Цикл Кребса - презентация

Тема урока: «Цикл Кребса»

Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом.  

Он первым постулировал значение данного цикла для полного сгорания пирувата, главным источником которого является гликолитическое превращение углеводов. В дальнейшем было показано, что цикл трикарбоновых кислот является тем центром, в котором сходятся практически все метаболические пути.

Таким образом, цикл Кребса– общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.

Образовавшаяся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях  ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательны реакций. Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образования лимонной кислоты (цитрата).

Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и двух декарбоксилирований (отщепление СО 2 ) теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (четырехуглеродное соединение), т.е. в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО 2  и Н 2 О, а молекула оксалоацетата регенерируется. Рассмотрим все восемь последовательных реакций (этапов) цикла Кребса.

  Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Первая реакция катализируется ферментом и цитратсинтазой, при этом ацетильная группа

ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом,

в результате чего образуется лимонная кислота:

В данной реакции в качестве промежуточного

продукта образуется связанный с ферментом

цитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и

необратимо гидролизуется с образованием цитрата и

HS-KoA.

В результате второй реакции  образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат).

Катализирует эти обратимые реакции гидратации –

дегидратации фермент аконитатгидратаза

(аконитаза). В результате происходит

взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата:

Третья реакция , лимитирует скорость цикла

Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в

присутствии НАД-зависимой

изоцитратдегидрогеназы .

В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом, которому в

качестве специфического активатора

необходим АДФ.

Кроме того, фермент для проявления

своей активности нуждается в ионах Mg 2+ или

Мn 2+ .

Во время четвертой реакции  происходит окислительное декарбокси-лирование α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения сукцинил-КоА.

Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс.

Как в одном, так и в другом случае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД +

Пятая реакция  катализируется ферментом

сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе

этой реакции сукцинил-КоА при участии ГТФ

и неорганического фосфата превращается в янтарную

кислоту (сукцинат). Одновременно происходит

образование высокоэргической фосфатной связи ГТФ

за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

В результате шестой реакции  сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД.

В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной.

Седьмая реакция  осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат).

Следует отметить, что фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью – в ходе реакции образуется L-яблочная кислота:

Наконец, в ходе восьмой реакции цикла

трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной НАД- зависимой малатдегидрогеназы происходит о

кисление L-малата в оксалоацетат:

Как видно, за один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций , происходит полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД +  и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова окисляться.

Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий.

Таким образом можно выделить важнейшие

функции данного цикла:

• энергетическая;
• анаболическая (синтез органических веществ – аминокислот, жирных белков и т.д.);
• катаболическая: превращение некоторых веществ в катализаторы – элементы, способствующие выработке энергии;
• транспортная, в основном происходит транспортировка водорода, участвующего в дыхании клеток.