Ciclu acizi tricarboxilici a fost descoperit pentru prima dată de biochimistul englez Krebs. El a fost primul care a postulat importanța acestui ciclu pentru arderea completă a piruvatului, a cărui sursă principală este conversia glicolitică a carbohidraților. Ulterior, sa demonstrat că ciclul acidului tricarboxilic este un „focal” în care converg aproape toate căile metabolice.
Deci, acetil-CoA format ca urmare a decarboxilării oxidative a piruvatului intră în ciclul Krebs. Acest ciclu este format din opt reacții consecutive (Fig. 91). Ciclul începe cu condensarea acetil-CoA cu oxalacetat și formarea acidului citric. ( După cum se va vedea mai jos, în ciclu nu acetil-CoA în sine suferă oxidare, ci un compus mai complex - acidul citric (acidul tricarboxilic).)
Apoi acidul citric (un compus cu șase atomi de carbon), printr-o serie de dehidrogenări (eliminarea hidrogenului) și decarboxilare (eliminarea CO 2 ), pierde doi atomi de carbon și din nou apare oxaloacetatul (un compus cu patru atomi de carbon) în ciclul Krebs, adică, ca rezultat al unei revoluții complete a ciclului, molecula de acetil-CoA arde la CO2 și H20, iar molecula de oxalacetat este regenerată. Mai jos sunt toate cele opt reacții secvențiale (etape) ale ciclului Krebs.
În prima reacție, catalizată de enzima citrat sintetaza, acetil-CoA este condensat cu oxalacetat. Ca rezultat, se formează acid citric:
Aparent, în această reacție, citril-CoA legat de enzimă se formează ca produs intermediar. Acesta din urmă este apoi hidrolizat spontan și ireversibil pentru a forma citrat și HS-CoA.
În a doua reacție a ciclului, acidul citric rezultat suferă deshidratare pentru a forma acid cis-aconitic, care, prin adăugarea unei molecule de apă, devine acid izocitric. Aceste reacții reversibile de hidratare-deshidratare sunt catalizate de enzima aconitat hidrază:
În a treia reacție, care pare a fi reacția de limitare a vitezei a ciclului Krebs, acidul izocitric este dehidrogenat în prezența izocitrat dehidrogenazei dependente de NAD:
(Există două tipuri de izocitrat dehidrogenaze în țesuturi: dependente de NAD și NADP. S-a stabilit că izocitrat dehidrogenaza dependentă de NAD joacă rolul principalului catalizator pentru oxidarea acidului izocitric în ciclul Krebs.)
În timpul reacției izocitrat dehidrogenazei, acidul izocitric este decarboxilat. Izocitrat dehidrogenaza dependentă de NAD este o enzimă alosterică care necesită ADP ca activator specific. În plus, enzima necesită ioni Mg 2+ sau Mn 2+ pentru a-și manifesta activitatea.
În a patra reacție, acidul α-cetoglutaric este decarboxilat oxidativ la succinil-CoA. Mecanismul acestei reacții este similar cu reacția de decarboxilare oxidativă a piruvatului la acetil-CoA. Complexul de α-cetoglutarat dehidrogenază este similară ca structură cu complexul de piruvat dehidrogenază. În ambele cazuri, cinci coenzime iau parte la reacție: TDP, amida acidului lipoic, HS-CoA, FAD și NAD. În total, această reacție poate fi scrisă după cum urmează:
A cincea reacție este catalizată de enzima succinil-CoA sintetaza. În timpul acestei reacții, succinil-CoA, cu participarea PIB-ului și a fosfatului anorganic, este transformat în acid succinic (succinat). În același timp, formarea unei legături fosfat de înaltă energie a GTP1 are loc datorită legăturii tioester de înaltă energie a succinil-CoA:
(GTP-ul rezultat donează apoi gruparea sa terminală de fosfat către ADP, rezultând formarea de ATP. Formarea unui nucleozid trifosfat de înaltă energie în timpul reacției succinil-CoA sintetazei este un exemplu de fosforilare la nivel de substrat.)
În a șasea reacție, succinatul este dehidrogenat în acid fumaric. Oxidarea succinatului este catalizată de succinat dehidrogenază, în molecula căreia coenzima FAD este legată covalent de proteină:
În a șaptea reacție, acidul fumaric rezultat este hidratat sub influența enzimei fumarat hidrază. Produsul acestei reacții este acidul malic (malat). Trebuie remarcat faptul că fumarat hidraza este stereospecific - în timpul acestei reacții se formează acid L-malic:
În cele din urmă, în a opta reacție a ciclului acidului tricarboxilic, sub influența malat dehidrogenazei mitocondriale dependente de NAD, L-malatul este oxidat la oxalacetat:
După cum se poate observa, în timpul unei revoluții a unui ciclu format din opt reacții enzimatice, are loc oxidarea completă („combustie”) a unei molecule de acetil-CoA. Pentru funcționarea continuă a ciclului, este necesară o alimentare constantă cu acetil-CoA în sistem, iar coenzimele (NAD și FAD), care au trecut într-o stare redusă, trebuie oxidate din nou și din nou. Această oxidare are loc în sistemul de transport de electroni (sau lanțul de enzime respiratorii) situat în mitocondrii.
