Bioquímica do esquema do ciclo de Krebs. Ciclo de Krebs, papel biológico, reações básicas. Enzimas do ciclo de Krebs. Reações do ciclo de Krebs

Ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs)

Ciclo do ácido tricarboxílico foi descoberto pela primeira vez pelo bioquímico inglês G. Krebs. Ele foi o primeiro a postular a importância desse ciclo para a combustão completa do piruvato, cuja principal fonte é a conversão glicolítica. carboidratos. Mais tarde, foi demonstrado que o ciclo dos tricarboxílicos ácidosé o centro onde convergem quase todas as vias metabólicas. Por isso, ciclo de Krebs- caminho final comum oxidação acetil grupos (na forma de acetil-CoA), nos quais é convertido no processo catabolismo a maioria dos orgânicos moléculas, desempenhando o papel de "celular combustível»: carboidratos, ácidos graxos E aminoácidos.

Formado como resultado da oxidação descarboxilação piruvato em mitocôndria acetil-CoA entra ciclo de Krebs. Este ciclo ocorre na matriz mitocôndria e é composto por oito reações sucessivas(Fig. 10.9). O ciclo começa com a adição de acetil-CoA ao oxaloacetato e a formação Ácido Cítrico (citrato). Então ácido de limão(composto de seis carbonos) por uma série desidrogenação(Levando embora hidrogênio) e dois descarboxilações(clivagem de CO 2) perde dois carbonos átomo e novamente em ciclo de Krebs transforma-se em oxaloacetato (composto de quatro carbonos), ou seja, como resultado de uma volta completa do ciclo um molécula acetil-CoA queima em CO 2 e H 2 O, e molécula oxaloacetato é regenerado. Considere todos os oito reações sucessivas(estágios) ciclo de Krebs.

Arroz. 10.9.Ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs).

Primeiro reação catalizado enzima cit-rat-sintase, enquanto acetil o grupo acetil-CoA condensa com oxaloacetato, resultando na formação de ácido de limão:

Aparentemente, neste reações associado com enzima citril-CoA. Em seguida, este último se hidrolisa espontânea e irreversivelmente para formar citrato e HS-KoA.

Como resultado do segundo reações formado ácido de limão sofre desidratação com a formação de cis-aconítico ácidos, que, ao adicionar molécula água, entra em ácido isocítrico(isocitrato). Catalisa esses reversíveis reações hidratação-desidratação enzima aconitato hidratase (aconitase). Como resultado, há um movimento mútuo de H e OH em molécula citrato:

Terceiro reação parece limitar a velocidade ciclo de Krebs. ácido isocítrico desidrogenado na presença de isocitrato desidrogenase dependente de NAD.

Durante a isocitrato desidrogenase reações ácido isocítrico simultaneamente descarboxilados. A isocitrato desidrogenase dependente de NAD é alostérica enzima, que como um específico ativador necessário ADP. Além do mais, enzima para expressar o seu atividade precisa de íons Mg 2+ ou Mn 2+ .

durante o quarto reações descarboxilação oxidativa de α-cetoglutárico ácidos com a formação de um composto de alta energia succinil-CoA. O mecanismo deste reações semelhante a isso reações oxidativo descarboxilação piruvato em acetil-CoA, o complexo α-cetoglutarato desidrogenase se assemelha ao complexo piruvato desidrogenase em sua estrutura. Tanto em um como no outro caso, reações participe 5 coenzimas: TPP, amida ácido lipoico, HS-KoA, FAD e NAD+.

Quinto reação catalizado enzima succinil-CoA-sintetase. durante este reações succinil-CoA com a participação de GTP e fosfato inorgânico torna-se em ácido succínico (succinato). Ao mesmo tempo, a formação de uma ligação fosfato de alta energia do GTP ocorre devido à ligação tioéter de alta energia do succinil-CoA:

Como resultado, o sexto reações succinato desidratado em ácido fumárico. Oxidação succinato catalizado succinato desidrogenase, V molécula que desde proteína firmemente (covalentemente) ligado coenzima MANIA. Por sua vez succinato desidrogenase fortemente associado com a mitocôndria interna membrana:

sétimo reação realizada sob a influência enzima fumarato hidratase ( fumarases). Formado ao mesmo tempo ácido fumárico hidratado, produto reaçõesé ácido de maçã(malato). Deve-se notar que fumarato hidratase tem estereoespecificidade(ver capítulo 4) – durante reações L-maçã é formado ácido:

Finalmente, durante o oitavo reações ciclo do ácido tricarboxílico sob a influência de NAD-dependente mitocondrial malato desidrogenase indo oxidação L-malato para oxaloacetato:

Como pode ser visto, em uma volta do ciclo, composto por oito enzimas reações, completo oxidação("combustão") de um moléculas acetil-CoA. Para a operação contínua do ciclo, é necessário um fornecimento constante de acetil-CoA ao sistema e coenzimas(NAD + e FAD), que passaram para o estado reduzido, devem ser oxidados repetidamente. Esse oxidação realizado no sistema transportador elétrons V cadeia respiratória(V cadeia respiratória enzimas) localizado em membrana mitocôndria. O FADH 2 resultante está fortemente associado ao SDH, então ele transmite átomos hidrogênio via KoQ. lançado como resultado oxidação A energia do acetil-CoA é amplamente concentrada nas ligações macroérgicas do fosfato. ATP. de 4 vapor átomos hidrogênio 3 casais transferir NADH para o sistema de transporte elétrons; contando com cada um casal no sistema biológico oxidação formou 3 moléculas ATP(durante a conjugação ), e no total, portanto, 9 moléculas ATP(ver capítulo 9). Um par átomos da succinato desidrogenase-FADH 2 entra no sistema de transporte elétrons através do KoQ, resultando em apenas 2 moléculas ATP. Durante ciclo de Krebs um também é sintetizado molécula GTP (substrato fosforilação), o que equivale a um molécula ATP. Então, em oxidação um moléculas acetil-CoA em ciclo de Krebs e sistema fosforilação oxidativa pode formar 12 moléculas ATP.

Se calcularmos o efeito energético total da clivagem glicolítica glicose e subseqüente oxidação dois emergentes moléculas piruvato em CO 2 e H 2 O, então será muito maior.

Como notado, um molécula NADH (3 moléculas ATP) é formado durante a oxidação descarboxilação piruvato em acetil-CoA. Ao dividir um moléculas glicose formado 2 moléculas piruvato, e oxidação até 2 moléculas acetil-CoA e subsequentes 2 voltas ciclo do ácido tricarboxílico sintetizado 30 moléculas ATP(por isso, oxidação moléculas piruvato a CO 2 e H 2 O dá 15 moléculas ATP). A este número devem ser adicionados 2 moléculas ATP formado durante aeróbico glicolise, e 6 moléculas ATP, sintetizado por oxidação 2 moléculas NADH extramitocondrial, que são formados durante oxidação 2 moléculas gliceraldeído-3-fosfato em desidrogenase reações glicolise. Assim, ao se dividir em tecidos um moléculas glicose de acordo com a equação C 6 H 12 O 6 + 6O 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, 38 é sintetizado moléculas ATP. Sem dúvida, em termos de energia, a divisão completa glicoseé um processo mais eficiente do que o anaeróbico glicolise.

