Ферментативні реакції циклу трикарбонових кислот

1.Утворення лимонної кислоти (цитрату) за рахунок конденсації ацетил-КоА з щавлевооцтовою кислотою (оксалоацетатом)

Реакція каталізується ферментом цитратсинтазою. Вона є регуляторним ферментом, активність якого гальмується АТФ, НАДН, сукциніл-КоА та довголанцюговими ацил-КоА.

2.Перетворення (ізомеризація) цитрату на ізоцитрат.

Реакція каталізується ферментом аконітазою і складається з двох етапів

3.Дегідрування та декарбоксилювання ізоцитрату.

Реакція каталізується НАД- залежною ізоцитратдегідрогеназою і призводить до утворення α-кетоглутарової кислоти (α-кетоглутарату). Ізоцитратдегідрогеназа є регуляторним ферментом, позитивний модулятор якого — АДФ, негативний — НАДН.

4. Окислення α-кетоглутарату до сукцинату.

Цей процес відбувається у дві стадії:

4.1. Окислювальне декарбоксилювання α-кетоглутарату з утворенням сукциніл-КоА

Каталізується мультиензимним α-кетоглутаратдегідрогеназним комплексом. НАДН, що утворився в цій реакції, окислюється в дихальному ланцюзі мітохондрій із генерацією 3 молекул АТФ. α-кето- глутаратдегідрогеназний комплекс має у своєму складі коферменти тіаміндифосфат (ТДФ), ліпоєву кислоту (ЛК), КоА, НАД+ та ФАД.

4.2. Деацилювання сукциніл-КоА (перетворення на янтарну кислоту (сукцинат).

Реакція каталізується ферментом сукцинілтіокіназою.

Потім ГТФ передає свою кінцеву фосфатну групу на АДФ у нуклеозидфосфокіназній реакції з утворенням АТФ

5. Окислення янтарної кислоти до фумарової кислоти (фумарату).

Реакція каталізується ФАД-залежним ферментом сукцинатдегідрогеназою.

6. Перетворення фумарової кислоти на яблучну кислоту (малат) внаслідок приєднання до фумарату молекули води.

Реакція каталізується ферментом фумарат-гідратазою (фумаразою)

7. Окислення малату до оксалоацетату (щавлевооцтової кислоти).

Реакція каталізується НАД-залежним ферментом — малатдегідрогеназою мітохондрій.

Малатдегідрогеназна реакція завершує цикл трикарбонових кислот. Оксалоацетат, який є продуктом даної реакції, здатний до взаємодії з новими молекулами ацетил-КоА.

Біохімічні функції циклу Кребса. Цикл Кребса виконує в організмі людини такі найважливіші біохімічні функції:
а) інтегративну - цикл Кребса об'єднує шляхи розпаду вуглеводів, ліпідів і білків
б) амфіболічну - цикл Кребса виконує подвійну функцію: катаболічну, оскільки у ньому проходить розпад ацетил-КоА, і анаболічну, оскільки субстрати циклу Кребса використовуються для синтезу інших речовин.
в) енергетичну - в ході реакцій циклу Кребса утворюється одна молекула ГТФ на рівні субстрату (сукциніл-КоА- синтетазна реакція);
г) водневодонорна — цикл Кребса є основним генератором гідрогену для дихального ланцюга мітохондрій. У циклі Кребса утворюється 4 пари атомів гідрогену, три із яких з’єднані з НАД+ і одна з ФАД.

20. Енергетичний баланс циклу трикарбонових кислот. Фізіологічне значення реакцій ЦТК.

Енергетичний баланс циклу трикарбонових кислот
Біохімічний підсумок циклу трикарбонових кислот полягає в утворенні двох молекул СО2 (в ізоцитратдегідрогеназній та α-кетоглутаратдегідрогеназній реакціях) та чотирьох пар атомів водню, три з яких акцептуються НАД+ та одна — ФАД. Відновлені коферменти окислюються в дихальному ланцюзі мітохондрій, утворюючи за рахунок окисного фосфорилювання по 3 молекули АТФ на кожну молекулу НАДН і по 2 молекули АТФ на кожну молекулу ФАДН2. Крім того, одна молекула АТФ утворюється в субстратному фосфорилюванні при перетворенні сукциніл-КоА в сукцинат. Таким чином, при повному окисленні однієї молекули ацетил-КоА до СО2 та Н2О в циклі трикарбонових кислот генерується 12 молекул АТФ.

Фізіологічне значення реакцій ЦТК: біосинтез амінокислот, ЖК, холестерину, порфіринів, глюкози, розклад та окислення амінокислот тощо.