Energia eliberată ca urmare a oxidării acetil-CoA este concentrată în mare parte în legăturile de fosfat de mare energie ale ATP. Din cele patru perechi de atomi de hidrogen, trei perechi sunt transferate prin NAD în sistemul de transport de electroni; în acest caz, pentru fiecare pereche din sistemul de oxidare biologică, se formează trei molecule de ATP (în procesul de fosforilare oxidativă conjugată) și, prin urmare, un total de nouă molecule de ATP. O pereche de atomi intră în sistemul de transport de electroni prin FAD, ducând la formarea a 2 molecule de ATP. În timpul reacțiilor ciclului Krebs, se sintetizează și 1 moleculă de GTP, ceea ce este echivalent cu 1 moleculă de ATP. Deci, oxidarea acetil-CoA în ciclul Krebs produce 12 molecule de ATP.
După cum sa menționat deja, 1 moleculă de NADH 2 (3 molecule de ATP) se formează în timpul decarboxilării oxidative a piruvatului în acetil-CoA. Deoarece descompunerea unei molecule de glucoză produce două molecule de piruvat, atunci când acestea sunt oxidate la 2 molecule de acetil-CoA și următoarele două ture ale ciclului acidului tricarboxilic, sunt sintetizate 30 de molecule de ATP (prin urmare, oxidarea unei molecule). de piruvat la CO 2 şi H 2 O produce 15 molecule ATP).
La aceasta trebuie adăugate 2 molecule de ATP formate în timpul glicolizei aerobe și 4 molecule de ATP sintetizate prin oxidarea a 2 molecule de NADH 2 extramitocondrial, care se formează în timpul oxidării a 2 molecule de gliceraldehidă-3-fosfat în reacția dehidrogenază. În total, constatăm că atunci când 1 moleculă de glucoză este descompusă în țesuturi conform ecuației: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, se sintetizează 36 de molecule de ATP, ceea ce contribuie la acumularea de adenozin trifosfat în legături fosfat de înaltă energie 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (sau, conform altor surse, 36 X 38 ~ 1430 kJ) energie liberă. Cu alte cuvinte, din toată energia liberă eliberată în timpul oxidării aerobe a glucozei (aproximativ 2840 kJ), până la 50% din aceasta este acumulată în mitocondrii într-o formă care poate fi folosită pentru a îndeplini diverse funcții fiziologice. Fără îndoială că, din punct de vedere energetic, descompunerea completă a glucozei este un proces mai eficient decât glicoliza. Trebuie remarcat faptul că moleculele NADH 2 formate în timpul conversiei gliceraldehidei-3-fosfatului 2 ulterior, la oxidare, produc nu 6 molecule de ATP, ci doar 4. Faptul este că moleculele NADH 2 extramitocondriale în sine nu sunt capabile să pătrunde prin membrană în mitocondrii. Cu toate acestea, electronii pe care îi donează pot fi incluși în lanțul mitocondrial de oxidare biologică folosind așa-numitul mecanism de navetă a glicerofosfatului (Fig. 92). După cum se poate observa în figură, NADH 2 citoplasmatic reacţionează mai întâi cu dihidroxiacetona fosfat citoplasmatic pentru a forma glicerol 3-fosfat. Reacția este catalizată de glicerol-3-fosfat dehidrogenază citoplasmatică dependentă de NAD.
Ciclul Krebs
Ciclul acidului tricarboxilic (Ciclul Krebs, ciclul citratului) - partea centrală cale comună catabolismul, un proces aerob biochimic ciclic în timpul căruia conversia compușilor cu doi și trei atomi de carbon formați ca produse intermediare în organismele vii în timpul descompunerii carbohidraților, grăsimilor și proteinelor are loc în CO2. În acest caz, hidrogenul eliberat este trimis în lanțul de respirație a țesuturilor, unde este oxidat în continuare în apă, participând direct la sinteza unei surse de energie universală - ATP.
Ciclul Krebs este o etapă cheie în respirația tuturor celulelor care folosesc oxigen, intersecția multor căi metabolice din organism. Pe lângă rolul energetic semnificativ, ciclul are și o funcție plastică semnificativă, adică este o sursă importantă de molecule precursoare, din care, în timpul altor transformări biochimice, sunt sintetizați compuși importanți pentru viața celulei, precum aminoacizi, carbohidrați, acizi grași etc.
Ciclul de transformare a acidului citric în celulele vii a fost descoperit și studiat de biochimistul german Hans Krebs, pentru această lucrare el (împreună cu F. Lipmann) a fost distins cu Premiul Nobel (1953).
