3. Какова главная функция цикла трикарбоновых кислот:

A) окисление ацетил-СоА и образование двух молекул СО2, молекулы GTP, трех молекул NADH и одной молекулы FADH2; Б) окисление ацетата до CO2 и H2O; В) окисление пирувата до СO2 и H2O; Г) окисление лактата до СО2 и H2O с выделением энергии?

Ответ: А) окисление ацетил-СоА и образование двух молекул CO₂, молекулы ГТФ, трёх молекул NADH и одной молекулы FADH₂. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса) — это центральный этап аэробного метаболизма, в ходе которого ацетильная группа из ацетил-КоА полностью окисляется до двух молекул углекислого газа (CO₂). При этом образуются восстановленные коферменты NADH и FADH₂, а также молекула GTP (или АТФ), которые затем участвуют в синтезе энергии в виде АТФ через дыхательную цепь.

Другие варианты:

• Б) описывает окисление ацетата, но цикл Кребса начинается с ацетил-КоА, а не с ацетата напрямую.

• В) окисление пирувата до CO₂ и H₂O — это более широкий процесс, включающий пируватдегидрогеназный комплекс и цикл Кребса, но не сам цикл.

• Г) окисление лактата — это отдельный процесс, связанный с гликолизом и анаэробным метаболизмом.

4. Будет ли происходить накопление оксалоацетата, если к экстракту, содержащему ферменты и коферменты цикла трикарбоновых кислот, добавить ацетил-CoA?

Ответ: Накопление оксалоацетата при добавлении ацетил-КоА в экстракт ферментов и коферментов цикла трикарбоновых кислот не происходит. Оксалоацетат — это четырёхуглеродное соединение, которое вступает в первую реакцию цикла Кребса, конденсируясь с ацетил-КоА (двухуглеродным) с образованием цитрата (шестиуглеродного). В нормальных условиях цикл трикарбоновых кислот непрерывен: оксалоацетат быстро используется в реакции с ацетил-КоА, и затем регенерируется в конце цикла. Одна молекула оксалоацетата может связывать неограниченное количество ацетильных групп, при этом концентрация оксалоацетата в клетках обычно очень низкая, так как он постоянно вовлечён в цикл и не накапливается. Если добавить ацетил-КоА, оксалоацетат будет сразу же использоваться для образования цитрата, и его накопления не будет, если только не нарушены другие этапы цикла.

5. Какова судьба метки, если при участии пируватдегидрогеназного комплекса и в цикле трикарбоновых кислот подвергаются превращениям следующие соединения, меченные углеродом с:

а) 1- 14С-пируват;

б) 2- 14С-пируват;

в) 3- 14С-пируват;

г) 1- 14С-ацетил-CoA

Из каких субстратов после одного цикла будет образовываться 4СО2?

Ответ: Пируват (CH3–CO–COO⁻) содержит три углеродных атома: 1-й углерод — карбоксильная группа (COO⁻). 2-й углерод — карбонильный (ацетильный) углерод. 3-й углерод — метильная группа (CH3).

а) 1-¹⁴C-пируват (метка на карбоксильном углероде). При окислительном декарбоксилировании пирувата пируватдегидрогеназный комплекс отщепляет 1-й углерод в виде CO₂. Следовательно, метка ¹⁴C на 1-м углероде быстро выводится как CO₂ ещё до входа в цикл Кребса. Метка не включается в цикл.

б) 2-¹⁴C-пируват (метка на ацетильном углероде). 2-й углерод пирувата входит в состав ацетильной группы ацетил-КоА. Ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом с образованием цитрата. В цикле Кребса углеродные атомы ацетильной группы не декарбоксилируются в первом обороте, а выводятся как CO₂ во втором и последующих оборотах. Значит, метка ¹⁴C на 2-м углероде пирувата (ацетильной группе) останется в цикле после первого оборота и будет выделяться CO₂ позже.

в) 3-¹⁴C-пируват (метка на метильном углероде). 3-й углерод — метильная группа пирувата, который превращается в ацетильную группу ацетил-КоА. Аналогично 2-му углероду, 3-й углерод входит в ацетильную группу и ведёт себя так же. Метка ¹⁴C на 3-м углероде пирувата будет включена в ацетил-КоА и позже в цикл Кребса, выводясь CO₂ во втором и последующих оборотах.

г) 1-¹⁴C-ацетил-КоА (метка на карбоксильном углероде ацетильной группы). В ацетил-КоА два углеродных атома: карбонильный и метильный. Метка на 1-м углероде ацетил-КоА — это карбонильный углерод ацетильной группы. Как и выше, эти углероды не декарбоксилируются в первом обороте цикла, а выводятся во втором и последующих. Следовательно, метка останется в цикле после первого оборота.

Из каких субстратов после одного цикла образуются 4 СО₂?

В одном обороте цикла Кребса выделяются 2 молекулы CO₂. Чтобы получить 4 молекулы CO₂, необходимы два полных оборота цикла. При первом обороте CO₂ выделяются из углеродов, которые были в оксалоацетате (4-углеродный субстрат), а не из ацетильной группы. Следовательно, 4 молекулы CO₂ после одного оборота не образуются; 4 молекулы CO₂ образуются после двух оборотов, когда и углероды ацетильной группы окисляются.

6. Если бы ЦТК начал использовать интермедиаты, образующиеся из аспартата (оксалоацетат) и глутамата (а-кетоглутарат), какое соединение необходимо генерировать из другого источника, чтобы цикл непрерывно и эффективно утилизировал эти интермедиаты? Объясните.

Ответ: Если цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) начинает использовать интермедиаты, образующиеся из аспартата (который превращается в оксалоацетат) и глутамата (который превращается в α-кетоглутарат), то для поддержания непрерывности и эффективности цикла необходимо компенсировать уходящие из цикла соединения.

Какой компонент нужно генерировать и почему?

• Оксалоацетат и α-кетоглутарат — это ключевые промежуточные соединения ЦТК, которые могут покидать цикл для синтеза аминокислот и других веществ (например, аспартата и глутамата).

• Если эти интермедиаты расходуются вне цикла, то их концентрация в цикле падает, что нарушает его работу.

• Для поддержания цикла в непрерывном режиме необходимо восстанавливать (регенерировать) оксалоацетат из других источников.

• Основной анаплеротический путь — карбоксилирование пирувата до оксалоацетата, катализируемое ферментом пируваткарбоксилазой:

Пируват+CO2+ATP→Оксалоацетат+ADP+PiПируват+CO2+ATP→Оксалоацетат+ADP+Pi

• Таким образом, пируват служит источником для восполнения оксалоацетата, компенсируя его расход из цикла.

Почему именно оксалоацетат?

• Оксалоацетат — это «приёмник» ацетильной группы ацетил-КоА в первой реакции цикла (образование цитрата).

• Без достаточного количества оксалоацетата цикл не может продолжаться, так как ацетил-КоА не сможет войти в цикл.

• Восстановление оксалоацетата обеспечивает непрерывность цикла и эффективное утилизацию интермедиатов