Цикъл на лимонена киселина - центърът на метаболизма

Определение на цикъла на лимонената киселина

Цикълът на лимонената киселина (известен също като цикъл на Кребс, цикъл на лимонена киселина или цикъл на трикарбоксилна киселина) е цикличен метаболитен процес. Той се провежда в матричното пространство на митохондриите и играе важна роля за Анаболизъм (Строителство) и Катаболизъм (Демонтаж).

За реакционен цикъл 1 ацетил-CoA до 2 CO2 преобразуван. Получената енергия е фиксирана под формата на 3 NADH + H +, 1 FADH2 и 1 GTP. Електроните от NADH + H + и FADH2 се използват в дихателната верига за синтез на АТФ.

Функции на цикъла на лимонената киселина

Цикълът на лимонената киселина се нарича "център на междинния метаболизъм", тъй като той играе централна роля в много метаболитни пътища. Най-важната му функция обаче е това Придобиване на електрони за дихателната верига чрез окисляване на ацетил-КоА.

Необходимият ацетил-КоА се произвежда от β-окисление на мастни киселини и окислително декарбоксилиране на в резултат на гликолиза Пируват. Но някои аминокиселини като изолевцин, левцин и триптофан също се разграждат до ацетил-КоА.

Освен това цикълът на лимонената киселина има и други важни функции:

Той определя последния маршрут за Разграждане на аминокиселини които не се разграждат до ацетил-КоА или пируват.
Той доставя Изходни материали за новия синтез на аминокиселини, като оксалоацетат за аспартат.
Чрез разклоняване на реакционните продукти от цикъла на лимонената киселина могат да се подават други метаболитни пътища: цитрат за Синтез на мастни киселини, Оксалоацетат за това Глюконеогенеза или сукцинил-КоА за образуване на δ-аминолевулинова киселина като изходен материал за Синтез на хем.

Етапи на реакция на цикъла на лимонената киселина

Дори и да е труден, струва си да научите тези отделни стъпки, включително съответните структурни формули, в детайли за Physikum, тъй като те често се появяват в устния и писмения изпит.

Изображение: „Цитратен цикъл“ от Yikrazuul. Лиценз: CC BY 3.0

Стъпка 1: Ацетил-КоА + оксалоацетат → цитрат

The Цитратна синтаза катализира прехвърлянето на ацетил-КоА до оксалоацетат с образуването на цитрат. Въвежда се H2O и коензимът A се отделя, като високоенергийната тиоестерна връзка на ацетил-CoA се разделя чрез хидролиза.

Стъпка 2: цитрат → изоцитрат

The Аконит хидратаза, наричана още аконитаза, превръща цитрата в изоцитрат. Чрез преместване на група OH третичният алкохол се превръща във вторичен алкохол. Междинният продукт на изомеризацията се нарича цис-аконитат.

Стъпка 3: изоцитрат → α-кетоглутарат

The Изоцитрат дехидрогеназа катализира NAD + -зависимото окисление на изоцитрат. Това създава нестабилния междинен продукт, оксал сукцинат, който след това спонтанно се декарбоксилира до сукцинил-КоА. В този етап на реакция, първа реакция на окисление както и първо декарбоксилиране на цикъла на лимонената киселина вместо това - с образуването на 1 NADH + H + и освобождаване на CO2.

Стъпка 4: α-кетоглутарат → сукцинил-КоА

The а-кетоглутарат дехидрогеназа е голям ензимен комплекс, който много прилича на пируват дехидрогеназа. Той се нуждаеше от това окислително декарбоксилиране от α-кетоглутарат до сукцинил-КоА следните кофактори: тиамин пирофосфат, липонамид, коензим А, FAD и NAD +. То Отново се произвеждат CO2 и още 1 NADH + H + за дихателната верига.

Ако има недостиг на тиамин (напр. Поради недохранване при алкохолизъм), Енцефалопатия на Вернике, тъй като и α-кетоглутаратът, и пируватдехидрогеназата са зависими от тиамина като кофактор. Ако тези два ензима вече не работят правилно, глутаматът се натрупва и използването на глюкоза се намалява, което в крайна сметка води до увреждане на мозъчните клетки.

Стъпка 5: Сукцинил-CoA → сукцинат + CoA + GTP

Хидролизата на високоенергийната тиоестерна връзка на сукцинил-КоА се катализира от ензима Сукцинил-КоА синтетаза. Коензимът А беше отделен, така че сега присъства сукцинат. Освободената енергия е свикнала 1 GTP да синтезира - също Фосфорилиране на субстратната верига Наречен.

Ако прехвърлите фосфатна група от GTP в ADP, получавате ATP: GTP + ADP → GDP + ATP. Тази реакция обаче сама по себе си не е част от цикъла на лимонената киселина.

Стъпка 6: сукцинат → фумарат + FADH2

Зависим от FAD Сукцинат дехидрогеназа извършва окисляването на сукцинат до фумарат. Това се случва с образуването на двойна връзка и освобождаването на 1 FADH2.

Важна характеристика е, че Сукцинат дехидрогеназа тъй като единственият ензим от цикъла на лимонената киселина не присъства свободно в матричното пространство, а е закотвен във вътрешната митохондриална мембрана. Това му позволява да захранва своите FADH2 електрони директно в дихателната верига и след това се нарича комплекс II.

Стъпка 7: фумарат + H2O → малат

Добавянето на вода към фумарат катализира Фумарат хидратаза - наричана още фумараза - и води до образуването на малат.

Стъпка 8: малат → оксалоацетат

Зависим от NAD + Малат дехидрогеназа окислява малат до оксалоацетат, който след това се използва отново като субстрат за стъпка 1 от цикъла на лимонената киселина. Това създава 1 NADH + H + за дихателната верига.