Etapele ciclului Krebs
| Substraturi | Produse | Enzimă | Tip de reacție | Comentariu | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Oxaloacetat + Acetil-CoA+ H2O |
Citrat + CoA-SH |
Citrat sintetaza | Condens aldolic | stadiu limitativ transformă oxalacetatul C4 în C6 |
| 2 | Citrat | cis-aconiat + H2O |
aconitază | Deshidratare | izomerizare reversibilă |
| 3 | cis-aconiat + H2O |
izocitrat | hidratare | ||
| 4 | Izocitrat + |
izocitrat dehidrogenază | Oxidare | Se formează NADH (echivalent cu 2,5 ATP) | |
| 5 | Oxalosuccinat | α-cetoglutarat + CO2 |
decarboxilare | stadiu reversibil Se formează C5 |
|
| 6 | α-cetoglutarat + NAD++ CoA-SH |
succinil-CoA+ NADH+H++ CO2 |
alfa-cetoglutarat dehidrogenază | Decarboxilarea oxidativă | Se formează NADH (echivalent cu 2,5 ATP), regenerarea căii C 4 (eliberată de CoA) |
| 7 | succinil-CoA+ PIB + Pi |
succinat + CoA-SH+ GTP |
succinil coenzima A sintetaza | fosforilarea substratului | sau ADP ->ATP, Se formează 1 ATP |
| 8 | succinat + ubichinona (Q) |
fumarat + ubichinol (QH 2) |
succinat dehidrogenază | Oxidare | FAD este utilizat ca grup protetic (FAD->FADH 2 în prima etapă a reacției) în enzimă, se formează echivalentul a 1,5 ATP |
| 9 | fumarat + H2O |
L-malat | fumaraza | adaos de H2O (hidratare) |
|
| 10 | L-malat + NAD+ |
oxalacetat + NADH+H+ |
malat dehidrogenază | oxidare | Se formează NADH (echivalent cu 2,5 ATP) |
Ecuația generală pentru o revoluție a ciclului Krebs este:
Acetil-CoA → 2CO 2 + CoA + 8e −Note
Legături
Fundația Wikimedia.
2010.
Vedeți ce este „Ciclul Krebs” în alte dicționare: - (ciclul acidului citric și tricarboxilic), sistem bio reactii chimice , prin care majoritatea organismelor EUCARIOTE își obțin energia principală ca urmare a oxidării alimentelor. Apare în CELULELE MITOCONDRICE. Include mai multe substanțe chimice......
Ciclul Krebs Dicționar enciclopedic științific și tehnic - Ciclul acidului tricarboxilic, un ciclu de reacții secvențiale în celulele organismelor aerobe, în urma căruia are loc sinteza moleculelor de ATP Subiecte de biotehnologie EN Ciclul Krebs ...
Ghidul tehnic al traducătorului- - cale metabolică care duce la distrugerea completă a acetil-CoA la produsele finale - CO2 și H2O... Un scurt dicționar de termeni biochimici
Ciclul Krebs- trikarboksirūgščių ciklas statusas T sritis chemija apibrėžtis Baltymų, riebalų ir angliavandenių oksidacinio skaidymo organizme ciklas. atitikmenys: engl. ciclul acidului citric; ciclul Krebs; ciclul acidului tricarboxilic rus. ciclul Krebs; ciclu de lamaie...... Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
Ciclul acidului tricarboxilic (Krebs, acid citric). Cea mai importantă secvență ciclică a reacțiilor metabolice la organismele aerobe (eu și procariote), în urma căreia o secvențială... ... Biologie moleculară si genetica. Dicţionar.
La fel ca si ciclul acidului tricarboxilic... Știința naturii. Dicţionar Enciclopedic
Un ciclu complex de reacții în care enzimele acționează ca catalizatori; aceste reacții au loc în celulele tuturor animalelor și constau în descompunerea acetatului în prezența oxigenului cu eliberare de energie sub formă de ATP (prin lanțul de transfer de electroni) și... ... Termeni medicali
CICLU KREBS, CICLU ACID CITRIC- (ciclul acidului citric) un ciclu complex de reacții, în care enzimele acționează ca catalizatori; aceste reacții au loc în celulele tuturor animalelor și constau în descompunerea acetatului în prezența oxigenului cu eliberare de energie sub formă de ATP (prin lanțul de transmisie... ... Dicționar explicativ de medicină
CICLU KREBS (ciclul acidului tricarboxilic- ciclul acidului citric) este un proces enzimatic ciclic complex în care acidul piruvic este oxidat în organism pentru a produce dioxid de carbon, apă și energie sub formă de ATP; ia poziție centrală V sistem comun… … Dicţionar de termeni botanici
Ciclu... Wikipedia
Procesele de fermentație anaerobă au servit ca sursă principală de energie pentru toate viețuitoarele într-un moment în care nu exista oxigen în atmosfera Pământului. Apariția sa a deschis posibilități fundamental noi de obținere a energiei. Oxigenul este un bun agent de oxidare și în timpul oxidării materie organică se eliberează de zeci de ori mai multă energie decât în timpul fermentației. Astfel, în timpul reacției de oxidare a glucozei C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6H 2 O + 6CO 2 se eliberează 686 kcal pe mol de energie, în timp ce în timpul reacției de fermentație lactică doar 47 kcal pe mol.
