmaet representert av mitokondrier. Leveren er også avhengig av aerobe forhold for dens ulike funksjoner, og pattedyrhepatocytter inneholder opptil 2 tusen mitokondrier per celle.

Mitokondrier inkluderer to membraner - ytre og indre. Den ytre membranen er enklere, består av 50 % fett og 50 % proteiner, og har relativt få funksjoner. Den indre membranen er strukturelt og funksjonelt mer kompleks. Omtrent 80 % av volumet er proteiner. Den inneholder de fleste enzymene som er involvert i elektrontransport og oksidativ fosforylering, metabolske mellomledd og adeninnukleotider mellom cytosolen og mitokondriematrisen.

Ulike nukleotider involvert i redoksreaksjoner, slik som NAD +, NADH, NADP +, FAD og FADH 2, trenger ikke inn i den indre mitokondriemembranen. Acetyl-CoA kan ikke bevege seg fra mitokondrierommet til cytosolen, hvor det er nødvendig for syntese av fettsyrer eller steroler. Derfor omdannes intramitokondriell acetyl-CoA til sitratsyntasereaksjonen i trikarboksylsyresyklusen og går inn i cytosolen i denne formen.

Det vet alle for normal operasjon Kroppen trenger en regelmessig tilførsel av en rekke næringsstoffer som er nødvendige for sunn metabolisme og følgelig balansen mellom prosessene med energiproduksjon og energiforbruk. Prosessen med energiproduksjon skjer som kjent i mitokondrier, som takket være denne funksjonen kalles cellenes energisentre. Og sekvensen kjemiske reaksjoner, som lar deg få energi til arbeidet til hver celle i kroppen, kalles Krebs-syklusen.

Krebs syklus - mirakler som skjer i mitokondrier

Energien som oppnås gjennom Krebs-syklusen (også TCA-syklusen - trikarboksylsyresyklusen) går til behovene til individuelle celler, som igjen utgjør ulike vev og følgelig organer og systemer i kroppen vår. Siden kroppen rett og slett ikke kan eksistere uten energi, jobber mitokondrier hele tiden med å kontinuerlig forsyne cellene med energien de trenger.

Adenosintrifosfat (ATP) - denne forbindelsen er en universell energikilde som er nødvendig for alle biokjemiske prosesser i kroppen vår.

TCA-syklusen er den sentrale metabolske veien, som et resultat av at oksidasjonen av metabolitter er fullført:

• fettsyrer;
• aminosyrer;
• monosakkarider.

Under aerob nedbrytning brytes disse biomolekylene ned til mindre molekyler som brukes til å produsere energi eller syntetisere nye molekyler.

Trikarboksylsyresyklusen består av 8 stadier, dvs. reaksjoner:

1. Dannelse av sitronsyre:

2. Dannelse av isositronsyre:

3. Dehydrogenering og direkte dekarboksylering av isositronsyre.

4. Oksidativ dekarboksylering av α-ketoglutarsyre

5. Substratfosforylering

6. Dehydrogenering av ravsyre med succinatdehydrogenase

7. Dannelse av eplesyre ved enzymet fumarase

8. Dannelse av oksalacetat

Således, etter fullføringen av reaksjonene som utgjør Krebs-syklusen:

• ett molekyl acetyl-CoA (dannet som et resultat av nedbrytning av glukose) oksideres til to karbondioksidmolekyler;
• tre NAD-molekyler reduseres til NADH;
• ett FAD-molekyl er redusert til FADN 2;
• det dannes ett molekyl GTP (tilsvarer ATP).

Molekylene NADH og FADH 2 fungerer som elektronbærere og brukes til å produsere ATP i neste trinn av glukosemetabolismen - oksidativ fosforylering.

Funksjoner av Krebs-syklusen:

• katabolsk (oksidasjon av acetylrester av brenselmolekyler til endelige metabolske produkter);
• anabole (substrater av Krebs-syklusen - grunnlaget for syntese av molekyler, inkludert aminosyrer og glukose);
• integrerende (TCC er koblingen mellom anabole og katabolske reaksjoner);
• hydrogendonor (tilførsel av 3 NADH.H + og 1 FADH 2 til mitokondriell respirasjonskjede);
• energi.

Mangel på elementer som er nødvendige for normal funksjon av Krebs-syklusen kan føre til alvorlige problemer i kroppen assosiert med mangel på energi.

Takket være metabolsk fleksibilitet er kroppen i stand til å bruke ikke bare glukose som energikilde, men også fett, hvis nedbrytning også produserer molekyler som danner pyrodruesyre (involvert i Krebs-syklusen). Dermed gir en riktig flytende TCA-syklus energi og byggesteiner for dannelsen av nye molekyler.

Trikarboksylsyresyklusen er også kjent som Krebs-syklusen, siden eksistensen av en slik syklus ble foreslått av Hans Krebs i 1937.
For dette ble han 16 år senere tildelt Nobelprisen i fysiologi eller medisin. Dette betyr at funnet er ganske betydelig. Hva er meningen med denne syklusen og hvorfor er den så viktig?