Vale ressaltar que o 2 moléculas NADH no futuro com oxidação pode dar não 6 moléculas ATP, mas apenas 4. O fato é que eles mesmos moléculas NADH extramitocondrial não são capazes de penetrar através membrana dentro mitocôndria. No entanto, eles dão elétrons podem ser incluídos na cadeia mitocondrial de oxidação usando o chamado mecanismo de transporte de fosfato de glicerol (Fig. 10.10). O NADH citoplasmático primeiro reage com o diidroxiacetona fosfato citoplasmático para formar glicerol-3-fosfato. Reação catálise

Arroz. 10.10. Mecanismo de transporte de fosfato de glicerol. Explicação no texto.

é controlado pela glicerol-3-fosfato desidrogenase citoplasmática dependente de NAD:

Fosfato de diidroxiacetona + NADH + H +<=>Glicerol-3-fosfato + NAD +.

O glicerol-3-fosfato resultante penetra facilmente através da mitocôndria membrana. Dentro mitocôndria outra (mitocondrial) glicerol-3-fosfato desidrogenase (flavina enzima) oxida o glicerol-3-fosfato novamente a diidroxiacetona fosfato:

Glicerol-3-fosfato + FAD<=>Fosfato de diidroxiacetona + FADH 2.

restaurado flavoproteína(enzima-FADH 2) introduz ao nível de KoQ adquirido por ele elétrons na cadeia biológica oxidação e associado a ele fosforilação oxidativa, e o fosfato de diidroxiacetona sai de mitocôndria V citoplasma e pode novamente interagir com o NADH + H + citoplasmático. Por isso, par elétrons(de um moléculas NADH citoplasmático + H +), introduzido em cadeia respiratória usando um mecanismo de transporte de fosfato de glicerol, não dá 3, mas 2 ATP.

Arroz. 10.11. Sistema de transporte malato-aspartato para a transferência de equivalentes redutores do NADH citosólico para a matriz mitocondrial. Explicação no texto.

Posteriormente, foi demonstrado que esse mecanismo de transporte é usado apenas nos músculos esqueléticos e no cérebro para transferir equivalentes reduzidos do NADH + H + citosólico para mitocôndria.

EM células fígado, rins e coração, um sistema de transporte malato-como-partato mais complexo opera. A operação de tal mecanismo de transporte torna-se possível devido à presença malato desidrogenase e aspartato aminotransferases tanto no citosol como no mitocôndria.

Verificou-se que a partir de equivalentes reduzidos de NADH + H + citosólico, primeiro com a participação enzima malato desidrogenase(Fig. 10.11) são transferidos para oxaloacetato citosólico. Como resultado, forma-se o malato que, com a ajuda de um sistema que transporta ácidos dicarboxílicos, passa pelo interior membrana mitocôndria na matriz. Aqui, o malato é oxidado a oxaloacetato e a matriz NAD + é reduzida a NADH + H + , que agora pode transferir sua elétrons V cadeia respiratória enzimas, localizado no interior membrana mitocôndria. Por sua vez, o oxaloacetato resultante na presença de glutamato e enzima ASAT entra em reação transaminação. O aspartato e o α-cetoglutarato resultantes, com a ajuda de sistemas de transporte especiais, são capazes de passar membrana mitocôndria.

O transporte no citosol regenera o oxaloacetato, que desencadeia o próximo ciclo. Em geral, o processo inclui facilmente reversíveis reações, ocorre sem consumo de energia, sua "força motriz" é uma constante recuperação NAD + no citosol pelo gliceraldeído-3-fosfato, que é formado durante catabolismo glicose.

Portanto, se o mecanismo malato-aspartato funciona, como resultado da completa oxidação um moléculas glicose pode formar não 36, mas 38 moléculas ATP(Tabela 10.1).

Na tabela. 10.1 são dados reações, em que a formação de ligações de fosfato de alta energia ocorre durante catabolismo glicose, indicando a eficiência do processo em condições aeróbicas e anaeróbicas

Ministério da Educação da Federação Russa

Universidade Técnica do Estado de Samara

Departamento de Química Orgânica

Resumo sobre o tema:

"O CICLO DOS ÁCIDOS TRICABOXICOS (CICLO DE KREBS)"

Preenchido pelo aluno: III - NTF - 11

Eroshkina N.V.

Verificado.

Continuamos a analisar o ciclo de Krebs. No último artigo, falei sobre o que é em geral, por que o ciclo de Krebs é necessário e que lugar ele ocupa no metabolismo. Agora vamos descer para as reações reais deste ciclo.

Farei uma reserva imediatamente - para mim, pessoalmente, memorizar reações foi um exercício completamente inútil até que eu resolvesse as questões acima. Mas se você já descobriu a teoria, sugiro passar para a prática.

Você pode ver muitas maneiras de escrever o ciclo de Krebs. As opções mais comuns são assim:

Mas a maneira de escrever reações do bom e velho livro de bioquímica dos autores de Berezov T.T. parecia mais conveniente para mim. e Korovkina B.V.

O Acetil-CoA e o Oxaloacetato, já conhecidos por nós, combinam-se e transformam-se em citrato, ou seja, em Ácido Cítrico.

segunda reação

Agora pegamos o ácido cítrico e o transformamos em ácido isocítrico. Outro nome para esta substância é isocitrato.

Na verdade, essa reação é um pouco mais complicada, passando por um estágio intermediário - a formação do ácido cis-aconítico. Mas resolvi simplificar para que você se lembre melhor. Se necessário, você pode adicionar a etapa que falta aqui se lembrar de todo o resto.

Na verdade, os dois grupos funcionais foram simplesmente trocados.

terceira reação

Então, temos ácido isocítrico. Agora ele precisa ser descarboxilado (isto é, retirar o COOH) e desidratar (ou seja, retirar o H). A substância resultante é a-cetoglutarato.

Esta reação é notável pela formação do complexo HADH2. Isso significa que o transportador NAD capta o hidrogênio para iniciar a cadeia respiratória.

Gosto da versão das reações do Ciclo de Krebs no livro de Berezov e Korovkin precisamente porque os átomos e grupos funcionais que participam das reações são imediatamente visíveis.

quarta reação

Novamente, como funciona o relógio nicotinaAmideAdenineDinucleotide, ou seja ACIMA. Este glorioso portador aparece aqui, como na última etapa, para capturar o hidrogênio e transportá-lo para a cadeia respiratória.

A propósito, a substância resultante - succinil-CoA, não deve assustá-lo. Succinato é outro nome para o ácido succínico, bem conhecido desde os tempos da química bioorgânica. Succinil-Coa é uma combinação de ácido succínico com coenzima-A. Podemos dizer que este é um éster do ácido succínico.

quinta reação

Na última etapa, dissemos que o succinil-CoA é um éster do ácido succínico. E agora vamos conseguir nós mesmos ácido succínico, ou seja, succinato, de succinil-CoA. Um ponto extremamente importante: é nessa reação que fosforilação do substrato.

