Ciclul acidului citric - centrul metabolismului

citric

Definiția ciclului acidului citric

Ciclul acidului citric (cunoscut și sub numele de ciclul Krebs, ciclul acidului citric sau ciclul acidului tricarboxilic) este un proces metabolic ciclic. Are loc în spațiul matricial al mitocondriilor și joacă un rol important pentru Anabolism (Construcții) și Catabolism (Demontare).

Pe ciclu de reacție 1 acetil-CoA la 2 CO2 convertit. Energia rezultată este fixată sub formă de 3 NADH + H +, 1 FADH2 și 1 GTP. Electronii din NADH + H + și FADH2 sunt utilizați în lanțul respirator pentru sinteza ATP.

Funcțiile ciclului acidului citric

Ciclul acidului citric este cunoscut ca „centrul metabolismului intermediar”, deoarece joacă un rol central în multe căi metabolice. Cu toate acestea, funcția sa cea mai importantă este aceea Achiziționarea de electroni pentru lanțul respirator prin oxidarea acetil-CoA.

Acetil-CoA necesar este produs de β-oxidarea acizilor grași si decarboxilarea oxidativă de rezultată din glicoliză Piruvat. Dar unii aminoacizi precum izoleucina, leucina și triptofanul sunt, de asemenea, defalcați în acetil-CoA.

Ciclul acidului citric are și alte funcții importante:

  • El reprezintă ruta finală pentru Defalcarea aminoacizilor care nu sunt defalcate în acetil-CoA sau piruvat.
  • El livrează Materiale de pornire pentru noua sinteză a aminoacizilor, ca oxaloacetat pentru aspartat.
  • Prin ramificarea produselor de reacție din ciclul acidului citric, pot fi alimentate alte căi metabolice: citrat pentru Sinteza acizilor grași, Oxaloacetat pentru asta Gluconeogeneză sau succinil-CoA pentru formarea acidului δ-aminolevulinic ca materie primă pentru Sinteza hemului.

Etape de reacție ale ciclului acidului citric

Chiar dacă este dificil, merită să învățați în detaliu aceste etape individuale, inclusiv formulele structurale respective, pentru Physikum, deoarece acestea apar adesea la examenul oral și scris.

Imagine: „Ciclul citratului” de Yikrazuul. Licență: CC BY 3.0

Pasul 1: Acetil-CoA + oxaloacetat → citrat

Citrat sintază catalizează transferul de acetil-CoA la oxaloacetat cu formarea citratului. Se introduce H2O și se separă coenzima A, legătura tioesterică de înaltă energie a acetil-CoA fiind despărțită prin intermediul hidrolizei.

Pasul 2: citrat → izocitrat

Aconit hidratază, numită și aconitază, transformă citratul în izocitrat. Prin mutarea unui grup OH, alcoolul terțiar devine un alcool secundar. Produsul intermediar al izomerizării se numește cis-aconitat.

Pasul 3: izocitrat → α-cetoglutarat

Izocitrat dehidrogenază catalizează oxidarea dependentă de NAD + a izocitratului. Aceasta creează produsul intermediar instabil oxalucinat, care apoi se decarboxilează spontan la succinil-CoA. În această etapă de reacție, prima reacție de oxidare la fel de bine ca prima decarboxilare ciclului acidului citric în schimb - cu formarea de 1 NADH + H + și eliberarea de CO2.

Pasul 4: α-cetoglutarat → succinil-CoA

α-cetoglutarat dehidrogenază este un complex enzimatic mare, care este foarte asemănător cu piruvatul dehidrogenază. Avea nevoie pentru asta decarboxilarea oxidativă de la α-cetoglutarat la succinil-CoA următorii cofactori: tiamină pirofosfat, liponamidă, coenzima A, FAD și NAD +. Aceasta CO2 și încă 1 NADH + H sunt produse din nou + pentru lanțul respirator.

Dacă există un deficit de tiamină (de exemplu din cauza malnutriției în alcoolism), Encefalopatie Wernicke, întrucât atât a-cetoglutaratul, cât și piruvatul dehidrogenază sunt dependente de tiamină ca cofactor. Dacă aceste două enzime nu mai funcționează corect, glutamatul se acumulează și utilizarea glucozei este redusă, ceea ce duce în cele din urmă la deteriorarea celulelor cerebrale.