Desigur, celulele au început să profite de noile oportunități. Sinteza ATP în condiții aerobe este mult mai eficientă decât sinteza anaerobă: dacă utilizarea a 1 moleculă de glucoză în procesele de fermentație produce 2 molecule ATP, atunci în timpul fosforilării oxidative - aproximativ 30 (conform datelor vechi - 38). Vom vorbi mai multe despre echilibrul energetic în lecția 12.
Diverse substanțe organice suferă transformări oxidative - metaboliți intermediari ai metabolismului aminoacizilor, zaharurilor, acizilor grași etc. Ar fi ilogic să creăm pentru fiecare dintre ele o cale metabolică proprie. Este mult mai convenabil să oxidați mai întâi toate aceste substanțe cu un singur agent oxidant unificat și apoi să oxidați forma redusă rezultată a unui astfel de „agent de oxidare universal” cu oxigen. Celula folosește nicotinamidă adenin dinucleotidă, NAD, ca acest intermediar redox universal; am vorbit deja despre acest compus în Lecția 10. După cum sa discutat în Lecția 10, această substanță poate exista sub două forme: NAD + oxidat și NAD∙H redus. Pentru a transforma prima formă în a doua, este necesară furnizarea a doi electroni și a unui ion H +.
Sistem 
joacă rolul unei navete redox, transferând electroni din diferite substanțe organice în oxigen: în prima etapă, NAD + ia electroni din substanțele organice, oxidându-i în cele din urmă la CO 2 și H 2 O (desigur, nu într-o singură etapă, dar prin numeroși compuși intermediari); în a doua etapă, oxigenul oxidează NAD∙H format în prima etapă și îl readuce la starea oxidată.
Deci, în chiar vedere generală set de reacții de descompunere diverse substanțeîn condiții aerobe (adică în prezența oxigenului) poate fi reprezentată după cum urmează:
| 1) | compuși organici + |
| 2) |
Reacțiile din prima etapă apar fie în citoplasmă, fie în mitocondrii, în timp ce reacțiile din a doua etapă apar doar în mitocondrii. În această lecție vom lua în considerare doar reacțiile primului grup, vor fi studiate în lecția a XII-a.
Celula are o altă coenzimă - FAD (flavin adenine dinucleotide) - care servește și ca o navetă redox, dar este folosită în mai puține reacții decât NAD; este sintetizat din vitamina B2 - riboflavina.
Să ne uităm la căile metabolice specifice - transformările oxidative ale glucozei și acizilor grași. Glicoliza aerobă începe cu aceleași reacții ca și glicoliza anaerobă despre care am discutat deja (vezi lecția 10). Cu toate acestea, etapele finale ale procesului vor decurge diferit. Când se efectuează glicoliză anaerobă, celula s-a confruntat cu o problemă: unde să pună NAD∙H redus format în timpul reacției gliceraldehide-3-fosfat dehidrogenazei? Dacă nu este oxidat înapoi la NAD+, procesul se va opri rapid, prin urmare, în glicoliză anaerobă, ultima reacție - lactat dehidrogenaza - a servit tocmai la readucerea acestei coenzime la forma sa originală. În condiții aerobe nu există o astfel de problemă. Dimpotrivă, în metabolismul oxigenului, NAD∙H servește ca o sursă valoroasă de energie - un sistem special de transport îl livrează din citosol la mitocondrii, unde este oxidat, iar ATP este sintetizat folosind această energie.
Când glicoliza are loc în condiții aerobe, acidul piruvic nu va fi redus, ci va fi transportat în mitocondrie și oxidat. În primul rând, se va transforma într-un reziduu de acid acetic, acetil, atașat covalent la o coenzimă specială - așa-numita coenzimă A.
Această reacție ireversibilă este efectuată de enzima mitocondrială piruvat dehidrogenază, care oxidează acidul piruvic la acetil coenzima A, eliberând dioxid de carbon. Această enzimă conține mai multe coenzime necesare funcționării sale: tiamină pirofosfat (formată din vitamina B1 - tiamină), acid lipoic (uneori este folosit ca supliment alimentar care promovează sănătatea) și FAD (am scris deja despre el mai sus). Este o proteină foarte complexă, constând din multe subunități, ea greutate moleculară este de câteva milioane de daltoni.
Coenzima A, de care este atașat un reziduu de acetil, este sintetizată din acidul pantotenic, care este și o vitamină (vitamina B 5). Acetil coenzima A este un macroerg, la fel de bogat în energie ca și ATP (vezi lecția 9).
Piruvat dehidrogenaza joacă un rol important în reglarea catabolismului aerob al glucozei. Această enzimă este inhibată de NAD∙H și acetil-CoA - produsele sale finale - conform principiului feedback-ului negativ. Reglarea se realizează folosind un mecanism complex, incluzând atât alosteria, cât și modificarea covalentă a acestei proteine. Această enzimă este, de asemenea, inhibată de acizii grași. Acizii grași sunt o sursă mai calorică de energie și, în plus, sunt mai puțin valoroși pentru desfășurarea proceselor de sinteză în celulă, prin urmare, în prezența atât a glucozei (la urma urmei, se formează piruvatul din aceasta), cât și a acizilor grași. este recomandabil să oxidați mai întâi acizii grași.
