Что такое Цикл Кребса? Схема

Цикл Кребса, названный в честь лауреата Нобелевской премии 1953 года и физиолога Ханса Кребса, представляет собой серию метаболических реакций, происходящих в митохондриях эукариотических клеток. Проще говоря, это означает, что бактерии не имеют клеточного механизма для цикла Кребса, поэтому он ограничен растениями, животными и грибами.

Глюкоза - это молекула, которая в конечном итоге метаболизируется живыми существами для получения энергии в форме аденозинтрифосфата или АТФ. Глюкоза может храниться в организме в многочисленных формах; гликоген - это не более чем длинная цепочка молекул глюкозы, которая накапливается в мышцах и клетках печени, в то время как пищевые углеводы, белки и жиры содержат компоненты, которые также могут метаболизироваться в глюкозу. Когда молекула глюкозы попадает в клетку, она расщепляется в цитоплазме на пируват.

Что произойдет дальше, зависит от того, вступит ли пируват в путь аэробного дыхания (обычный результат) или в путь ферментации лактата (используемый в упражнениях с высокой интенсивностью или недостатком кислорода), прежде чем он в конечном итоге позволит продуцировать АТФ и выделять углекислый газ ( CO2) и вода (H2O) в качестве побочных продуктов.

Цикл Кребса - также называемый циклом лимонной кислоты или циклом трикарбоновой кислоты (ТСА) - является первым шагом в аэробном пути, и он работает для непрерывного синтеза достаточного количества вещества, называемого оксалоацетатом, для поддержания цикла в рабочем состоянии, хотя, как вы Посмотрим, это не совсем «миссия» цикла. Цикл Кребса дает и другие преимущества. Поскольку он включает в себя около восьми реакций (и, соответственно, девять ферментов) с участием девяти различных молекул, полезно разработать инструменты, позволяющие держать в уме важные точки цикла.

Гликолиз

Глюкоза представляет собой шестиуглеродный (гексозный) сахар, который в природе обычно имеет форму кольца. Как и все моносахариды (сахарные мономеры), он состоит из углерода, водорода и кислорода в соотношении 1-2-1, с формулой C6H12O6. Он является одним из конечных продуктов метаболизма белков, углеводов и жирных кислот и служит топливом для всех типов организмов - от одноклеточных бактерий до людей и более крупных животных.

Гликолиз является анаэробным в строгом смысле «без кислорода». То есть реакции протекают независимо от того, присутствует ли O2 в клетках или нет. Будьте осторожны, чтобы отличить это от «кислорода не должно быть», хотя это имеет место с некоторыми бактериями, которые на самом деле убиваются кислородом и известны как обязательные анаэробы.

В реакциях гликолиза глюкоза с шестью атомами углерода первоначально фосфорилируется, то есть к ней присоединяется фосфатная группа. Полученная молекула представляет собой фосфорилированную форму фруктозы (фруктовый сахар). Эта молекула затем фосфорилируется во второй раз. Каждое из этих фосфорилирований требует молекулы АТФ, оба из которых превращаются в аденозиндифосфат или АДФ. Затем шестиуглеродная молекула превращается в две трехуглеродные молекулы, которые быстро превращаются в пируват. Кроме того, при обработке обеих молекул 4 АТФ продуцируются с помощью двух молекул NAD + (никотинамид-адениндинуклеотид), которые превращаются в две молекулы NADH. Таким образом, для каждой молекулы глюкозы, которая вступает в гликолиз, образуется сеть из двух АТФ, двух пируватов и двух НАДН, в то время как два НАД + потребляются.

Как отмечалось ранее, судьба пирувата зависит от метаболических потребностей и окружающей среды рассматриваемого организма. У прокариот гликолиз плюс ферментация обеспечивают почти все энергетические потребности отдельной клетки, хотя некоторые из этих организмов имеют развитые цепи транспорта электронов, которые позволяют им использовать кислород для высвобождения АТФ из метаболитов (продуктов) гликолиза. У прокариот, а также у всех эукариот, кроме дрожжей, если нет доступного кислорода или энергетические потребности клетки не могут быть полностью удовлетворены посредством аэробного дыхания, пируват превращается в молочную кислоту путем ферментации под воздействием фермента лактатдегидрогеназы или ЛДГ ,

Пируват, предназначенный для цикла Кребса, перемещается из цитоплазмы через мембрану клеточных органелл (функциональных компонентов в цитоплазме), называемых митохондриями. Оказавшись в митохондриальном матриксе, который является своего рода цитоплазмой для самих митохондрий, он под действием фермента пируватдегидрогеназы превращается в другое трехуглеродное соединение, называемое ацетилкофермент А или ацетил-КоА. Многие ферменты могут быть выбраны из химической цепочки из-за суффикса "-ase", который они разделяют.

На этом этапе вам следует воспользоваться диаграммой, детализирующей цикл Кребса, поскольку это единственный способ осмысленно следовать; см. Ресурсы для примера.