A fosforilação em geral (pode ser oxidativa e substrato) é a adição de um grupo de fósforo PO3 a GDP ou ATP para obter uma completa GTP, ou, respectivamente, ATP. O substrato difere porque esse mesmo grupo de fósforo é separado de qualquer substância que o contenha. Bem, simplesmente, é transferido de SUBSTRATO para HDF ou ADP. É por isso que é chamado de “fosforilação de substrato”.

Mais uma vez: no momento do início da fosforilação do substrato, temos uma molécula de difosfato - difosfato de guanosina ou difosfato de adenosina. A fosforilação consiste no fato de que uma molécula com dois resíduos de ácido fosfórico - GDP ou ADP é “completada” a uma molécula com três resíduos de ácido fosfórico para obter guanosina TRIfosfato ou adenosina TRIfosfato. Esse processo ocorre durante a conversão de succinil-CoA em succinato (isto é, em ácido succínico).

No diagrama você pode ver as letras F (n). Significa "fosfato inorgânico". O fosfato inorgânico passa do substrato para o GDP, de modo que os produtos da reação contenham GTP bom e de alto grau. Agora vamos ver a reação em si:

sexta reação

próxima transformação. Desta vez, o ácido succínico que recebemos na etapa anterior se transformará em fumarato observe a nova ligação dupla.

O diagrama mostra claramente como a reação está envolvida MANIA: Este incansável portador de prótons e elétrons capta o hidrogênio e o arrasta diretamente para a cadeia respiratória.

sétima reação

Já estamos na linha de chegada.

Ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs)

A penúltima etapa do ciclo de Krebs é a conversão do fumarato em L-malato. L-malato é outro nome ácido L-málico, familiar do curso de química bioorgânica.

Se você observar a reação em si, verá que, em primeiro lugar, ocorre nos dois sentidos e, em segundo lugar, sua essência é a hidratação. Ou seja, o fumarato simplesmente liga uma molécula de água a si mesmo, resultando em ácido L-málico.

oitava reação

A última reação do ciclo de Krebs é a oxidação do ácido L-málico a oxaloacetato, ou seja, a ácido oxaloacético. Como você entende, "oxaloacetato" e "ácido oxaloacético" são sinônimos. Você provavelmente se lembra que o ácido oxaloacético é um componente da primeira reação do ciclo de Krebs.

Aqui notamos a peculiaridade da reação: formação de NADH2, que irá transportar elétrons para a cadeia respiratória. Não se esqueça também das reações 3,4 e 6, onde também são formados portadores de elétrons e prótons para a cadeia respiratória.

Como você pode ver, destaquei especificamente em vermelho as reações durante as quais NADH e FADH2 são formados. Estas são substâncias muito importantes para a cadeia respiratória. Em verde, destaquei a reação na qual ocorre a fosforilação do substrato e o GTP é obtido.

Como lembrar de tudo isso?

Na verdade, não é tão difícil. Tendo lido completamente meus dois artigos, bem como seu livro e palestras, você só precisa praticar a redação dessas reações. Recomendo lembrar o ciclo de Krebs em blocos de 4 reações. Escreva essas 4 reações várias vezes, escolhendo uma associação para cada uma que se adapte à sua memória.

Por exemplo, lembrei-me imediatamente da segunda reação com muita facilidade, na qual o ácido isocítrico é formado a partir do ácido cítrico (acho que é familiar para todos desde a infância).

Você também pode usar memorandos mnemônicos, como: Um Abacaxi Inteiro E Uma Fatia De Soufflé Hoje É Na Verdade Meu Almoço, que corresponde à série - citrato, cis-aconitato, isocitrato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA, succinato, fumarato, malato, oxaloacetato. Há muitos mais como ele.

Mas, para ser sincero, quase nunca gostei desses poemas. Na minha opinião, é mais fácil lembrar a própria sequência de reações. Fui muito ajudado dividindo o ciclo de Krebs em duas partes, cada uma das quais treinei para escrever várias vezes por hora. Via de regra, isso acontecia em duplas como a psicologia ou a bioética. Isso é muito conveniente - sem se distrair da palestra, você pode literalmente passar um minuto escrevendo as reações conforme se lembra delas e, em seguida, verificar a opção correta.

A propósito, em algumas universidades, para testes e exames de bioquímica, os professores não exigem conhecimento das próprias reações. Basta saber o que é o ciclo de Krebs, onde ele ocorre, quais são suas características e significados e, claro, a própria cadeia de transformações. Apenas uma cadeia pode ser nomeada sem fórmulas, usando apenas os nomes das substâncias. Essa abordagem não faz sentido, na minha opinião.

Espero que meu guia para o ciclo do ácido tricarboxílico tenha ajudado você. E quero lembrá-lo de que esses dois artigos não substituem totalmente suas palestras e livros didáticos. Escrevi-os apenas para que você entenda aproximadamente o que é o ciclo de Krebs. Se de repente você vir algum erro no meu guia, escreva sobre isso nos comentários. Obrigado pela sua atenção!

O ciclo do ácido tricarboxílico foi descoberto pela primeira vez pelo bioquímico inglês Krebs. Ele foi o primeiro a postular a importância desse ciclo para a combustão completa do piruvato, cuja principal fonte é a conversão glicolítica dos carboidratos. Posteriormente, foi demonstrado que o ciclo do ácido tricarboxílico é um "ponto focal" para o qual convergem quase todas as vias metabólicas.

Assim, o acetil-CoA formado como resultado da descarboxilação oxidativa do piruvato entra no ciclo de Krebs. Este ciclo consiste em oito reações consecutivas (Fig. 91). O ciclo começa com a condensação de acetil-CoA com oxaloacetato e a formação de ácido cítrico. ( Como será visto a seguir, não é a própria acetil-CoA que sofre oxidação no ciclo, mas um composto mais complexo, o ácido cítrico (ácido tricarboxílico).)

Então o ácido cítrico (um composto de seis carbonos), através de uma série de desidrogenações (abstração de hidrogênio) e descarboxilações (eliminação de CO2), perde dois átomos de carbono e novamente o oxaloacetato (um composto de quatro carbonos) aparece no ciclo de Krebs, ou seja, como resultado de uma volta completa do ciclo, a molécula de acetil-CoA queima em CO2 e H2O, e a molécula de oxaloacetato é regenerada. Abaixo estão todas as oito reações consecutivas (estágios) do ciclo de Krebs.

Na primeira reação, catalisada pela enzima citrato sintase, o acetil-CoA condensa com o oxaloacetato. Como resultado, o ácido cítrico é formado:

Aparentemente, nesta reação, o citril-CoA ligado à enzima é formado como um intermediário. Este último hidrolisa espontânea e irreversivelmente para formar citrato e HS-KoA.

