- Загальне уявлення. Характеристика етапів ЦТК.
- Кінцеві продукти ЦТК.
- Біологічна роль ЦТК.
- Регуляція ЦТК.
- Порушення роботи ЦТК.
· ЗАГАЛЬНЕ УЯВЛЕННЯ. ХАРАКТЕРИСТИКА ЕТАПІВ ЦТК
Цикл трикарбонових кислот (ЦТК) являє собою магістральний, циклічний, метаболічний шлях. в якому відбувається окислення активної оцтової кислоти і деяких інших сполук, що утворюються при розпаді вуглеводів, ліпідів, білків і який забезпечує дихальний ланцюг відновленими коферментами.
ЦТК був відкритий в 1937 році Г. Кребсом. Він узагальнив наявні на той час експериментальні дослідження і побудував повну схему процесу.
Реакції ЦТК протікають в мітохондріях в аеробних умовах.
На початку циклу (рис. 6) відбувається конденсація активної оцтової кислоти (ацетил-КоА) з щавлево-оцтовою кислотою (оксалоацетата) з ...
освітою лимонної кислоти (цитрату). Ця реакція каталізується цітратсінтазой.
Далі цитрат изомеризуется в ізоцитрат. Ізомеризація цитрату здійснюється шляхом дегідратації з утворенням цис-аконітата і його подальшої гидратацией. Каталозі обох реакцій забезпечує аконітаза.
На 4-й стадії циклу відбувається окисне декарбоксилювання ізоцитрату під дією ізоцитратдегідрогенази (ІЦДГ) з утворенням a-кетоглутаровой кислоти. НАДН (Н +) або НАДФН (Н +) і СО2. НАД-залежна ІДГ локалізована в мітохондріях, а НАДФ-залежна фермент присутній в мітохондріях і цитоплазмі.
В ході 5-й стадії здійснюється окислювальне декарбоксилювання a-кетоглутарата з утворенням активної бурштинової кислоти (сукцинил-КоА), НАДН (Н) і СО2. Цей процес каталізує a-кетоглутаратдегідрогеназного комплекс. що складається з трьох ферментів і п'яти коферментів. Ферменти: 1) a-кетоглутаратдегидрогенази, пов'язана з коферментом ТПФ; 2) транссукцінілаза, коферментом якої є ліпоєва кислота;
3) дігідроліпоілдегідрогеназа, пов'язана з ФАД. В роботі a-кетоглутаратдегідрогеназ-
ного комплексу беруть участь також коферменти КоА-SH і НАД.
На 6-й стадії відбувається розщеплення макроергічним тіоефірной зв'язку сукцинил-КоА, поєднане з фосфорилюванням ГДФ. Утворюються бурштинова кислота (сукцинат) та ГТФ (на рівні субстратного фосфорилювання). Реакція каталізується сукцинил-КоА-синтетазой (сукцінілтіокіназой). Фосфорильної група ГТФ може переноситися на АДФ: ГТФ + АДФ ® ГДФ + АТФ. Каталіз реакції відбувається за участю ферменту нуклеозіддіфосфокінази.
В ході 7-й стадії здійснюється окислення сукцинату під дією сукцинатдегідрогенази з утворенням фумаратаі ФАДН2.
На 8-й стадії фумаратгідратаза забезпечує приєднання води до фумарової кислоти з утворенням L - яблучної кислоти (L- малата).
L-малат на 9-й стадії під дією малатдегідрогенази окислюється до оксалоацетата. в реакції також утворюється НАДН (Н +). На оксалоацетата метаболічний шлях замикається і знову повторюється. набуваючи циклічний характер.
Мал. 6. Схема реакцій циклу трикарбонових кислот.
· КІНЦЕВІ ПРОДУКТИ ЦТК
Сумарне рівняння ЦТК має наступний вигляд:
Таким чином кінцевими продуктами циклу (в розрахунку на 1 оборот) є відновлені коферменти - 3 НАДН (Н +) і 1 ФАДН2. 2 молекули вуглекислого газу, 1 молекула АТФ і 1 молекула КоА- SH.
· БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ЦТК
Цикл Кребса виконує інтеграційну, амфіболіческую (тобто катаболическую і анаболическую), енергетичну і водороддонорную роль.
Інтеграційна роль полягає в тому, що ЦТК є кінцевий спільний шлях окислення паливних молекул - вуглеводів, жирних кислот і амінокислот.
В ЦТК відбувається окислення ацетил-КоА - етокатаболіческаяроль.