Acetil coenzima A va fi apoi oxidată la CO 2 și H 2 O într-un proces numit ciclu Krebs (după G. Krebs, care a descris-o pentru prima dată în 1937).
Rolul principal al ciclului Krebs în metabolismul energetic al celulei este de a produce coenzimele reduse NAD∙H și FAD∙H 2, care vor fi apoi oxidate de oxigen pentru a sintetiza ATP din ADP și fosfat (vom analiza acest proces în Lecția 12). Restaurarea coenzimelor se realizează prin oxidarea completă a reziduului de acid acetic la CO2 și H2O.
Ciclul începe cu transferul unui reziduu de acid acetic de la acetil-CoA la acidul oxaloacetic (în mediu neutru acesta este un ion oxaloacetat), în urma căruia se formează acid citric (mai precis, ion citrat) și se eliberează coenzima A. Această reacție este catalizată de enzima citrat sintetaza și este ireversibilă.
Acizii organici care participă în această etapă au trei grupe carboxil, uneori, întregul ciclu este numit „ciclul acidului tricarboxilic”, dar acest nume este nefericit - deja în etapa următoare se pierde o grupare carboxil. Prin urmare, ciclul este adesea numit „ciclul acidului tricarboxilic și dicarboxilic”.
În ambele cazuri, dioxidul de carbon este eliberat, agentul de oxidare NAD + este redus la NAD∙H, iar restul de acid scurtat este adăugat la coenzima A în timpul reacției Numai acidul piruvic a dat un reziduu cu doi atomi de carbon (acetil-CoA). dar acidul α-cetoglutaric a dat unul cu patru atomi de carbon - succinil coenzima A. Reacția α-cetoglutarat dehidrogenazei este la fel de ireversibilă ca și reacția piruvat dehidrogenazei, iar enzima care o catalizează conține aceleași coenzime.
Produsul reacției, succinil-coenzima A, este la fel de bogat în energie ca și acetil-coenzima A. Ar fi o prostie să disipăm această energie în căldură, iar celula nu permite astfel de deșeuri. Succinil-CoA nu este pur și simplu hidrolizat la acid succinic (mai precis, ion succinat) și coenzima A, în timpul acestei reacții GTP este sintetizat din GDP și fosfat, iar GTP este la fel de macroergic ca ATP.
|
|
|
Acidul succinic suferă o oxidare suplimentară. Cu toate acestea, agentul său de oxidare nu este familiarul NAD +, ci o altă coenzimă - FAD. Natura nu a folosit această coenzimă specială pentru a otrăvi viețile elevilor și școlarilor care studiază ciclul Krebs. Faptul este că în acidul succinic o grupare foarte inertă – CH 2 – CH 2 – este supusă oxidării. Amintiți-vă de curs chimie organică– Alcanii sunt in general mai putin reactivi in comparatie cu alcoolii si aldehidele este mult mai dificil de oxidat; Și aici, celula este forțată să folosească un oxidant de flavin mai puternic decât nicotinamida obișnuită. Acidul succinic este transformat în acid fumaric; reacția este accelerată de enzima succinat dehidrogenază.
Ultima reacție a ciclului este oxidarea acidului malic la acid oxaloacetic, agentul de oxidare este binecunoscutul NAD+, reacția este catalizată de enzima malat dehidrogenază.
NAD∙H și FAD∙H 2 rezultate sunt apoi oxidate în mitocondrii, furnizând energie pentru sinteza ATP. Ciclul Krebs produce, de asemenea, 1 moleculă de GTP, un compus bogat în energie care poate transfera un reziduu de fosfat în ADP și poate forma ATP. Molecula de acid oxaloacetic părăsește ciclul fără nicio modificare - servește ca catalizator pentru oxidarea acetil coenzimei A și revine ea însăși la starea inițială la sfârșitul fiecărei revoluții a ciclului. Enzimele ciclului Krebs sunt situate în matricea mitocondrială (cu excepția succinat dehidrogenazei, care este situată pe membrana mitocondrială interioară).
În ciclul Krebs, mai multe enzime sunt reglate simultan. Izocitrat dehidrogenaza este inhibată de NAD∙H, produsul final al ciclului, și activată de ADP, o substanță formată în timpul consumului de energie. Reversibilitatea reacției malat dehidrogenazei joacă, de asemenea, un rol important în reglarea ciclului. La concentrații mari de NAD∙H, această reacție decurge de la dreapta la stânga, spre formarea de malat. Ca urmare, concentrația de oxalacetat scade și viteza reacției citrat sintetazei scade. Malatul rezultat poate fi utilizat în alte procese metabolice. Citrat sintaza este, de asemenea, inhibată alosteric de ATP. Activitatea α-cetoglutarat dehidrogenazei este de asemenea reglată.