Енергиен баланс на цикъла на лимонената киселина

В дихателната верига o.g. Добив от цикъла на лимонената киселина при следните енергийни стойности:

1 NADH + H + ще го направя до около 2,5 ATP.
1 FADH2 се изпълнява до около 1,5 ATP.

За всеки кръгов цикъл в цикъла на лимонената киселина се генерира фиксирана енергия от: 7,5 ATP от 3x NADH + H + + 1,5 ATP от 1 FADH2 + 1 ATP от 1 GTP (като енергийно еквивалентен) - това води до сбор от приблизително 10 ATP.

В по-старата литература енергийният добив на NADH + H + и FADH2 е надценен, така че човек не трябва да се обърква, когато чете нещо за общ добив от 12 молекули АТФ.

Спомен за цикъла на лимонената киселина

Следното Меморандум помага да запомните стъпките от цикъла на лимонената киселина:

Цитрусовиonen = Citrв
im = I.социтрат
Кoma = (α)-Кетоглутатрат
сind = С.uccinyl-CoA
сuper = С.uccinat
еür = F.умарат
медно = М.alat
Ома = Оксалацетат, А.цетил-КоА

Регулиране на цикъла на лимонената киселина

Цикълът на лимонената киселина се регулира до голяма степен от следните три фактора:

Dem Предложение на субстрати, това включва и кофакторите NAD + и FAD
Dem Натрупване на продуктите
The Инхибиране чрез обратна връзка

Следващата таблица показва до каква степен се активират или инхибират отделните ензими от цикъла на лимонената киселина:

ензим	Активиране от	Инхибиране от
Цитратна синтаза	ADP, оксалоацетат, ацетил-КоА (и следователно висока активност на пируват DH)	Цитрат, NADH + H +, ATP, сукцинил-КоА
Изоцитрат дехидрогеназа	ADP, Ca 2+	ATP, NADH + H +
а-кетоглутарат дехидрогеназа	Приблизително 2+	Сукцинил-КоА, NADH + Н +
Сукцинатна дехидрогеназа	Сукцинирайте	Оксалоацетат

Освен Пируват дехидрогеназа изглежда връзката между гликолизата и цикъла на лимонената киселина Изоцитрат дехидрогеназа да има най-голямо влияние върху активността на цикъла на лимонената киселина.

Тъй като цикълът на лимонената киселина също синтезира междинни продукти, необходими за други метаболитни пътища, трябва да се гарантира, че протичат отделни реакции от цикъла, въпреки че целият цикъл е инхибиран. Следователно има за цикъла на лимонената киселина не е ключов ензим. Хормоните нямат пряко влияние върху ензимите от цикъла на лимонената киселина.

Анаплеротични реакции

Има анаплеротични реакции Метаболитни пътища, които служат за осигуряване на цикъла на лимонената киселина, така че да не свърши необходимите субстрати. За илюстрация: Ако тялото в момента прави много глюконеогенеза и по този начин извлича много оксалоацетат от цикъла на лимонената киселина, сега ще липсва оксалоацетат за първия етап на реакцията (ацетил-КоА + оксалоацетат → цитрат).

За да не се случи тази животозастрашаваща ситуация, има анаплеротични реакции. Това е от значение за теста Реакция на пируват карбоксилаза: пируват + CO2 + ATP ↔ оксалоацетат + ADP + P. По този начин ензимът пируват карбоксилаза катализира превръщането на пирувата и въглеродния диоксид в оксалоацетат с консумация на АТФ и по този начин гарантира, че оксалоацетатът винаги е на разположение като субстрат за цикъла на лимонената киселина.

Цикълът на лимонената киселина като амфиболен център на междинния метаболизъм

На първо място възниква въпросът: "Какво означава амфибол?". Човек говори за амфибол, когато метаболитните пътища са едновременно катаболни и анаболни.

Аминокиселинен метаболизъм: Много аминокиселини се разграждат на субстрати от цикъла на лимонената киселина, но те също така служат като субстрати за синтеза на други аминокиселини, напр. Б. за синтеза на несъществени аминокиселини като Глутамат и Аспартат. Глутаматът се създава от а Трансаминиране от α-кетоглутарат и аспартат чрез трансаминиране на оксалоацетат.

Метаболизъм на въглехидратите: От една страна, гликолизата преминава в цикъла на лимонената киселина чрез връзката на пируватдехидрогеназата, а от друга страна, оксалоацетатът е субстрат за глюконеогенезата. Никога не трябва да забравяме в този момент, че поради необратимостта на Реакция на пируват дехидрогеназа ацетил-КоА самият никога не може да служи като субстрат за глюконеогенезата.

Мастни киселини и стероиди: С ацетил-КоА, β-окислението осигурява изходния субстрат за цикъла на лимонената киселина и в същото време цитратът се използва за синтеза на мастни киселини и холестерол или стероиди.

Не забравяйте, че Синтез на порфирини или хем зависи от цикъла на лимонената киселина, а именно нейния междинен продукт сукцинил-КоА.

подувам

Rassow, Hauser, Netzker, Deutzmann: Dual Biochemistry Series, 2-ро издание, Thieme-Verlag

M. Königshoff, T. Brandenburger: Кратко учебник по биохимия, 3-то издание, Thieme-Verlag

Fung, Althaus, Poth: Факти 1-ви медицински преглед, 1-во издание, Urban & Fischer

Eggemann, Isabel: MEDI-LEARN сценарий биохимия 1, енергиен метаболизъм, 2-ро издание, MEDI-LEARN Verlag

Решения на въпросите: 1B, 2D, 3B