Цикл трикарбоновых кислот
Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии — АТФ.
Цикл Кребса — это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.
Цикл превращения лимонной кислоты в живых клетках был открыт и изучен немецким биохимиком Хансом Кребсом, за эту работу он (совместно с Ф. Липманом) был удостоен Нобелевской премии (1953 год).
У эукариот все реакции цикла Кребса протекают внутри митохондрий, причём катализирующие их ферменты, кроме одного, находятся в свободном состоянии в митохондриальном матриксе, исключение составляет сукцинатдегидрогеназа, которая локализуется на внутренней митохондриальной мембране, встраиваясь в липидный бислой. У прокариот реакции цикла протекают в цитоплазме.
При работе цикла Кребса окисляются различные продукты обмена, в частности токсичные недоокисленные продукты распада алкоголя, поэтому стимуляцию цикла Кребса можно рассматривать как меру биохимической детоксикации.[1]
Содержание |
[править] Стадии цикла Кребса
| Субстраты | Продукты | Фермент | Тип реакции | Комментарий | |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Оксалоацетат + Ацетил-CoA + H2O |
Цитрат + CoA-SH |
Цитратсинтаза | Альдольная конденсация | лимитирующая стадия, превращает C4 оксалоацетат в С6 |
| 2 | Цитрат | цис-аконитат + H2O |
аконитаза | Дегидратация | обратимая изомеризация |
| 3 | цис-акониат + H2O |
изоцитрат | гидратация | ||
| 4 | Изоцитрат + NAD+ |
Оксалосукцинат + NADH + H + |
изоцитратдегидрогеназа декарбоксилирующая | Окисление | образуется NADH (эквивалент 2.5 ATP) |
| 5 | Оксалосукцинат | α-кетоглутарат + CO2 |
декарбоксилирование | необратимая стадия, образуется C5 |
|
| 6 | α-кетоглутарат + NAD+ + CoA-SH |
сукцинил-CoA + NADH + H+ + CO2 |
альфакетоглутаратдегидрогеназный комплекс (3 фермента) | Окислительное декарбоксилирование | образуется NADH (эквивалентно 2.5 АТФ), регенерация C4 цепи (освобождается CoA-SH) |
| 7 | сукцинил-CoA + GDP + Pi |
сукцинат + CoA-SH + GTP |
сукцинилкофермент А синтетаза | субстратное фосфорилирование | АДФ->ATP,[2] образуется 1 ATP (или 1 GTF) |
| 8 | сукцинат + убихинон (Q) |
фумарат + убихинол (QH2) |
сукцинатдегидрогеназа | Окисление | используется FAD как простетическая группа (FAD->FADH2 на первой стадии реакции) в ферменте,[3] образуется эквивалент 1.5 ATP |
| 9 | фумарат + H2O |
L-малат | фумараза | H2O-присоединение (гидратация) |
|
| 10 | L-малат + NAD+ |
оксалоацетат + NADH + H+ |
малатдегидрогеназа | окисление | образуется NADH (эквивалентно 2.5 ATP) |
Общее уравнение одного оборота цикла Кребса:
- Ацетил-КоА → 2CO2 + КоА + 8e−
[править] Регуляция цикла
Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА является глюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин. Глюкагон стимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса.
Как правило работа цикла Кребса не прерывается за счёт анаплеротических реакций, которые пополняют цикл субстратами: Пируват + СО2 + АТФ = Оксалацетат(субстрат Цикла Кребса) + АДФ + Фн.
[править] Функции
- Интегративная функция — цикл является связующим звеном между реакциями анаболизма и катаболизма.
- Катаболическая функция — превращение различных веществ в субстраты цикла:
- Жирные кислоты, пируват,Лей,Фен — Ацетил-КоА.
- Арг, Гис, Глу — α-кетоглутарат.
- Фен, тир — фумарат.
- Анаболическая функция — использование субстратов цикла на синтез органических веществ:
- Оксалацетат — глюкоза, Асп, Асн.
- Сукцинил-КоА — синтез гема.
- CО2 — реакции карбоксилирования.
- Водорододонорная функция — цикл Кребса поставляет на дыхательную цепь митохондрий протоны в виде трех НАДН.Н+ и одного ФАДН2.
- Энергетическая функция — 3 НАДН.Н+ дает 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН2 дает 1.5 моль АТФ на дыхательной цепи. Кроме того в цикле путем субстратного фосфорилирования синтезируется 1 ГТФ, а затем из него синтезируется АТФ посредствам трансфосфорилирования: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.
[править] Мнемонические правила
Для более легкого запоминания кислот, участвующих в цикле Кребса, существует мнемоническое правило:
Целый Ананас И Кусочек Суфле Сегодня Фактически Мой Обед, что соответствует ряду — цитрат, (цис-)аконитат, изоцитрат, (альфа-)кетоглутарат, сукцинил-CoA, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.
Существует также следующее мнемоническое стихотворение[4][источник не указан 118 дней]:
- Щуку ацетил лимонил,
- Но нарцисса конь боялся,
- Он над ним изолимонно
- Альфа-кетоглутарался.
- Сукцинился коэнзимом,
- Янтарился фумарово,
- Яблочек припас на зиму,
- Обернулся щукой снова.
(щавелевоуксусная кислота, лимонная кислота, цис-аконитовая кислота, изолимонная кислота, α-кетоглутаровая кислота, сукцинил-KoA, янтарная кислота, фумаровая кислота, яблочная кислота, щавелевоуксусная кислота).
Другой вариант стихотворения
- ЩУКа съела ацетат, получается цитрат
- через цисаконитат будет он изоцитрат
- водороды отдав НАД, он теряет СО2
- этому безмерно рад альфа-кетоглутарат
- окисление грядет — НАД похитил водород
- ТДФ, коэнзимА забирают СО2
- а энергия едва в сукциниле появилась
- сразу АТФ родилась и остался сукцинат
- вот добрался он до ФАДа — водороды тому надо
- фумарат воды напился, и в малат он превратился
- тут к малату НАД пришел, водороды приобрел
- ЩУКа снова объявилась и тихонько затаилась
[править] Примечания
- ↑ Средства от похмелья
- ↑ Berg JM Biochemistry - 5th Edition. — WH Freeman and Company, 2002. — P. 476. — ISBN 0-7167-4684-0.
- ↑ Berg et al (2002), page 501
- ↑ Автором данного стихотворения является ассистент кафедры биохимии КГМУ Екатерина Владимировна Паршкова.
[править] Ссылки
- Цикл трикарбоновых кислот (англ.)
 |
Это заготовка статьи по биохимии. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. |