Na segunda reação do ciclo, o ácido cítrico formado sofre desidratação com a formação do ácido cis-aconítico, que, ao adicionar uma molécula de água, passa para o ácido isocítrico. Essas reações reversíveis de hidratação-desidratação são catalisadas pela enzima aconitato-hidratase:

Na terceira reação, que parece limitar a velocidade do ciclo de Krebs, o ácido isocítrico é desidrogenado na presença de isocitrato desidrogenase dependente de NAD:

(Existem dois tipos de isocitrato desidrogenases nos tecidos: NAD- e NADP-dependente. Foi estabelecido que o papel do principal catalisador para a oxidação do ácido isocítrico no ciclo de Krebs é desempenhado pela isocitrato desidrogenase dependente de NAD.)

Durante a reação da isocitrato desidrogenase, o ácido isocítrico é descarboxilado. A isocitrato desidrogenase dependente de NAD é uma enzima alostérica que requer ADP como ativador específico. Além disso, a enzima precisa de íons Mg2+ ou Mn2+ para manifestar sua atividade.

Na quarta reação, ocorre a descarboxilação oxidativa do ácido α-cetoglutárico em succinil-CoA. O mecanismo dessa reação é semelhante à reação de descarboxilação oxidativa do piruvato a acetil-CoA. O complexo α-cetoglutarato desidrogenase se assemelha ao complexo piruvato desidrogenase em sua estrutura. Em ambos os casos, cinco coenzimas participam da reação: TDP, amida do ácido lipóico, HS-KoA, FAD e NAD. Em resumo, esta reação pode ser escrita da seguinte forma:

A quinta reação é catalisada pela enzima succinil-CoA sintetase. Durante esta reação, succinil-CoA, com a participação de GDP e fosfato inorgânico, é convertido em ácido succínico (succinato). Ao mesmo tempo, a formação de uma ligação fosfato de alta energia do GTP1 ocorre devido à ligação tioéter de alta energia do succinil-CoA:

(O GTP resultante então doa seu grupo fosfato terminal ao ADP, resultando na formação de ATP. A formação de trifosfato de nucleosídeo de alta energia durante a reação da succinil-CoA sintetase é um exemplo de fosforilação no nível do substrato.)

Na sexta reação, o succinato é desidrogenado a ácido fumárico. A oxidação do succinato é catalisada pela succinato desidrogenase, em cuja molécula a coenzima FAD está ligada covalentemente à proteína:

Na sétima reação, o ácido fumárico resultante é hidratado sob a influência da enzima fumarato hidratase. O produto desta reação é o ácido málico (malato). Deve-se notar que a fumarato hidratase tem estereoespecificidade - durante esta reação, o ácido L-málico é formado:

Finalmente, na oitava reação do ciclo do ácido tricarboxílico, sob a influência da malato desidrogenase dependente de NAD mitocondrial, o L-malato é oxidado a oxaloacetato:

Como pode ser visto, em uma volta do ciclo, que consiste em oito reações enzimáticas, ocorre a oxidação completa ("combustão") de uma molécula de acetil-CoA. Para o funcionamento contínuo do ciclo, é necessário um fornecimento constante de acetil-CoA ao sistema, e as coenzimas (NAD e FAD), que passaram para um estado reduzido, devem ser oxidadas repetidamente. Essa oxidação é realizada no sistema carreador de elétrons (ou cadeia enzimática respiratória) localizado na mitocôndria.

A energia liberada como resultado da oxidação do acetil-CoA é amplamente concentrada nas ligações de fosfato de alta energia do ATP. Dos quatro pares de átomos de hidrogênio, três pares são transferidos através do NAD para o sistema de transporte de elétrons; neste caso, para cada par no sistema de oxidação biológica, são formadas três moléculas de ATP (no processo de fosforilação oxidativa conjugada) e, portanto, no total, nove moléculas de ATP. Um par de átomos entra no sistema de transporte de elétrons através do FAD, resultando na formação de 2 moléculas de ATP. Durante as reações do ciclo de Krebs, também é sintetizada 1 molécula de GTP, que equivale a 1 molécula de ATP. Assim, durante a oxidação do acetil-CoA no ciclo de Krebs, são formadas 12 moléculas de ATP.

Como já observado, 1 molécula de NADH2 (3 moléculas de ATP) é formada durante a descarboxilação oxidativa do piruvato em acetil-CoA.

Reações do ciclo de Krebs

Como a quebra de uma molécula de glicose produz duas moléculas de piruvato, quando elas são oxidadas a 2 moléculas de acetil-CoA e nas próximas duas voltas do ciclo do ácido tricarboxílico, 30 moléculas de ATP são sintetizadas (portanto, a oxidação de uma molécula de piruvato a CO2 e H2O dá 15 moléculas de ATP).

A isso devem ser adicionadas 2 moléculas de ATP formadas durante a glicólise aeróbica e 4 moléculas de ATP sintetizadas devido à oxidação de 2 moléculas extramitocondriais de NADH2, que são formadas durante a oxidação de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato na reação da desidrogenase. No total, obtemos que quando 1 molécula de glicose é quebrada nos tecidos de acordo com a equação: C6H1206 + 602 -> 6CO2 + 6H2O, 36 moléculas de ATP são sintetizadas, o que contribui para o acúmulo de trifosfato de adenosina em ligações de fosfato de alta energia 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (ou, de acordo com outras fontes, 36 X 38 ~ 1430 kJ) energia livre. Em outras palavras, de toda a energia livre (cerca de 2.840 kJ) liberada durante a oxidação aeróbica da glicose, até 50% dela é acumulada na mitocôndria em uma forma que pode ser utilizada para desempenhar diversas funções fisiológicas. Sem dúvida, em termos de energia, a quebra completa da glicose é um processo mais eficiente do que a glicólise. Deve-se notar que as 2 moléculas de NADH2 formadas durante a conversão do gliceraldeído-3-fosfato são posteriormente oxidadas para dar não 6 moléculas de ATP, mas apenas 4. O fato é que as próprias moléculas extramitocondriais de NADH2 não são capazes de penetrar através do membrana na mitocôndria. No entanto, os elétrons que eles doam podem ser incluídos na cadeia mitocondrial de oxidação biológica usando o chamado mecanismo de transporte de glicerofosfato (Fig. 92). Como visto na figura, o NADH2 citoplasmático primeiro reage com fosfato de diidroxiacetona citoplasmático para formar glicerol-3-fosfato. A reação é catalisada pela glicerol-3-fosfato desidrogenase citoplasmática dependente de NAD:

Fosfato de diidroxiacetona + NADH2 glicerol-3-fosfato + NAD

O glicerol-3-fosfato resultante penetra facilmente na membrana mitocondrial. Dentro da mitocôndria, outra glicerol-3-fosfato desidrogenase (enzima flavina) (mitocondrial) oxida novamente o glicerol-3-fosfato a diidroxiacetona fosfato:

Glicerol-3-fosfato + FAD Dihidroxiacetona fosfato + faDH2

A flavoproteína reduzida (enzima - FADH2) introduz, ao nível de KoQ, os elétrons por ela adquiridos na cadeia de oxidação biológica e fosforilação oxidativa associada, e a diidroxiacetona fosfato sai da mitocôndria para o citoplasma e pode interagir novamente com o NADH2 citoplasmático. Assim, um par de elétrons (de uma molécula de NADH2 citoplasmático) introduzido na cadeia respiratória usando o mecanismo de transporte do glicerofosfato produz não 3 ATP, mas 2 ATP.