Анаболическая роль циклу полягає в тому, що він постачає проміжні продукти для біосинтетичних процесів. Наприклад, оксалоацетат використовується для синтезу аспартату, a-кетоглутарат - для освіти глутамату. сукцинил-КоА - для синтезу гема.
Одна молекула АТФ утворюється в ЦТК на рівні субстратного фосфорилювання - це енергетична роль.
Водороддонорная рольсостоіт в тому, що ЦТК забезпечує відновленими коферментами НАДН (Н +) і ФАДН2 дихальний ланцюг, в якій відбувається окислення водню цих коферментів до води, поєднане з синтезом АТФ. При окисленні однієї молекули ацетил-КоА в ЦТК утворюються 3 НАДН (Н +) і 1 ФАДН2
Вихід АТФ при окисленні ацетил-КоА становить 12 молекул АТФ (1 АТФ в ЦТК на рівні субстратного фосфорилювання і 11 молекул АТФ при окисленні 3 молекул НАДН (Н +) і 1 молекули ФАДН2 в дихальної ланцюга на рівні окисного фосфорилювання).
Швидкість функціонування ЦТК точно підігнана до потреби клітин в АТФ, тобто цикл Кребса пов'язаний з дихальною ланцюгом, що функціонує тільки в аеробних умовах. Важливою регуляторної реакцією циклу є синтез цитрату з ацетил-КоА і оксалоацетата, що протікає за участю цітратсінтази. Високий рівень АТФ пригнічує даний фермент. Друга регуляторна реакція циклу - ізоцітратдегідрогеназная. АДФ і НАД + активують фермент, НАДН (Н +) і АТФ інгібують. Третьою регуляторної реакцією є окислювальне декарбоксилювання a-кетоглутарата. НАДН (Н +), сукцинил-КоА і АТФ інгібують a-кетоглутаратдегидрогенази.
· ПОРУШЕННЯ РОБОТИ ЦТК
Порушення функціонування ЦТК може бути пов'язано:
- з недоліком ацетил-КоА;
- з недоліком оксалоацетата (він утворюється при карбоксилювання пірувату, а останній в свою чергу при розпаді вуглеводів). Незбалансованість раціону по вуглеводах тягне за собою включення ацетил-КоА в кетогенез (утворення кетонових тіл), що призводить до кетозу;
- з порушенням активності ферментів по Пичин нестачі вітамінів, що входять до складу відповідних коферментів (нестача вітаміну В1 призводить до нестачі ТПФ і порушення функціонування a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу; нестача вітаміну В2 веде до нестачі ФАД і порушення активності сукцинатдегідрогенази; нестача вітаміну В3 тягне за собою недолік коферменту ацилирования КоА-SH і порушення активності a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу; нестача вітаміну В5 призводить до нестачі НАД і порушення акти вности ізоцитратдегідрогенази, a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу і малатдегідрогенази, вада ліпоєвоїкислоти також призводить до порушення функціонування a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу);
- з нестачею кисню (порушений синтез гемоглобіну і функціонування дихального ланцюга, а накопичується НАДН (Н +) виступає в цьому випадку в ролі аллостеріческого інгібітора ізоцитратдегідрогенази і a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу)
· Контрольні питання по темі:
«Цикл трикарбонових кислот»
1. Які сполуки є джерелами ацетил-КоА, ЩУК, a-кетоглутарата для
2. Які реакції ЦТК є джерелами відновлених коферментів для ди
3. У чому полягає інтеграційна, амфіболіческая і енергетична роль ЦТК?
4. Розрахуйте вихід АТФ при окисленні ацетил-КоА? Вкажіть скільки АТФ при
цьому утворюється на рівні окисно фосфорилювання, а скільки АТФ на
рівні субстратного фосфорилювання.
5. Назвіть регуляторні ферменти ЦТК. Як впливає високий і низький рівень АТФ
на активність ключових ферментів ЦТК?
6. Чому при нестачі вітамінів групи В відбувається порушення функціоніро-
7. В реакціях ЦТК відсутній кисень, проте цикл працює тільки в аеробних
умовах. Поясніть чому?
· Поняття про вуглеводи, поширення в природі і значення для організму тварин.
· Переваривание і всмоктування вуглеводів.
· Анаеробне окислення вуглеводів.
· Пентозофосфатний шлях перетворення вуглеводів.
· Біосинтез глікогену (глікогенез).
· Регуляція обміну вуглеводів.
· Порушення обміну вуглеводів.
· ПОНЯТТЯ про вуглеводи, ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