Цикл трикарбоновых кислот

Энергетическое значение аэробного распада глюкозы

Аэробный гликолиз

Аэробный гликолиз протекает в присутствии кислорода, включает те же стадии, что и анаэробный гликолиз, за исключением последней стадии: восстановления пирувата до лактата, которая протекает в анаэробных условиях (Рис. 9.5):

Рис. 9.5. Схема аэробного гликолиза

Специфические характеристики аэробного гликолиза (отличие от анаэробного гликолиза):

Во-первых, окисление восстановленной формы НАДН∙Н⁺, являющееся необходимым условием протекания гликолиза, происходит при аэробном гликолизе посредством дыхательной цепи.

Во-вторых, образование АТФ при аэробном гликолизе может идти двумя путями:

- путём субстратного фосфорилирования, когда для фосфорилирования А ДФ используется энергия макроэргической связи субстрата (реакции 7, 10);

- путем окислительного фосфорилирования АДФ, сопряженного с дыхательной цепью (реакция 6).

В аэробном гликолизе образуется 10 моль АТР на 1 моль глюкозы. Так, в реакциях 7, 10 образуется 4 моль АТФ путем субстратного фосфорилирования, а в реакции 6 синтезируется 6 моль АТФ (на 2 моль глицероальдегидфосфата) путем окислительного фосфорилирования.

Суммарный эффект аэробного гликолиза составляет 8 моль АТР, так как в реакциях 1 и 3 используется 2 моль АТР.

Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) или цикл лимонной кислоты или цикл Кребса – путь окислительных превращений ди- и трикарбоновых кислот, образующихся в качестве промежуточных продуктов при распаде и синтезе белков, жиров и углеводов.

Цикл трикарбоновых кислот представлен в клетках всех организмов: растений, животных и микроорганизмов.

Этот цикл является основой метаболизма и выполняет две важных функции:

- снабжения организма энергией;

- интеграции всех главных метаболических потоков, как катаболических (биорасщепление), так и анаболических (биосинтез).

Напомню, что реакции аэробного гликолиза локализованы в цитоплазме клетки и приводят к образованию пирувата (ПВК).

!!! Последующие превращения пирувата протекают в матриксе митохондрий.

В матриксе пируват превращается в ацетил-КоА – макроэргическое соединение. Реакция катализируется ферментом НАД-зависимой пируватдекарбоксилазой:

Восстановленная форма НАДН∙Н⁺, образовавшаяся в результате этой реакции, поступает в дыхательную цепь и генерирует 6 молекул АТФ (в пересчете на 1 молекулу глюкозы).

!!! ЦТК представляет собой последовательность из восьми реакций, протекающих в матриксе митохондрий (Рис. 9.6):

Рис. 9.6. Схема цикла трикарбоновых кислот

1) Необратимая реакция конденсации ацетил-КоА со щавелевоуксусной кислотой (оксалоацетатом), катализируемая ферментом цитратсинтетазой, с образованием лимонной кислоты (цитрата).

2) Обратимая реакция изомеризация лимонной кислоты (цитрата) в изолимонную кислоту (изоцитрат), в процессе которой происходит перенос гидроксигруппы к другому атому углерода, катализируется ферментом аконитазой.

Реакция идёт через образование промежуточного продукта
цис-аканитовой кислоты (цис-аконитата).

3) Необратимая реакция окислительного декарбоксилирования изолимонной кислоты (изоцитрата): гидроксигруппа изолимонной кислоты окисляется до карбонильной группы с помощью окисленной формы НАД⁺ и одновременно отщепляется карбоксильная группа в
β-положении с образованием α-кетоглутаровой кислоты
(α-кетоглутарата). Промежуточный продукт этой реакции щавелевоянтарная кислота (оксалосукцинат).

!!! Это первая реакция цикла, в которой происходит восстановление окисленной формы НАД⁺-кофермента до НАДН∙Н⁺, фермента изоцитратдегидрогеназы.

Восстановленная форма НАДН∙Н поступает в дыхательную цепь, там окисляется до НАД⁺, что приводит к образованию 2 молекул АТФ.

4) Обратимая реакция окислительного декарбоксилирования
α-кетоглутаровой кислоты до макроэргического соединения сукцинил-КоА. Реакцию катализирует фермент 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс.

5) Реакция является единственной в цикле реакцией субстратного фосфорилирования; катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтетазой. В этой реакции сукцинил-КоА при участии гуанодиндифосфата (ГДФ) и неорганического фосфата (H₃PO₄) превращается в янтарную кислоту (сукцинат).

!!! Одновременно происходит синтез макроэргического соединения ГТФ за счёт макроэргической связи тиоэфирной связи сукцинил-КоА.

6) Реакция дегидрирования янтарной кислоты (сукцината) с образованием фумаровой кислоты (фумарата).

Реакция катализируется сложным ферментом сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой кофермент ФАД⁺ ковалентно связан, а белковой частью фермента. Окисленная форма ФАД⁺ в результате реакции восстанавливается до ФАД∙Н₂.

Восстановленная форма ФАД∙Н₂ поступает в дыхательную цепь, там регенерирует до окисленной формы ФАД⁺, что приводит к образованию двух молекул АТФ.

7) Реакция гидратации фумаровой кислоты (фумарата) до яблочной кислоты (малата). Реакция катализируется ферментом фумаразой.

8) Реакция дегидрирования яблочной кислоты до щавелеуксусной кислоты (оксалоацетата). Реакция катализируется ферментом НАД⁺-зависимой-малатдегидрогеназой.

В результате реакции окисленная форма НАД восстанавливается до восстановленной формы НАДН∙Н⁺.

Восстановленная форма НАДН∙Н поступает в дыхательную цепь, там окисляется до НАД⁺, что приводит к образованию 2 молекул АТФ.

Суммарное уравнение ЦТК можно записать следующим образом:

Ацетил-КоА + 3НАД⁺ + ФАД⁺ + ГДФ + H₃PO₄ =

2CO₂ + H₂O + HS-КоА + 3НАДН∙Н + ФАД∙Н₂ + ГТФ

Как видно из схемы суммарного уравнения ЦТК в этом процессе восстанавливаются:

- три молекулы НАДН∙Н (реакции 3, 4, 8);

- одна молекула ФАД∙Н₂ (реакция 6).

При аэробном окислении из этих молекул в электрон-транспортной цепи в процессе окислительного фосфорилирования образуется при окислении:

- одной молекулы НАДН∙Н – 3 молекулы АТФ;

- одной молекулы ФАД∙Н₂ – 2 молекулы АТФ.

- одна молекула ГТФ образуется в реакции субстратного фосфорилирования (реакция 5).

Всё это составит: 9 (3х3) АТФ + 2 АТФ + 1 АТФ (ГТФ) = 12 АТФ. Следовательно, энергетический баланс окисления ацетил-КоА (2 молекулы пирувата из аэробного гликолиза) в ЦТК составляет 24 молекулы АТФ.

!!! Полное окисление глюкозы:

8 молекул АТФ гликолиза + 6 молекул АТФ окислительного декарбоксилирование пирувата в цетил-КоА + 24 молекулы АТФ ЦТК =
38 молекул АТФ на молекулу глюкозы.

Дата добавления: 2014-12-07