Está agora bem estabelecido que o mecanismo de transporte do glicerofosfato ocorre nas células do fígado. Para outros tecidos, essa questão ainda não foi esclarecida.

ciclo de Krebs também chamado ciclo do ácido tricarboxílico, uma vez que são formados nele como produtos intermediários. É um transportador de anel enzimático "trabalhando" na matriz mitocondrial.

O resultado do ciclo de Krebs é a síntese de uma pequena quantidade de ATP e a formação de NAD H2, que é então enviado para a próxima etapa da respiração celular - a cadeia respiratória (fosforilação oxidativa), localizada na membrana interna das mitocôndrias.

O ácido pirúvico (piruvato) formado como resultado da glicólise entra na mitocôndria, onde acaba sendo completamente oxidado, transformando-se em dióxido de carbono e água. Isso ocorre primeiro no ciclo de Krebs, depois na fosforilação oxidativa.

Antes do ciclo de Krebs, o piruvato é descarboxilado e desidratado. Como resultado da descarboxilação, uma molécula de CO2 é separada, a desidrogenação é a eliminação de átomos de hidrogênio. Eles se conectam com o NAD.

Como resultado, o ácido acético é formado a partir do ácido pirúvico, que se liga à coenzima A. Acontece acetil coenzima A(acetil-CoA) - CH3CO~S-CoA contendo uma ligação de alta energia.

A conversão de piruvato a acetil-CoA fornece um grande complexo enzimático constituído por dezenas de polipeptídeos associados a transportadores de elétrons.

O ciclo de Krebs começa com a hidrólise do acetil-CoA, que remove o grupo acetil contendo dois átomos de carbono. Além disso, o grupo acetil está incluído no ciclo do ácido tricarboxílico.

O grupo acetil liga-se ao ácido oxaloacético, que tem quatro átomos de carbono. Como resultado, é formado ácido cítrico, que inclui seis átomos de carbono. A energia para esta reação é fornecida pela ligação macroérgica do acetil-CoA.

Segue-se uma cadeia de reações em que o grupo acetil ligado no ciclo de Krebs é desidrogenado com a liberação de quatro pares de átomos de hidrogênio e descarboxilado com a formação de duas moléculas de CO2. O oxigênio é usado para oxidação separou-se de duas moléculas de água, não molecular. O processo é chamado descarboxilação oxidativa. No final do ciclo, o ácido oxaloacético é regenerado.

Vamos voltar para a etapa do ácido cítrico. Sua oxidação ocorre em uma série de reações enzimáticas, nas quais são formados ácidos isocítricos, oxalosuccínicos e outros.

Como resultado dessas reações, em diferentes estágios do ciclo, três moléculas de NAD e uma FAD são restauradas, forma-se GTP (trifosfato de guanosina), contendo uma ligação fosfato macroérgica, cuja energia é posteriormente usada para fosforilar o ADP. Como resultado, uma molécula de ATP é formada.

O ácido cítrico perde dois átomos de carbono para formar duas moléculas de CO2.

Como resultado de reações enzimáticas, o ácido cítrico é convertido em ácido oxaloacético, que pode se combinar novamente com acetil-CoA. O ciclo é repetido.

Na composição do ácido cítrico, o resíduo de acetil-CoA ligado queima com a formação de dióxido de carbono, átomos de hidrogênio e elétrons. Hidrogênio e elétrons são transferidos para NAD e FAD, que atuam como receptores para ele.

A oxidação de uma molécula de acetil-CoA produz uma molécula de ATP, quatro átomos de hidrogênio e duas moléculas de dióxido de carbono. Aquilo é O dióxido de carbono liberado durante a respiração aeróbica é formado durante o ciclo de Krebs.. Ao mesmo tempo, o oxigênio molecular (O2) não é usado aqui, é necessário apenas no estágio de fosforilação oxidativa.

Os átomos de hidrogênio estão ligados ao NAD ou FAD, desta forma eles entram na cadeia respiratória.

Uma molécula de glicose dá duas moléculas de piruvato e, portanto, dois acetil-CoA. Assim, há duas voltas no ciclo do ácido tricarboxílico para uma molécula de glicose. No total, duas moléculas de ATP, quatro CO2, oito átomos de H são formados.

Deve-se notar que não apenas a glicose e o piruvato formado a partir dela entram no ciclo de Krebs. Como resultado da quebra das gorduras pela enzima lipase, são formados ácidos graxos, cuja oxidação também leva à formação de acetil-CoA, redução de NAD e também FAD (dinucleotídeo de flavina adenina).

Se a célula é deficiente em carboidratos e gorduras, os aminoácidos podem ser oxidados. Nesse caso, formam-se acetil-CoA e ácidos orgânicos, que estão ainda envolvidos no ciclo de Krebs.

Assim, não importa qual era a fonte primária de energia. Em qualquer caso, forma-se acetil-CoA, que é um composto universal para a célula.

Ciclo do ácido tricarboxílico (Krebs)

(TsTK, ciclo do citrato, ciclo de Krebs)

O TCA, como as reações de oxidação mitocondrial, ocorre nas mitocôndrias. É uma série de reações fechadas em um ciclo.

As moléculas de PAA resultantes reagem com uma nova molécula de Acetil-CoA e o ciclo se repete desde a formação do citrato até sua transformação em PAA.

Quatro dos nove substratos MtO estão envolvidos nas reações deste ciclo.

Ocorre uma série de reações de desidrogenase. Destes, o 3º, 4º e 8º ocorrem com a participação de desidrogenases dependentes de NAD, e cada uma dessas reações permite obter 3 moléculas de ATP. Na 6ª etapa, ocorre uma reação de desidrogenase dependente de FAD, que está associada à formação de 2 moléculas de ATP (P/O = 2).

No 5º estágio, 1 molécula de ATP é formada pela fosforilação do substrato.

No total, 12 moléculas de ATP são formadas para 1 ciclo do ciclo do TCA.

O significado do TCA é que os resíduos de ácido acético são decompostos com a formação de uma grande quantidade de ATP. Além disso, CO2 e H2O são formados a partir de resíduos de acetato como produtos finais do metabolismo.

O CO2 é formado durante o CTC duas vezes:

1. no terceiro estágio (oxidação do isocitrato)

2. na quarta etapa (oxidação do alfa-cetoglutarato).