Pasul 5: Succinil-CoA → succinat + CoA + GTP

Hidroliza legăturii tioester de mare energie a succinil-CoA este catalizată de enzimă Succinil-CoA sintetaza. Coenzima A a fost separată, astfel încât succinatul este acum prezent. Energia eliberată este obișnuită 1 GTP a sintetiza - de asemenea Fosforilarea lanțului de substrat numit.

Dacă transferați un grup fosfat al GTP către ADP, veți obține ATP: GTP + ADP → PIB + ATP. Cu toate acestea, această reacție nu face parte din ciclul acidului citric.

Pasul 6: succinat → fumarat + FADH2

Dependentul FAD Succinat dehidrogenază efectuează oxidarea succinatului la fumarat. Acest lucru se întâmplă cu formarea unei duble legături și eliberarea de 1 FADH2.

O caracteristică importantă este că Succinat dehidrogenază deoarece singura enzimă a ciclului acidului citric nu este prezentă liber în spațiul matricei, ci este ancorată în membrana mitocondrială internă. Acest lucru îi permite să-și alimenteze electronii FADH2 direct în lanțul respirator și este numit apoi complex II.

Pasul 7: fumarat + H2O → malat

Adăugarea de apă pentru fumarat catalizează Fumarat hidratază - numită și fumarază - și duce la formarea malatului.

Pasul 8: malat → oxaloacetat

Dependentul NAD + Malat dehidrogenază oxidează malatul în oxaloacetat, care este apoi utilizat din nou ca substrat pentru etapa 1 a ciclului acidului citric. Acest lucru creează 1 NADH + H + pentru lanțul respirator.

Bilanțul energetic al ciclului acidului citric

În lanțul respirator, o.g. Randamentul ciclului acidului citric următoarele valori energetice:

  • 1 NADH + H + se va face la aproximativ 2,5 ATP.
  • 1 FADH2 este implementat la aproximativ 1,5 ATP.

Pentru fiecare ciclu al ciclului acidului citric, o energie fixă ​​este generată de: 7,5 ATP de la 3x NADH + H + + 1,5 ATP de la 1 FADH2 + 1 ATP de la 1 GTP (ca echivalent energetic) - care rezultă într-o sumă de aproximativ 10 ATP.

În literatura mai veche, randamentul energetic al NADH + H + și FADH2 a fost supraestimat, astfel încât nu trebuie confundat atunci când citim ceva despre un randament total de 12 molecule de ATP.

Memento pentru ciclul acidului citric

Următoarele Memorandum vă ajută să memorați etapele ciclului acidului citric:

  • Citriceonen = Citrla
  • eum = I.socitrat
  • Koma = (α)-Ketoglutatrat
  • ind = S.uccinyl-CoA
  • uper = S.uccinat
  • für = F.umarat
  • munul = M.alat
  • OmA = Oxalacetat, A.cetil-CoA

Reglarea ciclului acidului citric

Ciclul acidului citric este reglementat în mare măsură de următorii trei factori:

  1. Dem Oferta de substraturi, aceasta include și cofactorii NAD + și FAD
  2. Dem Acumularea produselor
  3. Inhibare prin feedback

Tabelul următor arată în ce măsură enzimele individuale ale ciclului acidului citric sunt activate sau inhibate:

enzimă Activare de Inhibare de
Citrat sintază ADP, oxaloacetat, acetil-CoA (și, prin urmare, activitate ridicată a piruvatului DH) Citrat, NADH + H +, ATP, succinil-CoA
Izocitrat dehidrogenază ADP, Ca 2+ ATP, NADH + H +
α-cetoglutarat dehidrogenază Aproximativ 2+ Succinil-CoA, NADH + H +
Succinat dehidrogenază Succes Oxaloacetat

Pe lângă Piruvat dehidrogenază pare a fi legătura dintre glicoliză și ciclul acidului citric Izocitrat dehidrogenază să aibă cel mai mare impact asupra activității ciclului acidului citric.

Deoarece ciclul acidului citric sintetizează și produse intermediare care sunt necesare pentru alte căi metabolice, trebuie să se asigure că reacțiile individuale ale ciclului au loc chiar dacă ciclul general este inhibat. Prin urmare, există pentru ciclul acidului citric nu o enzimă cheie. Hormonii nu au nicio influență directă asupra enzimelor ciclului acidului citric.