Причина, по которой цикл Кребса назван таковым, заключается в том, что один из его основных продуктов, оксалоацетат, также является реагентом. То есть, когда двухуглеродный ацетил-КоА, созданный из пирувата, входит в цикл из "вверх по течению", он реагирует с оксалоацетатом, молекулой с четырьмя атомами углерода, и образует цитрат, молекулу с шестью атомами углерода. Цитрат, симметричная молекула, включает три карбоксильные группы, которые имеют форму (-COOH) в их протонированной форме и (-COO-) в их непротонированной форме. Именно это трио карбоксильных групп дает этому циклу название «трикарбоновая кислота». Синтез обусловлен добавлением молекулы воды, что приводит к реакции конденсации и потере части кофермента А ацетил-КоА.

Цитрат затем перегруппируется в молекулу с теми же атомами в другом расположении, которое подходящим образом называется изоцитрат. Затем эта молекула выделяет CO2, чтобы стать пятиуглеродным соединением α-кетоглутаратом, и на следующем этапе происходит то же самое, причем α-кетоглутарат теряет CO2, восстанавливая кофермент A, превращаясь в сукцинил-CoA. Эта молекула с четырьмя углеродами становится сукцинатной с потерей КоА и впоследствии перестраивается в процессию депротонированных четырехуглеродных кислот: фумарата, малата и, наконец, оксалоацетата.

Центральные молекулы цикла Кребса, по порядку

    Ацетил КоА
    Цитрат
    изоцитрат
    α-кетоглутарат
    Сукцинил КоА
    сукцинат
    фумарат
    малат
    оксалоацетата

Это исключает названия ферментов и ряда важных сореагентов, среди которых NAD + / NADH, аналогичная пара молекул FAD / FADH2 (флавин-адениндинуклеотид) и CO2.

Обратите внимание, что количество углерода в одной и той же точке в любом цикле остается неизменным. Оксалоацетат улавливает два атома углерода, когда он соединяется с ацетил-КоА, но эти два атома теряются в первой половине цикла Кребса как СО2 в последовательных реакциях, в которых NAD + также восстанавливается до NADH. (В химии, чтобы немного упростить, реакции восстановления добавляют протоны, а реакции окисления удаляют их.) Рассматривая процесс в целом и рассматривая только эти двух-, четырех-, пяти- и шестиуглеродные реагенты и продукты, это не сразу понятно, почему клетки будут участвовать в чем-то похожем на биохимическое колесо обозрения, при этом разные всадники из одной и той же популяции загружаются на колесо и с него, но в конце дня ничего не меняется, за исключением большого числа поворотов колеса.

Цель цикла Кребса становится более очевидной, когда вы смотрите на то, что происходит с ионами водорода в этих реакциях. В трех разных точках NAD + собирает протон, а в другой точке FAD собирает два протона. Думайте о протонах - из-за их влияния на положительные и отрицательные заряды - как о парах электронов. С этой точки зрения, точка цикла - это накопление высокоэнергетических электронных пар из небольших молекул углерода.

Погружение глубже в реакции цикла Кребса

Вы можете заметить, что две критические молекулы, которые, как ожидается, будут присутствовать в аэробном дыхании, отсутствуют в цикле Кребса: кислород (O2) и АТФ, форма энергии, непосредственно используемая клетками и тканями для выполнения таких работ, как рост, восстановление и т. Д. , Опять же, это связано с тем, что цикл Кребса является установителем таблицы для цепных реакций переноса электронов, которые происходят поблизости, в митохондриальной мембране, а не в митохондриальном матриксе. Электроны, собранные нуклеотидами (NAD + и FAD) в цикле, используются «ниже по течению», когда они принимаются атомами кислорода в транспортной цепи. Фактически цикл Кребса снимает ценный материал с, казалось бы, ничем не примечательной круглой конвейерной ленты и экспортирует его в ближайший обрабатывающий центр, где работает настоящая производственная команда.

Также обратите внимание, что, казалось бы, ненужные реакции в цикле Кребса (в конце концов, зачем предпринимать восемь шагов для достижения того, что может быть сделано, возможно, в трех или четырех?), Генерируют молекулы, которые, хотя и являются промежуточными в цикле Кребса, могут служить реагентами в несвязанных реакциях ,

Для справки, NAD принимает протон на шагах 3, 4 и 8, и в первых двух из этих CO2 выделяется; молекула гуанозинтрифосфата (GTP) производится из ВВП на этапе 5; и FAD принимает два протона на этапе 6. На этапе 1 CoA «уходит», но «возвращается» на этапе 4. Фактически, только этап 2, перегруппировка цитрата в изоцитрат, «молчит» вне молекул углерода в Реакция.

Мнемика для студентов

Из-за важности цикла Кребса в биохимии и физиологии человека студенты, профессора и другие люди придумали множество мнемоник или способов запоминания имен, чтобы помочь запомнить стадии и реагенты в цикле Кребса. Если нужно только запомнить углеродные реагенты, промежуточные продукты и продукты, можно работать с первых букв последовательных соединений по мере их появления (O, Ac, C, I, K, Sc, S, F, M; здесь, обратите внимание, что «кофермент А» представлен маленькой буквой «с»). Вы можете создать содержательную персонализированную фразу из этих букв, причем первые буквы молекул служат первыми буквами в словах фразы.

Категория: Медицина | Добавил: fantast (26.02.2019)
Просмотров: 19 | Рейтинг: 0.0/0