Se adicionarmos mais 1 molécula de CO2, que se forma antes do início do CTC - durante a conversão do PVC em Acetil-CoA, podemos falar de três moléculas de CO2 formadas durante a quebra do PVC. No total, essas moléculas, formadas durante a quebra do PVC, representam até 90% do dióxido de carbono, que é excretado do corpo.

EQUAÇÃO CTC FINAL

SIGNIFICADO BIOLÓGICO DA CTC

O PRINCIPAL PAPEL DO CTC É A FORMAÇÃO DE UMA GRANDE QUANTIDADE DE ATP.

1. CTK é a principal fonte de ATP. A energia para a formação de uma grande quantidade de ATP é fornecida pela quebra completa de Acetil-CoA em CO2 e H2O.

2. CTC é um estágio terminal universal do catabolismo de substâncias de todas as classes.

3. O TCA desempenha um papel importante nos processos de anabolismo (produtos intermediários do TCA):

– do citrato → síntese de ácidos graxos

- de alfa-cetoglutarato e PEA → síntese de aminoácidos

— de piques → síntese de carboidratos

- de succinil-CoA → síntese de hemoglobina heme

CTC AUTO-REGULÁVEL AUTÔNOMO

Existem duas enzimas principais no TCA:

1) citrato sintase (1ª reação)

2) isocitrato desidrogenase (3ª reação)

Ambas as enzimas são inibidas alostericamente pelo excesso de ATP e NADH2. A isocitrato desidrogenase é fortemente ativada pelo ADP.

Ciclo do ácido tricarboxílico

Se não houver ADP, essa enzima está inativa. Sob condições de repouso energético, a concentração de ATP aumenta e a taxa de reações do TCA é baixa - a síntese de ATP diminui.

A isocitrato desidrogenase é inibida pelo ATP muito mais fortemente do que a citrato sintase; portanto, sob condições de repouso energético, a concentração de citrato aumenta e ele entra no citoplasma ao longo do gradiente de concentração por difusão facilitada. No citoplasma, o citrato é convertido em Acetil-CoA, que está envolvido na síntese de ácidos graxos.

Classificações modernas do sistema cardiovascular
Velocidade do fluxo sanguíneo, desenvolvimento do coração
Púrpura trombocitopênica
Transporte de gás pelo sangue, composição do plasma
fibrinólise e coagulação sanguínea
Composição, propriedades dos componentes do plasma sanguíneo
Reação de coaglutinação, compensação, Coombs, subsidência, hemaglutinação passiva

Aula número 12. "O ciclo dos ácidos tricarboxílicos"

Objetivo da lição: estudar o mecanismo de algumas reações do ciclo de Krebs. Dominar o método de determinação quantitativa do ácido pirúvico na urina.

QUESTÕES PARA CONTROLAR O TRABALHO:

1. Descarboxilação oxidativa do piruvato como etapa preliminar do ciclo do ácido cítrico. Liste as vitaminas e coenzimas envolvidas neste processo.

2. Reações do ciclo do ácido cítrico. O que determina a direção geral das reações em um ciclo? Em que parte da célula ocorre esse processo? Por que?

3. Quais coenzimas e vitaminas estão envolvidas no ciclo de Krebs? Explique como eles funcionam, indicando reações específicas.

4. Conte-nos sobre as reações do ciclo de Krebs, como resultado da formação de NADH2 e FADH2. Qual é o destino desses compostos?

5. Funções do ciclo do ácido tricarboxílico. Explique o significado da reação anaplerótica para o ciclo do ácido cítrico?

6. Rendimento energético do ciclo do ácido tricarboxílico. Quantas moléculas de ATP são formadas durante o ciclo de uma molécula de ácido cítrico? São todas as moléculas de ATP formadas durante a oxidação completa do acetil ativo sintetizado pela fosforilação oxidativa. Como é controlada a velocidade do ciclo?

Trabalho experimental.

Um dos métodos de análise quantitativa em bioquímica é a fotocalorimetria. O método baseia-se na medição da densidade óptica de soluções coloridas, que são obtidas pela interação do substrato com diversos agentes químicos. A concentração do substrato é proporcional ao grau de coloração da solução.

Antes de iniciar os experimentos de laboratório, familiarize-se com o dispositivo FEK e as regras para trabalhar nele.

Experiência 1. Determinação da concentração de ácido pirúvico (PVA) na urina.

2. Um conjunto de pipetas.

3. Fotocolorímetro.

4. Cubetas, 0,5 cm.

Reagentes. 1. Água destilada.

3. Hidróxido de sódio, solução a 10%.

4. 2,4-dinitrofenilhidrazina, solução.

O PVC sanguíneo condensa-se com 2,4-dinitrofinilhidrazina para formar a hidrazona, que em meio alcalino dá uma cor marrom-avermelhada à solução. O conteúdo de PVC é julgado pela intensidade de sua cor.

1. Adicione reagentes a três tubos de ensaio de acordo com a seguinte tabela:

2. Colocar o conteúdo dos tubos durante 15 minutos num local escuro à temperatura ambiente.

Até 10% da energia em uma célula vem de aminoácidos

Adicione 1 ml de uma solução de NaOH a 10% a cada tubo e após cinco minutos meça a densidade óptica em um comprimento de onda de 620 nm da amostra experimental contra o controle (O) e a amostra de calibração contra o controle (K).

4. Realize o cálculo de acordo com a curva de calibração preparada.

= mg/dia

Para converter o teor de PVC (em mg) em unidades da quantidade de substância (µmol), é necessário multiplicar os valores correspondentes por 11,4 (fator de conversão).

Norma para uma pessoa: 10-25 mg/dia ou 114-284 µmol/dia de ácido pirúvico.

Compare os valores obtidos com os valores normais. Quais são as causas dos níveis elevados de ácido pirúvico no soro sanguíneo e na urina?

Experiência 2. Determinação da atividade da succinato desidrogenase muscular.

Dispositivos. 1. Rack com tubos de ensaio.

2. Um conjunto de pipetas.

3. Almofariz e pilão.

4. Banho-maria.

Reagentes. 1. Tecido muscular de uma galinha ou coelho.

2. Ácido succínico, solução a 5%.

3. Azul de metileno, solução a 0,01%.

4. Óleo vegetal.

5. Areia de vidro.

1. Pesar 10 g de tecido muscular e triturar num almofariz com areia de vidro.

2. Enxágue várias vezes o homogeneizado resultante em gaze com solução salina para remover as substâncias solúveis.

3. Despeje a mistura resultante em três tubos de ensaio numerados, 5 ml cada.

4. Mergulhe o primeiro tubo por 5 minutos em banho-maria fervente e depois resfrie-o à temperatura ambiente.

5. Adicione 3 ml de ácido succínico a 5% e 3 gotas de solução de azul de metileno aos tubos de ensaio nº 1 e nº 2 (até que apareça uma cor azul).

6. Adicione 0,5 ml de água destilada e 3 gotas de solução de azul de metileno ao tubo de ensaio nº 3 (até aparecer uma cor azul).