Reacții anaplerotice

Sunt reacții anaplerotice Căi metabolice care servesc la alimentarea ciclului acidului citric, astfel încât acesta să nu rămână fără substraturile necesare. Pentru a ilustra: Dacă corpul face în prezent o mulțime de gluconeogeneză și astfel atrage o mulțime de oxaloacetat din ciclul acidului citric, ar lipsi acum oxaloacetat pentru prima etapă de reacție (acetil-CoA + oxaloacetat → citrat).

Pentru ca această situație care pune viața în pericol să nu apară, există reacțiile anaplerotice. Este relevant pentru test Reacție piruvat carboxilază: piruvat + CO2 + ATP ↔ oxaloacetat + ADP + P. Enzima piruvat carboxilază catalizează astfel conversia piruvatului și a dioxidului de carbon în oxaloacetat în timp ce consumă ATP și asigură astfel că oxaloacetatul este întotdeauna disponibil ca substrat pentru ciclul acidului citric.

Ciclul acidului citric ca centru amfibolic al metabolismului intermediar

În primul rând, apare întrebarea: „Ce înseamnă amfibol?”. Se vorbește despre amfibol, când căile metabolice sunt atât catabolice, cât și anabolice.

Metabolismul aminoacizilor: Mulți aminoacizi sunt defalcați în substraturi ale ciclului acidului citric, dar servesc și ca substraturi pentru sinteza altor aminoacizi, de ex. B. pentru sinteza aminoacizilor neesențiali precum Glutamat și Aspartat. Glutamatul este creat de un Transaminare de la α-cetoglutarat și aspartat printr-o transaminare a oxaloacetatului.

Metabolismul carbohidraților: Pe de o parte, glicoliza curge în ciclul acidului citric prin legătura piruvat dehidrogenază și, pe de altă parte, oxaloacetatul este un substrat pentru gluconeogeneză. Nu trebuie uitat niciodată în acest moment că, din cauza ireversibilității Reacție piruvat dehidrogenază acetil-CoA în sine nu poate servi niciodată ca substrat pentru gluconeogeneză.

Acizi grași și steroizi: Cu acetil-CoA, β-oxidarea oferă substratul inițial al ciclului acidului citric și, în același timp, citratul este utilizat pentru sinteza acizilor grași și a colesterolului sau a steroizilor.

Nu uitați că Sinteza porfirinelor sau hemului depinde de ciclul acidului citric, și anume produsul său intermediar succinil-CoA.

Întrebări populare de examen despre ciclul acidului citric

Soluțiile pot fi găsite sub referințe.

1. Unele enzime din ciclul acidului citric folosesc NAD + ca coenzimă. Care constelație este corectă?

  1. Izocitrat dehidrogenază, succinat dehidrogenază, malat dehidrogenază
  2. Izocitrat dehidrogenază, α-cetoglutarat dehidrogenază, malat dehidrogenază
  3. Toate dehidrogenazele ciclului acidului citric
  4. Aconitază, succinat dehidrogenază, α-cetoglutarat dehidrogenază
  5. Izocitrat dehidrogenază, succinil-CoA sintetază, succinat dehidrogenază

2. Ce nu este un cofactor al a-cetoglutaratului dehidrogenazei?

  1. NAD +
  2. MOFT
  3. Coenzima A
  4. Mg 2+
  5. Tiamina

3. Care afirmație despre ciclul acidului citric este greșită?

  1. Ciclul acidului citric are loc în spațiul matricial al mitocondriilor.
  2. A-cetoglutaratul dehidrogenază este enzima cheie a ciclului acidului citric.
  3. ATP nu se formează în ciclul acidului citric.
  4. Hormonii nu joacă niciun rol direct în reglarea ciclului acidului citric.
  5. Se mai numește și ciclul Krebs.

umfla

Rassow, Hauser, Netzker, Deutzmann: Seria Dual Biochimie, ediția a II-a, Thieme-Verlag

M. Königshoff, T. Brandenburger: Scurt manual de biochimie, ediția a III-a, Thieme-Verlag

Fung, Althaus, Poth: Fapte Prima examinare medicală, ediția I, Urban & Fischer

Eggemann, Isabel: seria de scripturi MEDI-LEARN biochimie 1, metabolism energetic, ediția a II-a, MEDI-LEARN Verlag

Soluții la întrebări: 1B, 2D, 3B