Cyklus kyseliny citrónovej - náboj metabolizmu

náboj

Definícia cyklu kyseliny citrónovej

Cyklus kyseliny citrónovej (tiež známy ako Krebsov cyklus, cyklus kyseliny citrónovej alebo cyklus kyseliny trikarboxylovej) je cyklický metabolický proces. Prebieha v matrixovom priestore mitochondrií a hrá dôležitú úlohu pre Anabolizmus (Stavebníctvo) a Katabolizmus (Demontáž).

Na reakčný cyklus 1 acetyl-CoA až 2 CO2 prevedený. Výsledná energia je fixovaná vo forme 3 NADH + H +, 1 FADH2 a 1 GTP. Elektróny z NADH + H + a FADH2 sa používajú v dýchacom reťazci na syntézu ATP.

Funkcie cyklu kyseliny citrónovej

Cyklus kyseliny citrónovej sa označuje ako „uzol stredného metabolizmu“, pretože hrá ústrednú úlohu v mnohých metabolických dráhach. Jeho najdôležitejšou funkciou je však to Získavanie elektrónov pre dýchací reťazec oxidáciou acetyl-CoA.

Požadovaný acetyl-CoA je produkovaný β-oxidácia mastných kyselín a oxidačná dekarboxylácia z vyplývajúce z glykolýzy Pyruvát. Niektoré aminokyseliny, ako napríklad izoleucín, leucín a tryptofán, sa tiež štiepia na acetyl-CoA.

Okrem toho má cyklus kyseliny citrónovej ďalšie dôležité funkcie:

  • Stanovuje konečnú trasu pre Štiepenie aminokyselín ktoré sa nerozkladajú na acetyl-CoA alebo pyruvát.
  • Dodáva Východiskové materiály pre novú syntézu aminokyselín, ako je oxaloacetát pre aspartát.
  • Odvetvením reakčných produktov z cyklu kyseliny citrónovej je možné napájať ďalšie metabolické cesty: citrát pre Syntéza mastných kyselín, K tomu oxaloacetát Glukoneogenéza alebo sukcinyl-CoA na tvorbu kyseliny 8-aminolevulínovej ako východiskovej látky pre Hémová syntéza.

Reakčné kroky cyklu s kyselinou citrónovou

Aj keď je to náročné, stojí za to si jednotlivé kroky, vrátane príslušných štruktúrnych vzorcov, podrobne osvojiť pre Fyzikum, pretože sa často vyskytujú pri ústnej a písomnej skúške.

Obrázok: „Citrátový cyklus“ od Yikrazuul. Licencia: CC BY 3.0

Krok 1: Acetyl-CoA + oxaloacetát → citrát

The Citrát syntáza katalyzuje prenos acetyl-CoA na oxaloacetát za tvorby citrátu. Zavádza sa H2O a štiepi sa koenzým A, hydrolýzou sa štiepi vysokoenergetická tioesterová väzba acetyl-CoA.

Krok 2: citrát → izocitrát

The Akonit hydratáza, tiež nazývaná akonitáza, prevádza citrát na izocitrát. Po premiestnení skupiny OH sa z terciárneho alkoholu stane sekundárny alkohol. Medziprodukt izomerizácie sa nazýva cis-akonitát.

Krok 3: izocitrát → α-ketoglutarát

The Isocitrát dehydrogenáza katalyzuje oxidáciu izocitrátu závislú od NAD +. Tak vznikne nestabilný medziprodukt, oxal-sukcinát, ktorý sa potom spontánne dekarboxyláti na sukcinyl-CoA. V tomto reakčnom kroku sa prvá oxidačná reakcia rovnako ako prvá dekarboxylácia cyklu kyseliny citrónovej namiesto toho - s tvorbou 1 NADH + H + a vydanie CO2.

Krok 4: a-ketoglutarát → sukcinyl-CoA

The α-ketoglutarát dehydrogenáza je veľký enzýmový komplex, ktorý je veľmi podobný pyruvátdehydrogenáze. Potreboval to oxidačná dekarboxylácia od a-ketoglutarátu po sukcinyl-CoA nasledujúce kofaktory: tiamínpyrofosfát, liponamid, koenzým A, FAD a NAD +. To Opäť sa produkuje CO2 a 1 ďalší NADH + H + pre dýchací reťazec.

Ak je nedostatok tiamínu (napr. V dôsledku podvýživy pri alkoholizme), Wernická encefalopatia, pretože a-ketoglutarát aj pyruvátdehydrogenáza sú závislé od tiamínu ako kofaktoru. Ak tieto dva enzýmy už nepracujú správne, zvyšuje sa glutamát a znižuje sa využitie glukózy, čo v konečnom dôsledku vedie k poškodeniu mozgových buniek.