7. Em seguida, despeje um pouco de óleo em todos os tubos de ensaio para isolar a mistura do oxigênio atmosférico.

8. Incube todos os tubos em banho-maria (40°C) por 10 minutos.

Dê uma explicação para os fenômenos observados. Qual é a função do azul de metileno neste experimento? Qual composto é responsável por essa função em uma célula viva?

Data de conclusão ________ Pontuação ____ Assinatura do instrutor ____________

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O ciclo do ácido tricarboxílico foi descoberto em 1937 por G. Krebs. Nesse sentido, recebeu o nome de "ciclo de Krebs". Este processo é a via central do metabolismo. Ocorre nas células de organismos em diferentes estágios de desenvolvimento evolutivo (microorganismos, plantas, animais).

O substrato inicial do ciclo do ácido tricarboxílico é a acetil-coenzima A. Este metabólito é a forma ativa do ácido acético. O ácido acético atua como um produto intermediário comum da quebra de quase todas as substâncias orgânicas contidas nas células dos organismos vivos. Isso se deve ao fato de que as moléculas orgânicas são compostos de carbono que podem se decompor naturalmente em fragmentos de dois carbonos de ácido acético.

O ácido acético livre tem uma reatividade relativamente fraca. Suas transformações ocorrem em condições bastante duras, irrealistas em uma célula viva. Portanto, o ácido acético é ativado nas células pela combinação com a coenzima A. Como resultado, forma-se uma forma metabolicamente ativa de ácido acético, a acetil coenzima A.

A coenzima A é um composto de baixo peso molecular que consiste em fosfoadenosina, resíduo de ácido pantotênico (vitamina B3) e tioetanolamina. O resíduo de ácido acético é adicionado ao grupo sulfidrila da tioetanolamina. Nesse caso, forma-se um tioéster - acetil-coenzima A, que é o substrato inicial do ciclo de Krebs.

Acetil coenzima A

O esquema da transformação de produtos intermediários no ciclo de Krebs mostra-se no figo. 67. O processo começa com a condensação da acetil coenzima A com o oxaloacetato (ácido oxaloacético, PAA), que resulta na formação do ácido cítrico (citrato). A reação é catalisada pela enzima citrato sintase.

Figura 67 - Esquema da transformação de produtos intermediários no ciclo

ácidos tricarboxílicos

Além disso, sob a ação da enzima aconitase, o ácido cítrico é convertido em ácido isocítrico. O ácido isocítrico sofre processos de oxidação e descarboxilação. Nessa reação, catalisada pela enzima isocitrato desidrogenase dependente de NAD, formam-se como produtos o dióxido de carbono reduzido por NAD e o ácido α-cetoglutárico, que está então envolvido no processo de descarboxilação oxidativa (Fig. 68).

Figura 68 - Formação do ácido a-cetoglutárico no ciclo de Krebs

O processo de descarboxilação oxidativa do α-cetoglutarato é catalisado por enzimas do complexo multienzimático α-cetoglutarato desidrogenase. Este complexo é formado por três enzimas diferentes e requer coenzimas para funcionar. As coenzimas do complexo a-ceto-glutarato desidrogenase incluem as seguintes vitaminas solúveis em água:

Vitamina B 1 (tiamina) - pirofosfato de tiamina;

vitamina B 2 (riboflavina) - FAD;

Vitamina B 3 (ácido pantotênico) - coenzima A;

Vitamina B5 (nicotinamida) - OVER;

substância semelhante à vitamina - ácido lipóico.

Esquematicamente, o processo de descarboxilação oxidativa do ácido a-ceto-glutárico pode ser representado pela seguinte equação de equilíbrio da reação:

O produto desse processo é o tioéster do resíduo do ácido succínico (succinato) com a coenzima A - succinil-coenzima A. A ligação tioéter da succinil-coenzima A é macroérgica.

A próxima reação do ciclo de Krebs é o processo de fosforilação do substrato. A hidrólise da ligação tioéter da succinil-coenzima A ocorre nela sob a ação da enzima succinil-CoA sintetase com a formação de ácido succínico (succinato) e coenzima A livre. Esse processo é acompanhado pela liberação de energia, que é imediatamente usado para fosforilar o GDP, o que resulta na formação de uma molécula macroérgica GTP fosfato. Fosforilação do substrato no ciclo de Krebs:

onde F n é ácido ortofosfórico.

O GTP formado durante a fosforilação oxidativa pode ser usado como fonte de energia em várias reações dependentes de energia (no processo de biossíntese de proteínas, ativação de ácidos graxos, etc.). Além disso, o GTP pode ser usado para formar ATP na reação do nucleosídeo difosfato quinase.

O produto da reação da succinil-CoA sintetase, o succinato, é posteriormente oxidado com a participação da enzima succinato desidrogenase. Esta enzima é uma flavina desidrogenase, que contém uma molécula FAD como coenzima (grupo prostético). Como resultado da reação, o ácido succínico é oxidado a ácido fumárico. Ao mesmo tempo, o FAD é restaurado.

onde E é FAD, um grupo prostético associado à cadeia polipeptídica da enzima.

O ácido fumárico formado na reação da succinato desidrogenase, sob a ação da enzima fumarase (Fig. 69), liga-se a uma molécula de água e transforma-se em ácido málico, que é então oxidado na reação da malato desidrogenase a ácido oxaloacético (oxaloacetato). Este último pode ser usado novamente na reação da citrato sintase para a síntese de ácido cítrico (Fig. 67). Devido a isso, as transformações no ciclo de Krebs são cíclicas.

Figura 69 - Metabolismo do ácido málico no ciclo de Krebs

A equação de equilíbrio do ciclo de Krebs pode ser representada como:

Pode-se ver a partir dele que no ciclo o radical acetil do resíduo da acetil coenzima A é completamente oxidado a duas moléculas de CO 2 . Esse processo é acompanhado pela formação de três moléculas de NAD reduzido, uma molécula de FAD reduzido e uma molécula de fosfato de alta energia - GTP.

O ciclo de Krebs ocorre na matriz mitocondrial. Isso se deve ao fato de que é aqui que está localizada a maioria de suas enzimas. E apenas uma única enzima - succinato desidrogenase - é construída na membrana mitocondrial interna. Enzimas individuais do ciclo do ácido tricarboxílico são combinadas em um complexo polienzimático funcional (metabolona) associado à superfície interna da membrana mitocondrial interna. Devido à associação de enzimas em um metabolon, a eficiência do funcionamento dessa via metabólica é significativamente aumentada e oportunidades adicionais para sua regulação fina aparecem.

As características da regulação do ciclo dos ácidos tricarboxílicos são amplamente determinadas pelo seu valor. Este processo executa as seguintes funções:

1) energia. O ciclo de Krebs é a fonte mais poderosa de substratos (coenzimas reduzidas - NAD e FAD) para a respiração dos tecidos. Além disso, armazena energia na forma de fosfato de alta energia - GTP;

2) plástico. Os produtos intermediários do ciclo de Krebs são precursores para a síntese de várias classes de substâncias orgânicas - aminoácidos, monossacarídeos, ácidos graxos, etc.

