Функции цикла Кребса
Интегративная функция. Цикл Кребса является связующим звеном между реакциями катаболизма и анаболизма.
Катаболическая функция.В ходе ЦТК окисляются до конечных продуктов обмена ацетильные остатки, образовавшиеся из топливных молекул (глюкоза, жирные кислоты, глицерол, аминокислоты).
Анаболическая функция. Субстраты ЦТК являются основой для синтеза многих молекул (кетокислоты — α-кетоглутарат и ЩУК — могут превращаться в аминокислоты глу и асп; ЩУК может превращаться в глюкозу, сукцинил-КоА используется на синтез гема).
Рис. 6.6. Лимоннокислый цикл Кребса:
Ферменты: 1 — цитратсинтаза; 2 — аконитаза; 3 — изоцитратдегидрогеназа; 4 — α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс; 5 — сукцинил-КоА синтетаза; 6 — сукцинатдегидрогеназа; 7 — фумаратгидратаза; 8 — малатдегидрогеназа
Водороддонорная функция. Цикл Кребса поставляет субстраты для дыхательной цепи (НАД-зависимые субстраты: изоцитрат,-кетоглутарат, малат; ФАД-зависимый субстрат – сукцинат).
Энергетическая функция. На уровне сукцинил-КоА происходит субстратное фосфорилирование с образованием одной молекулы макроэрга. Помимо этого, 4 дегидрогеназные реакции в цикле Кребса создают мощный поток электронов, богатых энергией. Эти электроны поступают в дыхательную цепь внутренней мембраны митохондрий. Конечным акцептором электронов является кислород. При последовательном переносе электронов на кислород выделяется энергия, достаточная для образования 9-ти молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования. Более понятной эта цифра станет после того, как мы познакомимся с работой дыхательной цепи и с ферментом, синтезирующим АТФ.
Примечание: несмотря на постоянную убыль субстратов в результате анаболической функции, цикл Кребса не прерывается благодаряанаплеротическим реакциям, которые пополняют фонд его субстратов. Важнейшей анаплеротической реакцией является образование ЩУК (молекулы, запускающей цикл) путем карбоксилирования ПВК.
Регуляция цтк
Первый фермент цитратсинтаза ингибируется АТФ, жирными кислотами, а активируется субстратом (цитратом). Лимитирующим ферментом (катализирует самую медленную реакцию) являетсяизоцитратДГ. Он активируется АДФ, НАД+, ингибируется АТФ, НАДН·Н+. Когда в клетке достаточно АТФ (покой), скорость цикла снижается, при распаде же АТФ образуется АДФ, который активирует самую медленную реакцию и, следовательно, скорость всего цикла в целом.
Познакомившись с центральными путями метаболизма, основное назначение которых — отделение от субстратов атомов водорода, проследим за судьбой этих атомов, за тем, как происходит их окисление кислородом до воды.
Тема 7. Тканевое дыхание. Окислительное фосфорилирование
Тканевое дыхание— процесс окисления водорода кислородом до воды ферментами дыхательной цепи. Как указывалось выше, процесс образования воды описывается уравнением:
Дыхательная цепь— последовательность переносчиков электронов на кислород, локализованная во внутренней мембране митохондрий (ВММ). Роль таких переносчиков выполняют:
активные формы витамина В2 — ФМН и ФАД (присоединяют электроны и протоны);
атомы железа и меди в составе цитохромов;
железосерные белки (FeS-белки); цитохромы и железосерные белки переносят только электроны;
жирорастворимый переносчик электронов и протонов, свободно перемещающийся по мембране, — убихинон (КоQ).
Цель работы дыхательной цепи: провести реакцию окисления водорода кислородом с образованием эндогенной воды.
Принцип работы дыхательной цепи: разделение потоков протонов и электронов, поступающих из матрикса. Электроны передаются на конечный акцептор — кислород; протоны выбрасываются в межмембранное пространство (ММП).
Место того или иного переносчика в дыхательной цепи определяется величиной редокс-потенциала. Все реакции в дыхательной цепи направлены по термодинамической лестнице от компонента с самым отрицательным редокс-потенциалом (НАДH·Н+) к кислороду, имеющему самый положительный редокс-потенциал.
Редокс-потенциал (Ео) численно равен ЭДС в вольтах, возникающей между растворами окислителя и восстановителя (концентрации 1М, рН = 7,0, температура 25 С). Чем отрицательнее редокс-потенциал системы, тем выше ее способность отдавать электроны (восстановители). Чем положительнее редокс-потенциал, тем выше способность вещества присоединять электроны (окислители).
Перенос электронов по дыхательной цепи осуществляется в следующей последовательности:
Во внутренней митохондриальной мембране переносчики электронов и протонов сгруппированы в четыре белково-липидных комплекса, встроенных в мембрану. Убихинон (КоQ) не входит в состав комплексов; цитохром с, являясь водорастворимым, ориентирован в межмембранное пространство, находясь на наружной поверхности внутренней мембраны митохондрий (рис. 7.1):
Рис. 7.1. Схема сопряжения тканевого дыхания и окислительного фосфорилирования:
ВММ — внутренняя мембрана митохондрий; ММП — межмембранное пространство; ПДГ — пиридинзависимые дегидрогеназы; ФДГ — флавинзависимые дегидрогеназы; ЭХП — электрохимический потенциал; РП — разность потенциалов между восстановителем и окислителем