Krok 5: Sukcinyl-CoA → sukcinát + CoA + GTP

Hydrolýza vysokoenergetickej tioesterovej väzby sukcinyl-CoA je katalyzovaná enzýmom Sukcinyl-CoA syntetáza. Koenzým A sa odštiepil, takže je teraz prítomný sukcinát. Uvoľnená energia je zvyknutá na 1 GTP syntetizovať - ​​tiež Fosforylácia reťazca substrátu zavolal.

Ak prevediete fosfátovú skupinu GTP na ADP, získate ATP: GTP + ADP → GDP + ATP. Samotná táto reakcia však nie je súčasťou cyklu kyseliny citrónovej.

Krok 6: sukcinát → fumarát + FADH2

Závisí od FAD Sukcinát dehydrogenáza uskutočňuje oxidáciu sukcinátu na fumarát. To sa stane s vytvorením dvojitej väzby a uvoľnením 1 FADH2.

Dôležitou vlastnosťou je, že Sukcinát dehydrogenáza ako jediný enzým cyklu kyseliny citrónovej nie je voľný v priestore matrice, ale je zakotvený vo vnútornej mitochondriálnej membráne. To mu umožňuje dodávať svoje elektróny FADH2 priamo do dýchacieho reťazca a potom sa nazýva komplex II.

Krok 7: fumarát + H2O → malát

Pridanie vody k fumarátu katalyzuje Fumarát hydratáza - nazývaný tiež fumaráza - a vedie k tvorbe malátu.

Krok 8: malát → oxaloacetát

Závisí od NAD + Malát dehydrogenáza oxiduje malát na oxaloacetát, ktorý sa potom opäť použije ako substrát pre krok 1 cyklu kyseliny citrónovej. Toto vytvára 1 NADH + H + pre dýchací reťazec.

Energetická bilancia cyklu kyseliny citrónovej

V dýchacom reťazci poskytuje vyššie uvedený výťažok cyklu kyseliny citrónovej nasledujúce energetické hodnoty:

  • 1 NADH + H + urobí na asi 2,5 ATP.
  • 1 FADH2 je implementovaný na asi 1,5 ATP.

Pre každé kolo cyklu v cykle kyseliny citrónovej je generovaná fixná energia: 7,5 ATP z 3x NADH + H + + 1,5 ATP z 1 FADH2 + 1 ATP z 1 GTP (ako energeticky ekvivalentný) - výsledkom je súčet približne 10 ATP.

V staršej literatúre bol energetický výťažok NADH + H + a FADH2 nadhodnotený, takže by sme nemali byť zmätení, keď si prečítate niečo o celkovom výťažku 12 molekúl ATP.

Memento pre cyklus kyseliny citrónovej

Nasledujúci Memorandum vám pomôže zapamätať si kroky cyklu s kyselinou citrónovou:

  • Citrusonen = Citro
  • im = I.socitrat
  • Koma = (α)-Ketoglutatrat
  • ind = S.uccinyl-CoA
  • horný = S.ucincinat
  • für = F.umarat
  • mjeden = M.alat
  • Oma = Oxalacetát, A.cetyl-CoA

Regulácia cyklu kyseliny citrónovej

Cyklus kyseliny citrónovej je do veľkej miery regulovaný nasledujúcimi tromi faktormi:

  1. Dem Ponuka podkladov, to zahŕňa aj kofaktory NAD + a FAD
  2. Dem Hromadenie výrobkov
  3. The Inhibícia prostredníctvom spätnej väzby

Nasledujúca tabuľka ukazuje, do akej miery sú jednotlivé enzýmy cyklu kyseliny citrónovej aktivované alebo inhibované:

enzým Aktivácia do Inhibícia
Citrát syntáza ADP, oxaloacetát, acetyl-CoA (a teda vysoká aktivita pyruvátu DH) Citrát, NADH + H +, ATP, sukcinyl-CoA
Isocitrát dehydrogenáza ADP, Ca 2+ ATP, NADH + H +
α-ketoglutarát dehydrogenáza Približne 2+ Sukcinyl-CoA, NADH + H +
Sukcinát dehydrogenáza Succinate Oxaloacetát

Okrem toho Pyruvátdehydrogenáza sa javí ako spojenie medzi glykolýzou a cyklom kyseliny citrónovej Isocitrát dehydrogenáza mať najväčší vplyv na činnosť cyklu kyseliny citrónovej.

Pretože cyklus kyseliny citrónovej syntetizuje aj medziprodukty, ktoré sú potrebné pre ďalšie metabolické cesty, musí sa zabezpečiť, aby jednotlivé reakcie cyklu prebiehali, aj keď je celkový cyklus inhibovaný. Preto existuje cyklus kyseliny citrónovej nie je kľúčovým enzýmom. Hormóny nemajú priamy vplyv na enzýmy cyklu kyseliny citrónovej.