Ciclul Krebs este implicat în transformările oxidative nu numai ale glucozei, ci și ale acizilor grași și aminoacizilor. După pătrunderea prin membrana exterioară, acizii grași sunt activați mai întâi în citoplasmă prin adăugarea coenzimei A, care consumă două legături de mare energie de ATP:
|
Pirofosfatul este descompus imediat de enzima pirofosfatază, deplasând echilibrul reacției la dreapta.
Acil-coenzima A este apoi transferată în mitocondrie.
În aceste organite funcționează sistemul enzimatic al așa-numitei β-oxidări a acizilor grași. Procesul de β-oxidare are loc în etape. În fiecare etapă, un fragment cu două atomi de carbon sub formă de acetil-coenzima A este separat de acidul gras, iar NAD + este redus la NAD∙H și FAD la FAD∙H 2.
În timpul primei reacții, gruparea –CH 2 -CH 2 – situată în apropierea atomului de carbon carbonil este oxidată. Ca și în oxidarea succinatului în ciclul Krebs, FAD servește ca agent de oxidare. Apoi (a doua reacție) legătura dublă a compusului nesaturat rezultat este hidratată, în timp ce al treilea atom de carbon devine hidroxilat - se formează un β-hidroxi acid, atașat de coenzima A. În timpul celei de-a treia reacții, această grupare alcoolică este oxidată la un ceto. grup, folosind NAD+ ca agent de oxidare. În cele din urmă, o altă moleculă de coenzima A reacționează cu β-cetoacil-coenzima A rezultată. Ca rezultat, acetil-coenzima A este divizată și acil-CoA este scurtat cu doi atomi de carbon. Acum, procesul ciclic va continua în a doua trecere, reziduul de acid gras va fi scurtat cu un alt acetil-CoA și așa mai departe până când acidul gras este complet descompus. Dintre cele patru reacții de β-oxidare, doar prima este ireversibilă, restul sunt reversibile, trecerea lor de la stânga la dreapta este asigurată de eliberarea constantă a produselor finite.
Beta-oxidarea totală a palmitoil-coenzimei A se desfășoară conform ecuației:
Acetil-CoA intră apoi în ciclul Krebs. NAD∙H și FAD∙H 2 sunt oxidate în mitocondrii, furnizând energie pentru sinteza ATP.
Catabolismul aminoacizilor are loc și prin ciclul Krebs. Diferiți aminoacizi intră în ciclu prin diferite căi metabolice luarea în considerare a acestora este prea complexă pentru acest curs.
Ciclul Krebs este folosit de celulă nu numai pentru nevoile energetice, ci și pentru sinteza unui număr de substanțe de care are nevoie. Este o cale metabolică centrală atât în procesele catabolice, cât și în cele anabolice ale celulei.
Hans Krebs însuși a sugerat mai întâi teoretic că transformările acizilor di- și tricarboxilici au loc ciclic, apoi a efectuat o serie de experimente în care a arătat interconversiile acestor acizi și capacitatea lor de a stimula glicoliza aerobă. Cu toate acestea, dovezi decisive pentru apariția acestei căi metabolice în acest mod și nu altfel au fost obținute folosind experimente de etichetare izotopică.
Imaginează-ți că l-ai înlocuit pe cel obișnuit într-un anumit metabolit intermediar al ciclului Krebs izotop natural la radioactiv. Acum, această substanță pare să poarte o etichetă radioactivă, ceea ce face posibilă urmărirea soartei sale ulterioare. Un astfel de compus etichetat poate fi adăugat la un extract de celule și după ceva timp să vedeți în ce se transformă. Pentru a face acest lucru, puteți separa moleculele mici de macromolecule (de exemplu, prin precipitarea acestora din urmă) și puteți separa amestecul lor folosind metoda cromatografică (vezi lecția 8). Apoi, tot ce rămâne este să se determine ce substanțe conțin radioactivitate. De exemplu, dacă adăugați acid citric marcat radioactiv la extract, atunci foarte curând eticheta va fi găsită în acid cis-aconitic și izocitric, iar după ceva timp - în acid α-cetoglutaric. Dacă adăugați acid α-cetoglutaric etichetat, eticheta va intra în primul rând în succinil-coenzima A și acid succinic, apoi în acid fumaric. Astfel, prin adăugarea diferitelor substanțe radiomarcate și determinând unde a mers marcajul radioactiv, este posibil să se determine succesiunea reacțiilor în orice stadiu al căii metabolice.
Radioactivitatea poate fi determinată în diferite moduri. Cea mai ușoară cale este prin expunerea unei emulsii fotografice, deoarece radioactivitatea însăși a fost descoperită de A. Becquerel tocmai datorită capacității radiațiilor radioactive de a ilumina o placă fotografică. De exemplu, dacă am separat un amestec de substanțe utilizând cromatografia în strat subțire și știm unde se află pata unei anumite substanțe, atunci putem atașa pur și simplu o placă fotografică pe cromatograma noastră. Apoi, zona plăcii fotografice care a intrat în contact cu spotul care conține radioactivitate va fi iluminată. Rămâne doar să ne uităm la petele din care substanțe a luminat emulsia fotografică și putem spune imediat că tocmai în aceste substanțe a trecut eticheta radioactivă.
