Тема «цикл трикарбоновых кислот»

1. Локализация и биохимическая роль ЦТК как амфиболической стадии метаболизма.
2. Этапы ЦТК.
3. Биохимическая роль нутриентов в работе ЦТК.
4. Ферменты ЦТК, КДЗ их определения.
5. Энергетический баланс ЦТК, его биологическое значение.

Если процесс катаболизма рассматривать с общей точки зрения, то можно выделить три основные его части.

I. Расщепление в пищеварительном тракте. Это гидролитические реакции, превращающие сложные пищевые вещества в относительно небольшое число простых метаболитов: глюкозу, аминокислоты, глицерин, жирные кислоты.

II. Специфические пути катаболизма. Простые метаболиты подвергаются специфическим реакциям расщепления, в результате которых образуется либо пировиноградная кислота, либо ацетил-КоА. Следует отметить, что ацетил-КоА может образоваться из пирувата вследствие окислительного декарбоксилирования. Могут также образоваться другие соединения, непосредственно включающиеся в цитратный цикл.

III. Цитратный цикл и дыхательная цепь. Это завершающие звенья расщепления пищевых веществ до конечных продуктов – СО₂ и Н₂О. Специфический (частный, свойственный только глюкозе) этап превращений, завершается образованием пирувата.

Из большого числа исходных соединений образуется всего два – пируват и ацетил-КоА. Процесс, начинающийся с пирувата, называется общим путем катаболизма. Он в свою очередь состоит из окислительного декарбоксилирования пирувата и цитратного цикла. Именно в общем пути катаболизма образуется основная масса субстратов для реакций дегидрирования. Совместно с дыхательной цепью и окислительным фосфорилированием общий путь катаболизма является основным источником энергии в форме АТФ.

Нарисовать схему «Катаболизм основных пищевых веществ».

Цитрантный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот) – центральный путь обмена веществ. В цикле Кребса улавливается большая часть свободной энергии, освобождающейся при окислении белков, липидов и углеводов.

Все реакции цитратного цикла локализованы в митохондриях и протекают под влиянием ферментов, локализованных на мембранах. Результатами одного полного цикла являются:

1) полное окисление ацетильного остатка до 2 молекул СО₂;

2) образование 3 молекул восстановленного НАД⁺ и одной молекулы ФАДН₂;

3) образование одной молекулы ГТФ в результате субстратного фосфорилирования.

Основной субстрат цикла Кребса – ацетил-КоА.

Реакции цикла Кребса.

1. Синтез лимонной кислоты. Ацетил-КоА – продукт окислительного декарбоксилирования пирувата – конденсируется с щавелевоуксусной кислотой.

Написать формулу.

Реакция синтеза существляется за счет энергии макроэргической связи в ацетил-КоА, реакция необратима.

2. Изомеризация в изолимонную кислоту протекает при участии аконитазы в два этапа: дегидратация и гидратация в другой позиции:

Написать формулу.

3. Дегидрирование и декарбоксилирование изоцитрата катализируют два фермента: НАД-дегидрогеназа изоцитрата и декарбоксилаза щавелевоянтарной кислоты:

Написать формулу.

4. Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата катализирует ферментный комплекс, сходный с пируватдекарбоксилазным. Реакция протекает при участии ТДФ, НАД, ФАД, ЛК и КоА с образованием сукцинил-КоА:

Написать формулу.

5. Деацилирование сукцинил-КоА катализирует сукцинил-тиокиназа при участии ГДФ и Н₃РО₄. Энергия макроэргической связи сукцинил-КоА затрачивается на образование ГТФ, которая в свою очередь используется на синтез АТФ из АДФ и фосфата:

Написать формулу.

6. Дегидрирование сукцината катализирует укцинатдегидрогеназа с образованием фумаровой кислоты (фумарата):

Написать формулу.

7. Присоединение к фумарату молекулы Н₂О катализирует фумараза, превращая ее в яблочную кислоту (малат):

Написать формулу.

8. Дегидрирование малата катализирует малатдегидрогеназа, превращая его в оксалоацетат, который в первой реакции цикла, соединяясь с ацетил-КоА, образовал лимонную кислоту:

Написать формулу.

Этой реакцией цикл замыкается и высвободившаяся молекула ЩУК может вводить в цикл очередную молекулу ацетил-КоА.

Цикл ТКК можно рассматривать как амфиболический цикл, играющий важную роль в динамическом равновесии между катаболизмом и анаболизмом. Цикл ТКК играет существенную роль не только как расщепления, но в нем образуются продукты, необходимые для биосинтеза важных для организма человека и животных соединений.

Функции цитратного цикла.

v Интегративная. Цикл Кребса является центральным путем обмена веществ, в котором воедино сливаются многие процессы ана- и катаболизма белков, липидов и углеводов.

v Анаболическая. Функция заключается в том, что субстраты цикла Кребса используются в синтезе других веществ. Так, оксалоацетат используется для синтеза аспарагиновой кислоты и глюкозы; α-кетоглутарат – для синтеза глутаминовой кислоты; сукцинил-КоА – для синтеза гема; ацетил-КоА – для синтеза жирных кислот, холестерина, стероидных гормонов, ацетоновых тел и т.д.

v Катаболическая. В этом цикле происходит распад ацетильного остатка, образующегося при распаде пирувата (а последний в свою очередь образуется при распаде глюкозы или из аланина), жирных кислот, кетогенных аминокислот. В субстраты цикла Кребса – α-кетоглутаровую и щавелевоуксусную кислоты превращаются соответственно глутаминовая и аспарагиновая кислоты и т.д.

v Собственно энергетическая. В цитратном цикле имеется реакция субстратного фосфорилирования (распад макроэргического субстрата сукцинил-КоА), в ходе которой образуется АТФ.

v Водороддонорная. В цитратном цикле в результате окисления НАД⁺-зависимых (изоцитрат, α-кетоглутарат и малат) и ФАД-зависимого (сукцинат) субстратов образуются три молекулы НАДН и одна молекула ФАДН₂, которые являются основными донорами водорода для дыхательной цепи. Энергия переноса водорода используется для синтеза АТФ. При этом за счет окисления трех молекул НАДН способно синтезироваться 3 АТФ · 3 = 9 АТФ, за счет окисления одной молекулы ФАДН₂ – две молекуды АТФ. Итого водороддонорная функция цикла Кребса обеспечивает 11 молекул АТФ, а с учетом собственно энергетической функции – 11 АТФ + 1 АТФ = 12 АТФ.

v Анаплеротическая. Как указывалось, цикл Кребса начинается с реакции конденсации ацетил-КоА с оксалоацетатом. Следует отметить, что клетка не страдает от недостатка ацетил-КоА, так как он образуется в реакциях распада глюкозы и жирных кислот, и аминокислот; а вот количество оксалоацетата в клетке ограничено. Поэтому важную роль приобретает анаплеротический (наполняющий, обходной) путь регенерации ЩУК из пирувата при участии биотинзависимого фермента – пируваткарбоксилазы:

Написать реакцию.

Клинико-лабораторное значение. Для двух ферментов цикла Кребса измерение активности нашло применение в диагностике некоторых заболеваний. Это изоцитрат- и малатдегидрогеназы. Повышение их активности в крови свидетельствует о степени повреждения тканей. Малатдегидрогеназа нашла применение как фермент, используемый для определения активности трансаминаз в комбинированном наборе реактивов.