Anaplerotické reakcie

Sú anaplerotické reakcie Metabolické dráhy, ktoré slúžia na zásobenie cyklu kyseliny citrónovej tak, aby mu nedochádzali potrebné substráty. Na ilustráciu: Ak telo v súčasnosti vykonáva veľa glukoneogenézy, a preto čerpá veľa oxaloacetátu z cyklu kyseliny citrónovej, teraz by v prvom reakčnom kroku chýbal oxaloacetát (acetyl-CoA + oxaloacetát → citrát).

Aby nedošlo k tejto život ohrozujúcej situácii, existujú anaplerotické reakcie. Pre skúšku je relevantné Reakcia pyruvátkarboxylázy: pyruvát + CO2 + ATP ↔ oxaloacetát + ADP + P. Enzým pyruvátkarboxyláza tak katalyzuje premenu pyruvátu a oxidu uhličitého na oxaloacetát pri konzumácii ATP a zaisťuje tak, že oxalacetát je vždy k dispozícii ako substrát pre cyklus kyseliny citrónovej.

Cyklus kyseliny citrónovej ako amfibolické centrum medziproduktu metabolizmu

Najskôr zo všetkého vyvstáva otázka: „Čo znamená amfibol?“. Jeden hovorí o amfibol, keď sú metabolické cesty katabolické aj anabolické.

Metabolizmus aminokyselín: Mnoho aminokyselín sa štiepi na substráty cyklu kyseliny citrónovej, ale slúžia tiež ako substráty pre syntézu ďalších aminokyselín, napr. B. na syntézu neesenciálnych aminokyselín, ako sú napr Glutamát a Aspartát. Glutamát je tvorený a Transaminácia z α-ketoglutarátu a aspartátu transamináciou oxaloacetátom.

Metabolizmus uhľohydrátov: Na jednej strane glykolýza prúdi do cyklu kyseliny citrónovej cez väzbu pyruvátdehydrogenázy a na druhej strane je oxaloacetát substrátom pre glukoneogenézu. Jeden by nikdy nemal zabudnúť na tento bod, že kvôli nezvratnosti Reakcia pyruvátdehydrogenázy samotný acetyl-CoA nikdy nemôže slúžiť ako substrát pre glukoneogenézu.

Mastné kyseliny a steroidy: S acetyl-CoA poskytuje β-oxidácia východiskový substrát cyklu kyseliny citrónovej a zároveň sa citrát používa na syntézu mastných kyselín a cholesterolu alebo steroidov.

Nezabudnite, že Syntéza porfyrínov alebo hemu závisí od cyklu kyseliny citrónovej, konkrétne od jej medziproduktu sukcinyl-CoA.

Populárne skúškové otázky o cykle kyseliny citrónovej

Riešenia nájdete pod odkazmi.

1. Niektoré enzýmy v cykle kyseliny citrónovej používajú NAD + ako koenzým. Ktorá konštelácia je správna?

  1. Isocitrát dehydrogenáza, sukcinát dehydrogenáza, malát dehydrogenáza
  2. Isocitrát dehydrogenáza, α-ketoglutarát dehydrogenáza, malát dehydrogenáza
  3. Všetky dehydrogenázy z cyklu kyseliny citrónovej
  4. Akonitáza, sukcinátdehydrogenáza, α-ketoglutarátdehydrogenáza
  5. Isocitrát dehydrogenáza, sukcinyl-CoA syntetáza, sukcinát dehydrogenáza

2. Čo nie je kofaktor α-ketoglutarátdehydrogenázy?

  1. NAD +
  2. FAD
  3. Koenzým A
  4. Mg2+
  5. Tiamín

3. Ktoré tvrdenie o cykle kyseliny citrónovej je nesprávne?

  1. Cyklus kyseliny citrónovej prebieha v matrixovom priestore mitochondrií.
  2. Α-ketoglutarát dehydrogenáza je kľúčovým enzýmom cyklu kyseliny citrónovej.
  3. ATP sa netvorí v cykle kyseliny citrónovej.
  4. Hormóny nehrajú žiadnu priamu úlohu pri regulácii cyklu kyseliny citrónovej.
  5. Hovorí sa mu aj Krebsov cyklus.

nafúknuť

Rassow, Hauser, Netzker, Deutzmann: Dual Biochemistry Series, 2. vydanie, Thieme-Verlag

M. Königshoff, T. Brandenburger: Krátka učebnicová biochémia, 3. vydanie, Thieme-Verlag

Fung, Althaus, Poth: Fakty 1. lekárske vyšetrenie, 1. vydanie, Urban & Fischer

Eggemann, Isabel: MEDI-LEARN skriptová séria biochémie 1, energetický metabolizmus, 2. vydanie, MEDI-LEARN Verlag

Riešenia otázok: 1B, 2D, 3B