Цикл лимонної кислоти - центр метаболізму

Визначення циклу лимонної кислоти

Цикл лимонної кислоти (також відомий як цикл Кребса, цикл лимонної кислоти або цикл трикарбонової кислоти) - циклічний метаболічний процес. Це відбувається в матричному просторі мітохондрій і відіграє важливу роль для Анаболізм (Будівництво) та Катаболізм (Демонтаж).

За реакційний цикл 1 ацетил CoA до 2 CO2 перетворений. Отримана енергія фіксується у вигляді 3 NADH + H +, 1 FADH2 і 1 GTP. Електрони NADH + H + і FADH2 використовуються в дихальному ланцюзі для синтезу АТФ.

Функції циклу лимонної кислоти

Цикл лимонної кислоти називають "центром проміжного метаболізму", оскільки він відіграє центральну роль у багатьох метаболічних шляхах. Однак найголовніша його функція полягає в тому Придбання електронів для дихального ланцюга шляхом окислення ацетил-КоА.

Необхідний ацетил-КоА виробляється β-окислення жирних кислот та окисне декарбоксилювання з в результаті гліколізу Піруват. Але деякі амінокислоти, такі як ізолейцин, лейцин та триптофан, також розщеплюються до ацетил-КоА.

Цикл лимонної кислоти також виконує інші важливі функції:

Він встановлює остаточний маршрут для Розпад амінокислот які не розщеплюються до ацетил-КоА або пірувату.
Він доставляє Вихідні матеріали для нового синтезу амінокислот, такі як оксалоацетат для аспартату.
Розгалужуючи продукти реакції з циклу лимонної кислоти, можна подавати інші шляхи обміну речовин: цитрат для Синтез жирних кислот, Оксалоацетат для цього Глюконеогенез або сукциніл-КоА для утворення δ-амінолевулінової кислоти як вихідної речовини для Синтез гему.

Етапи реакції циклу лимонної кислоти

Навіть якщо це важко, варто вивчити ці окремі кроки, включаючи відповідні структурні формули, докладно для Physikum, оскільки вони часто з’являються в усному та письмовому іспиті.

Зображення: “Цитратний цикл” Ікразуула. Ліцензія: CC BY 3.0

Крок 1: Ацетил-КоА + оксалоацетат → цитрат

Цитратсинтаза каталізує перехід ацетил-КоА до оксалоацетату з утворенням цитрату. Вводиться H2O і кофермент А відщеплюється, високоенергетичний тіоефірний зв’язок ацетил-КоА розщеплюється за допомогою гідролізу.

Крок 2: цитрат → ізоцитрат

Аконіт гідратаза, також називається аконітаза, перетворює цитрат в ізоцитрат. Переміщаючи OH-групу, третинний алкоголь стає вторинним. Проміжний продукт ізомеризації називається цис-аконітат.

Крок 3: ізоцитрат → α-кетоглутарат

Ізоцитратдегідрогеназа каталізує НАД + -залежне окислення ізоцитрату. Це створює нестабільний проміжний продукт, сульфат оксалу, який потім спонтанно декарбоксилює до сукциніл-КоА. На цьому етапі реакції перша реакція окислення а також перше декарбоксилювання циклу лимонної кислоти замість цього - з утворенням 1 NADH + H + і звільнення CO2.

Крок 4: α-кетоглутарат → сукциніл-КоА

α-кетоглутаратдегідрогеназа являє собою великий ферментний комплекс, який дуже схожий на піруватдегідрогеназу. Йому для цього було потрібно окисне декарбоксилювання від α-кетоглутарата до сукциніл-КоА такі кофактори: тіамін пірофосфат, ліпонамід, кофермент А, FAD та NAD +. Це CO2 і ще 1 NADH + H виробляються знову + для дихального ланцюга.

Якщо є дефіцит тіаміну (наприклад, через недоїдання при алкоголізмі), Енцефалопатія Верніке, оскільки α-кетоглутарат та піруватдегідрогеназа залежать від тіаміну як кофактора. Якщо ці два ферменти перестають працювати належним чином, глутамат накопичується, а утилізація глюкози зменшується, що в кінцевому підсумку призводить до пошкодження клітин головного мозку.

Крок 5: Сукциніл-CoA → сукцинат + CoA + GTP

Гідроліз високоенергетичного тіоефірного зв’язку сукциніл-КоА каталізується ферментом Сукциніл-КоА-синтетаза. Кофермент А був відщеплений, так що сукцинат тепер присутній. Виділена енергія звикла 1 GTP синтезувати - теж Фосфорилювання ланцюга субстрату зателефонував.

Якщо ви переносите фосфатну групу GTP в ADP, ви отримуєте ATP: GTP + ADP → GDP + ATP. Однак сама ця реакція не є частиною циклу лимонної кислоти.

Крок 6: сукцинат → фумарат + FADH2

FAD-залежний Сукцинатдегідрогеназа здійснює окислення сукцинату до фумарату. Це відбувається з утворенням подвійного зв'язку і вивільненням 1 FADH2.

Важливою особливістю є те, що Сукцинатдегідрогеназа оскільки єдиний фермент циклу лимонної кислоти не вільно присутній у матричному просторі, а закріплений у внутрішній мітохондріальній мембрані. Це дозволяє йому подавати свої FADH2-електрони безпосередньо в дихальний ланцюг, а потім називається комплексом II.

Крок 7: фумарат + H2O → малат

Додавання води до фумарату каталізує Фумарат-гідратаза - також називається фумаразою - і призводить до утворення малату.

Крок 8: малат → оксалоацетат

Залежний від NAD + Малатдегідрогеназа окислює малат до оксалоацетату, який потім знову використовується як субстрат для етапу 1 циклу лимонної кислоти. Це створює 1 NADH + H + для дихального ланцюга.

