19. Цикл кребса.

Цикл трикарбоновых кислот или цикл лимонных кислот был открыт Гансом Кребсом в 1937 году. Он брал измельчённые мышцы голубя, добавлял на них трикарбоновые кислоты и определял скорость дыхания; те трикарбоновые кислоты, которые составляют цикл Кребса, усиливают дыхание. Цикл Кребса протекает в митохондриях (они способны к движению и размножению, относительно автономны, то есть окисляют вещества и регенерируют АТФ). Митохондрии происходят от самостоятельных организмов, специализировавшихся когда – то на окислении.

Митохондрии - постоянные органеллы всех клеток (кроме эритроцитов), имеют две мембраны.

ПРИЗНАК ВНУТРЕННЯЯ МЕМБРАНА НАРУЖНАЯ МЕМБРАНА

1) форма складчатая (кристы) гладкая

2) плотность 1,2 1,1

3) белки 0,27 / 0,73 0,82 / 1,8

4) проницаемость высокоактивная низкоактивная

5) ферменты сукцинатдегидрогеназа ферменты синтеза жирных

кислот

В процессе старения генома митохондрии мигрируют в ядро, то есть возникают летальные мутации, связанные с деформацией митохондриальных белков, генерирующих АТФ.

Цикл Кребса – это 8 последовательных стадий; исходный субстрат - ацетилКоА, который взаимодействует со ЩУК под действием фермента цитратсинтетазы.

1. СН₃ О = С – СООН СН₂ – СООН

\\ \ +НОН \

С= О + СН₂ НО -С – СООН

\ \ - НSКоА \

SКоА СООН СН₂ – СООН

ацКоА ЩУК цитрат

2) СН₂ – СООН аконитатгидротаза СН₂ – СООН + НОН СН₂ – СООН

\ \ \

НО - С – СООН -НОН С – СООН СН – СООН

\ \\ \

СН₂ – СООН + НОН СН – СООН - НОН СН – СООН

цитрат цисаконитовая \

кислота ОН

изоцитрат

3) СН₂ – СООН СООН

\ + - СО₂ \

СН – СООН + НАД СН₂ + НАД*Н₂ + СО₂ 3 АТФ

\ изоцитратдегидрогеназа \

НО – СН – СООН СН₂

изоцитрат \

С = О

\

СООН а – кетоглутаровая кислота

4) СООН СООН

\ НАД, ФАД, НSКоА \

СН₂ СН₂

\ \ 3 АТФ

СН₂ - СО₂ , - НАД * Н₂ СН₂

\ \

С = О С = О

\ \

СООН SKoA

а – кетолутаратдегидрогеназный комплекс сукцинил КоА

Этот комплекс напоминает пирувадегидрогеназный комплекс. Реакция катализируется а-кетоглу – таратдегидрогеназой декарбоксилирующей и а – кетоглутаратдекарбоксилазой окислительной.

5. СООН СООН

\ \

СН₂ Ф_н, ГДФ СН₂

\ \

СН₂ СН₂ 1 АТФ = 1 ГТФ

\ - HSКоА, - ГТФ \

С = О СООН

\ сукцинат

SКоА

Образующийся при этом гуанодинтрифосфат (ГТФ), как и АТФ, используется в реакциях синтеза белка на рибосомах, в синтеза нуклеиновых кислот, либо в реакциях переноса макроэргичской связи на АДФ.

ГТФ + АДФ АТФ + ГДФ

6) COOH COOH

\ \

CH₂ CH

\ \\ 1 АТФ

CH₂ сукцинатдегидро - CH

\ геназа \

COOH COOH

сукцинат фумарат

7) СООН СООН

\ \

СН НО- С- Н

\\ \

СН СН₂

\ \

СООН СООН

фумараза L – яблочная кислота

8. СООН СООН

\ \

НО- С - Н С = О

\ \

СН₂ малатдегидрогеназа СН₂

\ \

СООН СООН

оксалоацетат

За один оборот цикла Кребса происходит полное окисление одной молекулы ацетил – КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление ацетил – КоА, а коферменты НАД и ФАД должны снова окисляться. Освобождающаяся при окислении аце –

тил – КоА энергия расходуется на образование макроэргических связей АТФ. Из четырёх пар атомов Н₂, три пары переносятся через НАД, а одна пара – через ФАД. На каждую пару атомов Н₂ в системе биологического окисления образуется 3 АТФ (1 НАД * Н₂ = 3 АТФ). Следовательно, всего 9 АТФ. Одна пара атомов иона попадает в систему биологического окисления через ФАД – в результате образуется 2 АТФ. Кроме этого в ходе сукцинатилокиназной реакции образуется 1 ГТФ = 1 АТФ. Поэтому в ходе цикла Кребса образуется 12 АТФ.

Биологическое значение.

Цикл трикарбоновых кислот – универсальный компонент биологического окисления, который базируется на принципе унификации, что имеет огромное значение потому, что организм не может точно дозировать потребность в каждом субстрате. Унификация позволяет уравновешивать и оптимизировать соотношение основных субстратов, то есть если имеется избыток углеводов, то часть их перекачивается в липиды, если белка – то тоже в липиды или углеводы.

Функции цикла Кребса:

1) Энергетическая (цикл Кребса – конечный этап биологического окисления, в котором окисляется унифицированные соединения различного происхождения);

2) Пластическая (поскольку цикл «питается» субстратами различного происхождения, то он может быть источником углеродных скелетов для различных веществ);

3) Регуляторная.

Регуляция цикла трикарбоновых кислот.

Цикл трикарбоновых кислот связан с предшествующими стадиями энергетического обмена (гликолиз, окисление жирных кислот), поэтому механизмы регуляции этих процессов будут справедливы и для цикла Кребса.

Типы регуляции:

1. Ретроингибирование;

2. Путём изменения концентрации субстрата на выходе цикла;

3. Аллостерическая регуляция (с помощью НАД, НАД * Н₂, АТФ).

4) Ионная (рН, концентрация Са)

Так как цикл Кребса начинается со стадии ЩУК + ацетилКоА, то эти метаболиты управляют интенсивностью цикла. Первым регуляторным фактором является концентрация ЩУК, которая в основном образуется из ПВК. ПВК же образуется из углеводов (глюкозы), поэтому при диабете или углеводном голодании наблюдается недостаток ПВК, а значит и ЩУК и сам цикл блокируется. АцетилКоА не является лимитирующим субстратом, так как в основном образуется при окислении жирных кислот. Но в то же время ЩУК – конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы, поэтому при избытке ЩУК цикл трикарбоновых кислот блокируется на 6 – ой стадии. Это торможение можно убрать глутамином, который переаминирует ЩУК в аспарагин. Второй регуляторный центр – концентрация НАД и НАД * Н₂. В живых системах концентрация НАД и НАД * Н₂ = const . Любые факторы, ведущие к увеличению НАД * Н₂ (алкогольная интоксикация) и дефекту НАД блокируют цикл Кребса. Следовательно, увеличение концентрации НАД стимулирует цикл трикарбоновых кислот.

Так как АТФ является косвенно конечным продуктом, то её избыток блокирует реакции, а значит АДФ стимулирует цикл (АДФ рассматривается как аллостерический активатор изоцитратдегидрогеназы). Стимулятором цикла является также и кислород, так как стимулирует работу АТФ. При повышении концентрации Са в клетке активируются дегидрогеназные реакции. Цикл Кребса активируется при сердечной недостаточности. Это объясняется тем, что миокард не может самостоятельно убрать избыток Са и эту роль берут на себя митохондрии, возрастает потребность в кислороде.