Această metodă se numește autoradiografie . Cu ajutorul acestuia, puteți studia nu numai moleculele mici, ci și pe cele mari - de exemplu, adăugând uridină marcată radioactiv la o celulă vie. După cum am spus deja în lecția 7, nucleotidele de uridină fac parte din ARN, așa că această macromoleculă va fi în curând marcată radioactiv. Acum este posibil să urmăriți locația și transportul ARN-ului în celulă. Pentru a face acest lucru, trebuie să fixați celulele astfel încât macromoleculele să precipite și să nu plutească în timpul procedurilor ulterioare, să le umpleți cu emulsie fotografică și, după un timp, să priviți în microscop unde apar zonele iluminate.
Autoradiografia permite observarea directă a soartei moleculelor dintr-o celulă. Cu toate acestea, metoda are și un dezavantaj - dă doar caracteristici calitative prezența unei etichete radioactive și nu permite măsurarea cantitativă a acesteia. Pentru măsurători cantitative precise, se folosește o altă metodă. Particulele β emise de izotopii radioactivi provoacă strălucirea unor substanțe speciale - scintilatoare. Intensitatea acestei străluciri poate fi măsurată cu precizie folosind un dispozitiv special - un contor de scintilații. Măsurând cu precizie strălucirea, putem determina cu exactitate cantitatea izotop radioactiv. Cu toate acestea, utilizarea unui contor de scintilație poate măsura doar cantitatea totală de izotop radioactiv din probă. Dacă turnăm o soluție de scintilator într-o suspensie celulară, vom putea determina cantitatea totală de compus radioactiv, dar nu și distribuția acestuia între organele. Pentru a face acest lucru, va trebui să izolăm organele celulare individuale și să măsurăm radioactivitatea din ele.
De obicei, în studiile biochimice se folosesc următorii izotopi: tritiu 3H, carbon 14C, fosfor 32P și sulf 35S.
1) Ce este o frunză? Cărui grup de organe ale plantei aparține 2) Care este rolul frunzei în viața plantei 3) Ce modificări observați la nivelul frunzelor?cunoscut?
4) Numiți țesuturile frunzelor.
5) Care este rolul nervurilor frunzelor?
Voi fi foarte recunoscător)
ciclul faza 3?
A) 0,1 s
B) 0,3 s
B) 0,5 s
D) 0,7 s
2. În momentul contracției ventriculului stâng al inimii
A) valva bicuspidiană se deschide
B) valva bicuspidiană se închide
D) poziţia valvelor bicuspide şi semilunar nu se modifică
3. În momentul contracției ventriculului drept al inimii
A) valva tricuspidiană se deschide
B) valvele semilunari se închid
B) valva tricuspidiană se închide
D) poziţia valvelor tricuspide şi semilunare nu se modifică
4. Ce structură a inimii împiedică fluxul invers al sângelui din ventriculul stâng spre atriul stâng?
A) sacul pericardic
B) valva bicuspidiană
D) valve semilunare
5. Ce structură a inimii împiedică mișcarea sângelui din partea stângă a inimii spre dreapta?
A) sacul pericardic
B) valva tricuspidiană
B) sept al mușchiului inimii
D) valve semilunare
6. Se știe că durata ciclului cardiac este de 0,8 s. Câte secunde va dura faza generală de relaxare dacă există 3 faze într-un ciclu cardiac?
A) 0,4 s
B) 0,5 s
B) 0,6 s
D) 0,7 s
7. Care dintre următoarele este o sursă de automatism în munca inimii umane?
A) Centrul nervos din măduva spinării toracice
B) celulele nervoase situat în sacul pericardic
B) celule speciale de țesut conjunctiv fibros dens
D) celule musculare speciale ale sistemului de conducere a mușchilor cardiaci
8. Care parte a inimii are peretele cel mai gros?
a) ventriculul stâng
B) ventriculul drept
B) atriul stâng
D) atriul drept
9. Care este rolul valvelor situate între atrii și ventricule?
A) hidratează camerele inimii
B) asigura circulatia sangelui in inima
B) se contractă și împinge sângele în vase
D) împiedică curgerea sângelui în direcția opusă
10. De ce inima unei broaște, îndepărtată din corp, continuă să se contracte în soluție salină timp de câteva ore?
A) Supapele foiței lucrează în inimă.
B) Lichidul sacului pericardic hidratează inima.
C) Excitația apare periodic în fibrele mușchiului inimii.
D) Celulele nodurilor nervoase situate în mușchiul inimii se contractă.
11. Motivul oboselii mușchiului inimii este
A) capacitatea automată
B) contracție și relaxare alternativă
C) caracteristicile structurale ale celulelor sale
D) contracția non-simultană a atriilor și ventriculilor
12. În ce etapă a ciclului cardiac apare tensiunea arterială maximă?
a) relaxarea ventriculilor
B) contractia ventriculilor
B) relaxarea atrială
D) contracția atrială
13. Valvele cardiace asigură
a) reglarea tensiunii arteriale
B) reglarea ritmului cardiac
C) automatismul în munca inimii
D) mișcarea sângelui într-o direcție
În anii 30 ai secolului XX, omul de știință german Hans Krebs, împreună cu studentul său, a studiat circulația ureei. În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, Krebs s-a mutat în Anglia unde a ajuns la concluzia că anumiți acizi catalizează procesele din corpul nostru. Pentru această descoperire a fost distins cu Premiul Nobel.