21.. Субстратне фосфорилювання ЦТК

Субстратне фосфорилювання - процес синтезу АТФ, який відбувається як результат окиснення субстратів без участі дихального ланцюга мітохондрій. У цьому разі перетворення субстрату в продукт супроводжується фосфорилюванням АДФ з утворенням АТФ. В організмі є три реакції субстратного фосфорилювання (дві – в гліколізі, одна – в ЦТК). Кожна з цих реакцій супроводжується утворенням лише одної молекули АТФ. Одна молекула АТФ утворюється в субстратному фосфорилюванні при перетворенні сукциніл-КоА в сукцинат.

22. Реакції біологічного окислення; типи реакцій (дегідрогеназні, оксидазні, оксигеназні) та їх біологічне значення. Тканинне дирхання.

Типи реакцій біологічного окислення:

1. Реакції, пов’язані з передаванням субстратом, що окислюється, певному акцептору, водню. Реакції такого типу називаються реакціями дегідрування, а ферменти, що їх каталізують — дегідрогеназами SH2 + A= S + AH. Коферментами дегідрогеназ є такі сполуки: НАД+ та НАДФ+, ФАД та ФМН. Залежно від хімічної природи акцептора, з яким взаємодіють дегідрогенази, реакції дегідрування поділяють на такі класи: анаеробні дегідрогенази SH2 + R= S + RH2, аеробні дегідрогенази, або оксидази SH2 + O2 =S + H2 O2.

2. Реакції, що відбуваються з передаванням від субстрату до акцептора електронів Se– + A = S + Ae–. Реакції такого типу каталізуються цитохромами дихального ланцюга мітохондрій.

3. Реакції, що полягають у безпосередньому приєднанні до субстрату, який окислюється, одного або двох атомів кисню. Такі реакції дістали назву оксигеназних, а відповідні ферменти, що їх каталізують, — оксигеназ S + O2= SO2, SH + 1/2 O2= S–OH.

Монооксигеназні реакції каталізуються цитохромом Р-450 і лежать в основі окислювального гідроксилювання багатьох гідрофобних субстратів екзогенного та ендогенного походження (мікросомальне окислення). До діоксигеназних належать реакції перекисного окислення ліпідів, тобто ненасичених жирних кислот, що входять до складу ліпідів природного походження.

Тканинне дихання

Реакції біологічного окислення складають молекулярну основу тканинного дихання — поглинання О2 живими тканинами, яке є інтегральним фізіологічним показником інтенсивності перебігу в них окислювально-відновлювальних процесів. Джерелом кисню для цього процесу є О2. У результаті тканинного дихання, яке відбувається в мітохондріях, атоми кисню включаються в молекулу води, а вуглець біоорганічних сполук, що окислюються, виділяється у формі двоокису вуглецю. Саме мітохондріальне дихання є біохімічною основою утворення та акумуляції вільної хімічної енергіі, яка використовується у ендергонічних процесах.

23.. Ферменти біологічного окислення в мітохондріях: піридин-, флавін-залежні дегідрогенази, цитохроми.

ФЕРМЕНТИ БІОЛОГІЧНОГО ОКИСЛЕННЯ

1. Дегідрогенази, залежні від нікотинамідних коферментів.

Коферментами цих дегідрогеназ є нуклеотиди НАД+ або НАДФ+, у структурі молекул яких міститься похідне піридину — нікотинамід. Зв’язок між НАД+ (або НАДФ+) та білковою частиною ферменту у складі піридинзалежних дегідрогеназ нестійкий: він утворюється та руйнується в процесі каталітичного циклу. Активною структурою в молекулі НАД+ або НАДФ+, що акцептує відновлювальні еквіваленти від субстрату, є піридинове кільце никотинаміду. У ході ферментативної реакції субстрат відщеплює два атоми водню, один з яких у формі гідрид-іону приєднується до піридинового кільця НАД(Ф) +, а другий у вигляді протону надходить у реакційне середовище.

НАД-залежні дегідрогенази — ці ферменти каталізують окислювально- відновлювальні реакції, що містяться на окислювальних шляхах метаболізму — гліколізу, циклу лимонної кислоти, β-окислення жирних кислот, окисного дезамінування амінокислот, дихального ланцюга мітохондрій.

НАДФ-залежні дегідрогенази — ці ферменти беруть участь у процесах від- новлювального синтезу, що відбуваються в цитозолі, зокрема постачають атоми водню при синтезі жирних кислот та стероїдів. Головним джерелом відновленого НАДФ є дегідрогеназні реакції пентозофосфатного шляху окислення глюкози.