Енергетичний баланс циклу лимонної кислоти

У дихальному ланцюзі вищезгаданий вихід циклу лимонної кислоти забезпечує такі енергетичні значення:

1 NADH + H + зроблю приблизно до 2,5 АТФ.
1 FADH2 реалізовано приблизно до 1,5 АТФ.

Для кожного циклу циклу лимонної кислоти фіксована енергія генерується: 7,5 ATP від 3x NADH + H + + 1,5 ATP від 1 FADH2 + 1 ATP від 1 GTP (як енергетично еквівалентний) - це призводить до суми приблизно 10 ATP.

У давнішій літературі енергетичний вихід NADH + H + та FADH2 був завищений, тож не слід заплутатися, прочитавши щось про загальний вихід 12 молекул АТФ.

Сувенір для циклу лимонної кислоти

Наступні Меморандум допомагає запам’ятати етапи циклу лимонної кислоти:

Цитрусовіonen = Citrв
im = Ясоцітрат
Кoma = (α)-Кетоглутатрат
ind = С.укциніл-КоА
uper = С.uccinat
für = Ф.умарат
модин = М.інструмент
Омa = Оксалацетат, А.цетил-КоА

Регулювання циклу лимонної кислоти

Цикл лимонної кислоти в основному регулюється такими трьома факторами:

Дем Пропозиція субстратів, сюди також входять кофактори NAD + і FAD
Дем Накопичення продуктів
Гальмування за допомогою зворотного зв'язку

Наступна таблиця показує, якою мірою активуються або гальмуються окремі ферменти циклу лимонної кислоти:

фермент	Активація	Гальмування
Цитратсинтаза	ADP, оксалоацетат, ацетил-КоА (і, отже, висока активність пірувату DH)	Цитрат, НАДН + Н +, АТФ, сукциніл-КоА
Ізоцитратдегідрогеназа	ADP, Ca 2+	ATP, NADH + H +
α-кетоглутаратдегідрогеназа	Приблизно 2+	Сукциніл-КоА, НАДН + Н +
Сукцинатдегідрогеназа	Сукцинувати	Оксалоацетат

Крім того Піруватдегідрогеназа здається, є зв’язком між гліколізом та циклом лимонної кислоти Ізоцитратдегідрогеназа мати найбільший вплив на активність циклу лимонної кислоти.

Оскільки цикл лимонної кислоти також синтезує проміжні продукти, необхідні для інших метаболічних шляхів, слід забезпечити, щоб відбувалися окремі реакції циклу, навіть незважаючи на те, що весь цикл загальмований. Отже, існує цикл лимонної кислоти не ключовий фермент. Гормони не мають прямого впливу на ферменти циклу лимонної кислоти.

Анаплеротичні реакції

Є анаплеротичні реакції Метаболічні шляхи, які служать для забезпечення циклу лимонної кислоти, щоб він не закінчував необхідні субстрати. Для ілюстрації: Якщо в даний час організм робить багато глюконеогенезу і, таким чином, витягує багато оксалоацетату з циклу лимонної кислоти, то на першому етапі реакції йому бракує оксалоацетату (ацетил-КоА + оксалацетат → цитрат).

Щоб така ситуація, що загрожує життю, не відбулася, існують анаплеротичні реакції. Це актуально для тесту Реакція піруват-карбоксилази: піруват + СО2 + АТФ ↔ оксалоацетат + АДФ + Р. Таким чином, фермент піруват-карбоксилаза каталізує перетворення пірувату та діоксиду вуглецю в оксалоацетат під час споживання АТФ, забезпечуючи тим самим, що оксалоацетат завжди доступний як субстрат для циклу лимонної кислоти.

Цикл лимонної кислоти як амфіболічний центр проміжного метаболізму

Перш за все, виникає питання: «Що означає амфібол?». Один говорить амфібол, коли метаболічні шляхи одночасно катаболічні та анаболічні.

Метаболізм амінокислот: Багато амінокислот розщеплюються на субстрати циклу лимонної кислоти, але вони також служать субстратами для синтезу інших амінокислот, напр. B. для синтезу незамінних амінокислот, таких як Глутамат і Аспартат. Глутамат створюється а Трансамінація з α-кетоглутарата та аспартату через трансамінування оксалоацетату.

Обмін вуглеводів: З одного боку, гліколіз вливається в цикл лимонної кислоти через ланку піруватдегідрогенази, а з іншого боку, оксалоацетат є субстратом для глюконеогенезу. У цей момент ніколи не слід забувати, що через незворотність Реакція піруватдегідрогенази сам ацетил-КоА ніколи не може служити субстратом для глюконеогенезу.

Жирні кислоти та стероїди: З ацетил-КоА β-окислення забезпечує вихідний субстрат для циклу лимонної кислоти, і в той же час цитрат використовується для синтезу жирних кислот та холестерину або стероїдів.

Не забувайте, що Синтез порфіринів або гему залежить від циклу лимонної кислоти, а саме її проміжного продукту сукциніл-КоА.

набрякати

Rassow, Hauser, Netzker, Deutzmann: Dual Biochemistry Series, 2nd edition, Thieme-Verlag

М. Кенігсхофф, Т. Бранденбургер: Коротка підручникова біохімія, 3-е видання, Тієма-Верлаг

Fung, Althaus, Poth: Факти 1-й медичний огляд, 1-е видання, Urban & Fischer

Еггеманн, Ізабель: Серія сценаріїв MEDI-LEARN біохімія 1, енергетичний метаболізм, 2-е видання, MEDI-LEARN Verlag

Рішення питань: 1B, 2D, 3B