După cum știți, potențialul energetic al organismului depinde de glucoza conținută în sângele nostru. De asemenea, celulele corpului uman conțin mitocondrii, care ajută la procesarea glucozei pentru a o transforma în energie. După unele transformări, glucoza este transformată într-o substanță numită adenozin trifosfat (ATP), principala sursă de energie pentru celule. Structura sa este astfel încât poate fi încorporată într-o proteină, iar acest compus va furniza energie tuturor sistemelor de organe umane. Glucoza nu poate deveni direct ATP, așa că sunt folosite mecanisme complexe pentru a obține rezultatul dorit. Acesta este ciclul Krebs.
Ca să spun simplu într-un limbaj simplu, atunci ciclul Krebs este un lanț de reacții chimice care au loc în fiecare celulă a corpului nostru, care se numește ciclu deoarece continuă continuu. Rezultatul final al acestui ciclu de reacții este producerea de adenozin trifosfat, o substanță care reprezintă baza energetică a funcționării organismului. Acest ciclu se numește altfel respirație celulară, deoarece majoritatea etapelor sale au loc cu participarea oxigenului. În plus, se distinge cea mai importantă funcție a ciclului Krebs - plastic (construcție), deoarece în timpul ciclului se produc elemente importante pentru viață: carbohidrați, aminoacizi etc.
Pentru a implementa toate cele de mai sus, este necesar să aveți mai mult de o sută diverse elemente, inclusiv vitamine. Dacă cel puțin unul dintre ele este absent sau deficitar, ciclul nu va fi suficient de eficient, ceea ce va duce la tulburări metabolice în tot corpul uman.
Etapele ciclului Krebs
- Primul pas este împărțirea moleculelor de glucoză în două molecule de acid piruvic. Acidul piruvic îndeplinește o funcție metabolică importantă, funcția hepatică depinde direct de acțiunea sa. S-a dovedit că această legătură găsit în unele fructe, fructe de pădure și chiar miere; este folosit cu succes în cosmetologie ca o modalitate de combatere a celulelor epiteliale moarte (gommage). De asemenea, în urma reacției, se poate forma lactat (acid lactic), care se găsește în mușchii striați, sânge (mai precis, în globulele roșii) și creierul uman. Un element important în munca inimii și sistemul nervos. Are loc o reacție de decarboxilare, adică scindarea grupului carboxil (acid) de aminoacizi, în timpul căreia se formează coenzima A - îndeplinește funcția de a transporta carbonul în diferite procese metabolice. Atunci când este combinat cu o moleculă de oxaloacetat (acid oxalic), se obține citrat, care apare în schimburile tampon, adică „însuși” poartă substanțe utile în corpul nostru și le ajută să fie absorbite. În această etapă, coenzima A este complet eliberată, plus obținem o moleculă de apă. Această reacție este ireversibilă.
- A doua etapă este caracterizată prin dehidrogenare (clivarea moleculelor de apă) din citrat, dându-ne cis-aconitat (acid aconitic), care ajută la formarea izocitratului. Prin concentrația acestei substanțe, de exemplu, puteți determina calitatea fructelor sau sucului de fructe.
- A treia etapă. Aici gruparea carboxil este separată de acidul izocitric, rezultând acid ketoglutaric. Alfa-cetoglutaratul este implicat în îmbunătățirea absorbției aminoacizilor din alimentele primite, îmbunătățește metabolismul și previne stresul. Se formează și NADH - o substanță necesară pentru desfășurarea normală a proceselor oxidative și metabolice în celule.
- În etapa următoare, când gruparea carboxil este îndepărtată, se formează succinil-CoA, adică elementul cel mai importantîn formarea substanțelor anabolice (proteine etc.). Are loc procesul de hidroliză (combinație cu o moleculă de apă) și este eliberată energia ATP.
- În etapele ulterioare ciclul va începe să se închidă, adică. Sucinatul va pierde din nou o moleculă de apă, care o transformă în fumarat (o substanță care favorizează transferul hidrogenului către coenzime). Apa se unește cu fumaratul pentru a forma malat (acid malic), care se oxidează, ducând din nou la apariția oxalacetatului. Oxaloacetatul, la rândul său, acționează ca un catalizator în procesele de mai sus, concentrațiile sale în mitocondriile celulare sunt constante, dar destul de scăzute.
Astfel, putem evidenția cele mai importante funcții ale acestui ciclu:
- energie;
- anabolic (sinteza substanțelor organice - aminoacizi, proteine grase etc.);
- catabolic: transformarea anumitor substante in catalizatori - elemente care contribuie la producerea de energie;
- transport, în principal transportând hidrogenul implicat în respirația celulară.
