rubilnik-bor.ru
Цикл Кребса, также известный как цикл карбоксилирования или цикл ТСА (трикарбоновый кислотный цикл), является важной биохимической реакцией, которая происходит в митохондриях всех эукариотических клеток. Он является основным механизмом окисления углерода при дыхании и первостепенным источником энергии для клетки.
Цикл Кребса состоит из нескольких этапов, каждый из которых включает в себя определенную биохимическую реакцию. Основные этапы цикла Кребса включают окисление ацетил-КоА, регенерацию оксалоацетата и образование NADH и FADH2, которые затем будут использоваться в последующем этапе дыхательной цепи.
Первый этап цикла Кребса начинается с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату, образуя цитрат. Затем цитрат проходит через несколько реакций дегидратации, окисления и декарбоксилирования, в результате чего образуются энергетически богатые молекулы NADH и FADH2. Одновременно происходит регенерация оксалоацетата, который может повторно вступить в реакцию с ацетил-КоА.
Второй этап цикла Кребса протекает в митохондриальной матрице и включает ряд окислительно-восстановительных реакций, таких как дегидрогенация изоцитрата и α-кетоглутарата. В результате этих реакций образуются дополнительные молекулы NADH и FADH2, которые будут использоваться в последующих этапах дыхательной цепи для производства АТФ.
Цикл Кребса является неотъемлемой частью клеточного метаболизма и выполняет ряд важных функций, включая поставку энергии и прекурсоров для синтеза молекул, таких как аминокислоты, липиды и нуклеотиды. Понимание основных этапов и места осуществления цикла Кребса является ключевым для понимания клеточного дыхания и обмена веществ в организмах.
Активация ацетил-КоА
Перед входом в цикл Кребса ацетил-КоА проходит двухэтапную активацию, которая включает две реакции: конденсацию с оксалоацетатом и окисление НАД+. Эти реакции происходят в матриксе митохондрий.
Сначала ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, образуя цитрат. Для этой реакции необходим фермент цитратсинтаза, который активируется кальцием и ингибируется АТФ. Реакция является одним из регулирующих шагов цикла Кребса и направляет продукты распада углеводов в митохондрии на синтезные пути образования жиров и синтез аминокислот.
После образования цитрата, он претерпевает ряд реакций дегидратации и деоксидации с образованием изоксизаленгидрата, а-кетоглютарата, сукцината, фумарата и оксалоацетата. По ходу этих реакций происходит окисление НАД+ с образованием НАДН, которое далее участвует в реакциях недокисления трикарбоновых кислот и восстановления НАД+ в ферментативном окислении жирных кислот.
- Цикл Кребса – основной шаг аэробного окисления углеводных, жировых и белковых оснований;
- Изучение структуры и функции цикла Кребса является важным вопросом медицинской биохимии;
- Влияет на исследование биохимии популяции митохондриальных кариотипов и митохондриальной патологии;
Образование изоцитрата
На этом этапе окисления декарбоксилируются ацетил-КоА и образуется изоцитрат. Процесс находится под контролем фермента изоцитратдегидрогеназы, который катализирует реакцию окисления и декарбоксилирования изоцитрат.
| Вещество/продукт | Фермент |
|---|---|
| Ацетил-КоА + оксалоацетат | Изоцитратдегидрогеназа |
| Изоцитрат |
В результате реакции образуется изоцитрат, который служит исходным веществом для следующих этапов цикла Кребса.
Синтез альфа-кетоглутарата
На первом этапе реакции, из цитратного комплекса в цитозоле митохондрии, цитрат диффундирует через наружную и внутреннюю митохондриальные мембраны, где гидролизует к цитразолий и одноатомному углекислому газу при действии цитразолииазы.
Во внутренней мембране митохондрии цитразолий окисляется до изоцитра второй цитратсинтазной реакцией и высвобождает одну молекулу CO2.
Затем изоцитрат окисляется до альфа-кетоглутарата посредством изоцитратдегидрогеназы, генерируя НАДН и высвобождая вторую молекулу CO2.
Альфа-кетоглутарат является ключевым метаболитом и может быть использован в дальнейшем в цикле Кребса для образования сукцинату, который является еще одним важным промежуточным метаболитом в цикле.
Образование оксалоацетата
На этапе образования оксалоацетата оксалоацетил-КоА, продукт предыдущего этапа реакции, реагирует с ацетил-КоА, образуя оксалоацетат.
Эта реакция катализируется ферментом оксалоацетаттрансаминазой.
Образованный оксалоацетат служит исходным соединением для следующего шага цикла Кребса.