Cхема цикла Кребса － это основная часть катаболических процессов, протекающих внутри клеток у человека и животных. Остаточные ацетильные продукты жизнедеятельности окисляются до уровня диоксида углерода.
В течение одного цикла формируется 2 молекулы СО2, а внутриклеточные электроны перенаправляются на дыхательную цепь, где под действием окислительной реакции фосфорилирования синтезируется АТФ. Аналогичный процесс энергетического обмена наблюдается у растений в момент фотосинтеза.
СОДЕРЖАНИЕ
Что такое цикл Кребса, где происходит
Цикл Кребса (ЦК) － это комплекс химических реакций по преобразованию и расщеплению трикарбоновых кислот, во время которого осуществляется дыхание всех клеток человеческого организма. Данный процесс считается промежуточной стадией между электротранспортной цепью и гликолизом, а также содержит пересечение нескольких путей активного метаболизма.
Окислительное фосфорилирование с превращением молекул лимонной кислоты внутри живых клеток, поглощающих кислород, впервые было изучено биохимиком немецкого происхождения Хансом Кребсом в 1953 г., за что вместе со своим коллегой Ф. Липманом, он стал лауреатом Нобелевской премии.
Ученым удалось доказать, что энергетический выход АТФ, реакции дегидрирования, субстратное фосфорилирование протекают в митохондриях клеток эукариотов. У большинства бактериальных микроорганизмов подобные биохимические процессы происходят в цитозоле.
На начальном этапе цикла трикарбоновых кислот химическое вещество ацетил-КоА делится своей ацетильной группой с четырех углеродной щавелево-уксусной кислотой. В результате этой реакции образуется цитрат шестиуглеродного типа.
Ацетил-КоА － это продукт внутриклеточного окисления глюкозы, липидных кислот и протеиновых аминокислот. Цитрат, образующийся во время ЦК, изомерируется в новый метаболит － изоцитрат. Это вещество подвергается дегидратации и декарбоксилации до состояния пятиуглеродной кислоты (альфа-кетоглутарата).
Функции цикла Кребса
В ходе цикла Кребса образуется жизненно необходимая энергия для работы всего организма. В таблице ниже описаны функции циклического процесса по преобразованию и расщеплению трикарбоновых кислот.
| Функции цикла Кребса | Характеристика биохимического процесса |
| Интегративная | Выполняет роль связующего звена между химическими реакциями анаболизма и катаболизма с образованием активных метаболитов. |
| Катаболическая | Во время ЦК ацетильные остатки внутри клеток подвергаются окислению до уровня конечных продуктов, которые выполняют функцию энергетически емких молекул. Например, биохимические вещества глицерол, протеиновые аминокислоты, глюкоза, липидные кислоты. |
| Анаболическая | Субстраты цикла Кребса являются основой для биохимического синтеза молекул новых веществ, способных превращаться в сукцинил-КоА, щавельную кислоту, сложные аминокислоты, глюкозу. |
| Водороддонорная | В процессе ЦК равномерно распределяются субстраты, необходимые для дыхательной цепи клетки. Это НАД-зависмые продукты, сукцинат, изоцитрат и альфа-кетоглутарат, малат. |
| Энергетическая | В цикле Кребса образуется биохимическое вещество сукцинил-КоА, участвующее в субстратном фосфорилировании с синтезом 1 молекулы макроэрга. Не менее 4 дегидрогеназных химических реакций создают внутри клетки мощный импульс заряженных электронов, обогащенных жизненной энергией. Эти электроны направляются в структуру дыхательной цепи мембраны митохондрий. Конечным звеном биохимического взаимодействия электронов является кислород, во время контакта с которым выделяется объем энергии, позволяющий сформировать 9 полноценных молекул АТФ |
Ферменты цикла Кребса постоянно пополняются за счет реализации анаболической функции. Биохимические реакции анаплеротического типа обеспечивают круглосуточное восполнение субстратов, необходимых для преобразования и расщепления трикарбоновых кислот, восстановления численного количества молекул АТФ.
Метаболизм веществ
Регуляция цикла Кребса в части внутриклеточного обмена веществ происходит путем ингибирования первого фермента в форме цитратсинтазы липидными кислотами.
Катализация биохимических реакций, связанных с метаболизмом веществ, обеспечивается лимитирующим ферментом, функцию которого выполняет соединение изоцитратДГ. Этот компонент активирует АДФ и ингибирует молекулы АТФ.