Uansett hva man kan si, må du fortsatt starte ganske langt unna. Hvis du bestemte deg for å lese denne artikkelen, vet du i det minste at hovedkilden til energi for celler er glukose. Det er konstant tilstede i blodet i en nesten konstant konsentrasjon - for dette er det spesielle mekanismer som lagrer eller frigjør glukose.

Inne i hver celle er det mitokondrier - individuelle organeller ("organer" i cellen) som behandler glukose for å produsere en intracellulær energikilde - ATP. ATP (adenosintrifosforsyre) er allsidig og veldig praktisk å bruke som energikilde: den er direkte innlemmet i proteiner og gir dem energi. Det enkleste eksemplet er proteinet myosin, takket være hvilke muskler er i stand til å trekke seg sammen.

Glukose kan ikke omdannes til ATP, til tross for at den inneholder et stort nummer av energi. Hvordan trekke ut denne energien og rette den i riktig retning uten å ty til barbariske (etter cellulære standarder) midler som forbrenning? Det er nødvendig å bruke løsninger, siden enzymer (proteinkatalysatorer) lar noen reaksjoner gå mye raskere og mer effektivt.

Det første trinnet er omdannelsen av et glukosemolekyl til to molekyler av pyruvat (pyrodruesyre) eller laktat (melkesyre). I dette tilfellet frigjøres en liten del (ca. 5%) av energien som er lagret i glukosemolekylet. Laktat produseres ved anaerob oksidasjon - det vil si i fravær av oksygen. Det er også en måte å omdanne glukose under anaerobe forhold til to molekyler etanol og karbondioksid. Dette kalles gjæring, og vi vil ikke vurdere denne metoden.


...Akkurat som vi ikke skal vurdere i detalj selve mekanismen for glykolysen, det vil si nedbrytningen av glukose til pyruvat. For, for å sitere Leinger, "Omdannelsen av glukose til pyruvat katalyseres av ti enzymer som virker i rekkefølge." Interesserte kan åpne en lærebok om biokjemi og sette seg i detalj i alle stadier av prosessen – den er studert veldig godt.

Det ser ut til at veien fra pyruvat til karbondioksid burde være ganske enkel. Men det viste seg at det utføres gjennom en ni-trinns prosess, som kalles trikarboksylsyresyklusen. Denne tilsynelatende motsetningen med økonomiprinsippet (kunne det ikke vært enklere?) forklares delvis med at syklusen forbinder flere metabolske veier: stoffer som dannes i syklusen er forløpere til andre molekyler som ikke lenger er relatert til respirasjon (f.eks. for eksempel aminosyrer), og eventuelle andre forbindelser som skal kastes, havner i syklusen og blir enten "brent" for energi eller resirkulert til de som er mangelvare.

Det første trinnet, som tradisjonelt anses i forhold til Krebs-syklusen, er den oksidative dekarboksyleringen av pyruvat til en acetylrest (Acetyl-CoA). CoA, hvis noen ikke vet, er koenzym A, som inneholder en tiolgruppe som den kan overføre en acetylrest på.


Nedbrytningen av fett fører også til acetyler, som også kommer inn i Krebs-syklusen. (De er syntetisert på lignende måte - fra Acetyl-CoA, som forklarer det faktum at fett nesten alltid bare inneholder syrer med et jevnt antall karbonatomer).

Acetyl-CoA kondenserer med et oksaloacetatmolekyl for å produsere sitrat. Dette frigjør koenzym A og et vannmolekyl. Dette stadiet er irreversibelt.

Sitrat dehydrogeneres til cis-akonitat, den andre trikarboksylsyren i syklusen.

Cis-akonitat fester tilbake et vannmolekyl, og blir til isositrinsyre. Dette og de foregående stadiene er reversible. (Enzymer katalyserer både forover- og bakreaksjoner - du vet det, ikke sant?)

Isositrinsyre dekarboksyleres (irreversibelt) og oksideres samtidig, og gir ketoglutarsyre. Samtidig blir NAD+, som gjenopprettes, til NADH.

Det neste trinnet er oksidativ dekarboksylering. Men i dette tilfellet er det ikke succinat som dannes, men succinyl-CoA, som hydrolyseres på neste trinn, og dirigerer den frigjorte energien til syntesen av ATP.

I dette tilfellet dannes et annet NADH-molekyl og et FADH2-molekyl (et koenzym forskjellig fra NAD, som imidlertid også kan oksideres og reduseres, lagre og frigjøre energi).

Det viser seg at oksalacetat fungerer som en katalysator - det akkumuleres ikke og forbrukes ikke i prosessen. Dette er sant - konsentrasjonen av oksaloacetat i mitokondrier holdes ganske lav. Hvordan unngå akkumulering av andre produkter, hvordan koordinere alle åtte stadier av syklusen?

For dette, som det viste seg, er det spesielle mekanismer - en slags negativ tilbakemelding. Så snart konsentrasjonen av et produkt stiger over det normale, blokkerer det arbeidet til enzymet som er ansvarlig for syntesen. Og for reversible reaksjoner er det enda enklere: når konsentrasjonen av produktet overskrides, begynner reaksjonen ganske enkelt å gå i motsatt retning.

Og et par mindre kommentarer til