Когда клетка человека находится в состоянии покоя, скорость метаболических процессов и цикла Кребса снижается. В моменты активного распада молекул АТФ под действием физических нагрузок активируется скорость внутриклеточного обмена веществ и цикла трикарбоновых кислот.
Клеточное дыхание
Роль цикла Кребса в обеспечении клеточного дыхания － это участие в процессе окисления молекул водорода соединениями кислорода до состояния воды с применением ферментов дыхательной цепи. Первая реакция биохимического процесса имеет следующую формулу:
- 2Н2+2Н2О+Е (на этой стадии фотолиза воды происходит выделение энергии в 230 кДж/моль).
Продукты цикла Кребса в дыхательной цепи － это последовательный ряд транспортировщиков электронов на молекулы кислорода, локализованный внутри мембран митохондрий. Обеспечение функции клеточного дыхания и роль биохимических переносчиков выполняют следующие вещества:
- протоны и электроны;
- атомы меди и оксида железа в структуре цитохромов;
- железосерные протеины;
- убихинон, являющийся жирорастворимым транспортировщиком электронов;
- активная форма витамина В2.
Целью клеточного дыхания в ЦК является проведение окислительной реакции с выделением эндогенной воды. Обогащение тканей кислородом обеспечивается фосфорилированием.
Стадии и реакции цикла Кребса
В таблице ниже перечислены основные этапы цикла Кребса.
| Стадии цикла трикарбоновых кислот | Характеристика биохимического процесса |
| Стадия 1. Синтез цитрат-иона | Первая биохимическая реакция с необратимой конденсацией ацетил-КоА, взаимодействием с оксалоацетатом и образованием цитрата. |
| Стадия 2. Создание изоцитрата посредством цис-аконитата | Ферментное вещество аконитаза изомеризирует цитрат путем его катализации с образованием промежуточного соединения в виде цис-аконитата. |
| Стадия 3. Окисление изоцитрата | Происходит катализация изоцитратдегидрогеназы с помощью окислительного декарбоксилирования с появлением нового вещества альфа-кетоглутарат. |
| Стадия 4. Окисление альфа-кетоглутарата | Трикарбоновые кислоты подвергаются окислительному декарбоксилированию, в процессе которого альфа-кетоглутарат преобразовывается в сукцинил КоА и углекислый газ. |
| Стадия 5. Преобразование сукцинила-КоА в вещество сукцинат | Объем энергии, которая выделяется в процессе распада тиоэфирной связи, используется во время построения фосфоангидридной цепи. На этой стадии сукцинил-КоА преобразовывается в биологически активное вещество сукцинат. |
| Стадия 6. Процесс окисления сукцината до уровня фумарата | Под влиянием ферментного вещества флавопротеин сукцинатдегидрогеназа сукцинат окисляется в вещество фумарат. |
| Стадия 7. Начало гидратации фумарата | Запускается обратимый процесс гидратации фумарата с синтезом L-малата. Катализация происходит с использованием ферментного вещества фумараза. |
| Стадия 8. Окисление малата | Последняя реакция цикла Кребса, когда биохимическое соединение L-малат, катализируется до уровня оксалоацетата. |
Прохождение вышеперечисленных стадий ЦК невозможно без окислительных свойств ферментных веществ, которые выступают аллостерическими ингибиторами биохимических реакций.
Стих Цикл Кребса
Значение и биологическая роль цикла Кребса
Чтобы разъяснить важное значение цикла Кребса, достаточно ответить на следующие вопросы:
- Сколько АТФ образуется в цикле Кребса?
Во время прохождения всех стадий ЦК образует 9 молекул АТФ.
- Какова роль ферментативного конвейера цикла Кребса?
Научно доказано, что ферментативный конвейер цикла Кребса принимает участие в окислительных реакциях.
- Какие химические реакции составляют основу цикла Кребса?
В основе цикла трикарбоновых кислот лежат катаболические и анаболические реакции окислительного типа.
- Каков результат цикла Кребса?
Финальным результатом ЦК является генерация внутриклеточной энергии, осуществление дыхания клеток, успешное завершение метаболических процессов.
- Метаболиты цикла Кребса?
Основными метаболитами ЦК являются биологически активные вещества, которые подвергаются многократным окислительным реакциям на разных стадиях преобразования и расщепления трикарбоновых кислот.
Цикл Кребса объединяет окислительные и неокислительные стадии, на которых происходит образование энергетически емких молекул АТФ, протекают окислительные реакции, расщепляются липидные кислоты, протеиновые аминокислоты и глюкоза. Дыхание клеток, поглощающих кислород, обеспечивается данным циклом трикарбоновых кислот.