Assim, o ciclo de Krebs desempenha uma dupla função: por um lado, é uma via comum de catabolismo, que desempenha um papel central no fornecimento de energia da célula e, por outro lado, fornece substratos aos processos biossintéticos. Tais processos metabólicos são chamados anfibólicos. O ciclo de Krebs é um ciclo anfibólico típico.

A regulação dos processos metabólicos na célula está intimamente relacionada com a existência de enzimas "chave". A chave são as enzimas do processo que determinam sua velocidade. Via de regra, uma das enzimas "chave" do processo é a enzima que catalisa sua reação inicial.

As enzimas “chave” são caracterizadas pelas seguintes características. Essas enzimas

Catalisa reações irreversíveis

têm a menor atividade em comparação com outras enzimas envolvidas no processo;

São enzimas alostéricas.

As principais enzimas do ciclo de Krebs são a citrato sintase e a isocitrato desidrogenase. Como as enzimas-chave de outras vias metabólicas, sua atividade é regulada pelo princípio do feedback negativo: diminui com o aumento da concentração de produtos intermediários do ciclo de Krebs nas mitocôndrias. Assim, o ácido cítrico e a succinil-coenzima A atuam como inibidores da citrato sintase, e o NAD reduzido atua como inibidores da isocitrato desidrogenase.

ADP é um ativador da isocitrato desidrogenase. Sob condições de aumento da necessidade celular de ATP como fonte de energia, quando o conteúdo de produtos de decaimento (ADP) aumenta nela, surgem pré-requisitos para aumentar a taxa de transformações redox no ciclo de Krebs e, consequentemente, aumentar o nível de seu suprimento de energia.

Ciclo do ácido cítrico(ciclo do ácido tricarboxílico - TCA, ciclo de Krebs) é uma série de reações que ocorrem nas mitocôndrias, durante as quais grupos acetil são catabolizados e equivalentes redutores são liberados; durante a oxidação deste último, é fornecida energia livre ao ETC, que é acumulada no ATP. O ciclo é desencadeado pelo oxaloacetato, que é sintetizado a partir do PVC sob a ação de piruvato carboxilase.

A molécula de acetil-CoA obtida na descarboxilação oxidativa do PVA e β-oxidação do VFA interage com a OA; como resultado, um ácido tricarboxílico de 6 carbonos é gerado - limão (citrato)(Figura 3.8) . Além disso, em uma série de reações, duas moléculas de dióxido de carbono são liberadas e o oxaloacetato é regenerado. Como a quantidade deste último necessária para converter um grande número de grupos acetil é muito pequena, podemos assumir que este composto desempenha uma função catalítica.

No CTC, devido à atividade de várias desidrogenases específicas, ocorre a formação de equivalentes redutores na forma de prótons e elétrons, induzindo a cadeia respiratória, durante o funcionamento da qual o ATP é sintetizado.

Formação de compostos macroérgicos no TCA

oxidável substrato	Enzima, catalítico	Local de formação de macroergs e a natureza do processo associado	Número de moléculas de ATP sintetizadas
isocitrato	IsocitratoDH		3
α-cetoglutarato	α-cetoglutarato DG	Oxidação do NADH na cadeia respiratória	3
succinil fosfato	Succinato tioquinase	Síntese de ATP no nível do substrato	1
succinato	SuccinateDG	Oxidação de FADH 2 na cadeia respiratória	2
malat	Malat DG	Oxidação do NADH na cadeia respiratória	3
Total			12

Assim, cada ciclo proporciona a síntese de 12 moléculas de macroergs.

Funções biológicas do ciclo de Krebs

A CTK é uma via final comum para a degradação oxidativa de carboidratos, lipídios e proteínas, pois durante o metabolismo, glicose, ácidos graxos, glicerol, aminoácidos e bases nitrogenadas acíclicas são convertidos em acetil-CoA ou em metabólitos desse processo, que são fontes de equivalentes redutores que desencadeiam a ETC e a fosforilação oxidativa, garantindo assim as demandas energéticas de vários órgãos e tecidos e uma temperatura corporal constante. A água endógena também é formada, como se sabe, devido à oxidação biológica, cujos substratos são metabólitos do TCA. Os intermediários do TCA podem ser usados no anabolismo: OA e seus precursores servem como substratos no GNG; é fácil obter aminoácidos de α-cetoglutarato e OA usando transaminação; o succinil-CoA é essencial para a síntese do heme; O excesso de citrato, deixando a mitocôndria, cliva o acetil-CoA, a partir do qual são gerados HPFA, colesterol, acetilcolina, derivados de monossacarídeos (monômeros de heteropolissacarídeos).

Em humanos, não foram descritos danos geneticamente determinados às enzimas que catalisam seus vários estágios; a ocorrência de tais distúrbios é incompatível com o desenvolvimento normal do organismo.

Então o ácido cítrico (um composto de seis carbonos) através de uma série de desidrogenações (abstração de hidrogênio) e descarboxilações (eliminação de CO 2) perde dois átomos de carbono e o oxaloacetato (um composto de quatro carbonos) aparece novamente no ciclo de Krebs, ou seja, como como resultado de uma volta completa do ciclo, a molécula de acetil-CoA queima em CO 2 e H 2 O, e a molécula de oxaloacetato é regenerada. Abaixo estão todas as oito reações consecutivas (estágios) do ciclo de Krebs.

Na primeira reação, catalisada pela enzima citrato sintase, o acetil-CoA condensa com o oxaloacetato. Como resultado, o ácido cítrico é formado:

Aparentemente, nesta reação, o citril-CoA ligado à enzima é formado como um intermediário. Este último hidrolisa espontânea e irreversivelmente para formar citrato e HS-KoA.

Na terceira reação, que parece limitar a velocidade do ciclo de Krebs, o ácido isocítrico é desidrogenado na presença de isocitrato desidrogenase dependente de NAD:

Durante a reação da isocitrato desidrogenase, o ácido isocítrico é descarboxilado. A isocitrato desidrogenase dependente de NAD é uma enzima alostérica que requer ADP como ativador específico. Além disso, a enzima necessita de íons Mg 2+ ou Mn 2+ para manifestar sua atividade.

Finalmente, na oitava reação do ciclo do ácido tricarboxílico, sob a influência da malato desidrogenase dependente de NAD mitocondrial, o L-malato é oxidado a oxaloacetato:

Como já observado, 1 molécula de NADH 2 (3 moléculas de ATP) é formada durante a descarboxilação oxidativa do piruvato em acetil-CoA. Como a quebra de uma molécula de glicose produz duas moléculas de piruvato, quando elas são oxidadas a 2 moléculas de acetil-CoA e nas próximas duas voltas do ciclo do ácido tricarboxílico, 30 moléculas de ATP são sintetizadas (portanto, a oxidação de uma molécula de piruvato a CO 2 e H 2 O dá 15 moléculas de ATP).

A isso devem ser adicionadas 2 moléculas de ATP formadas durante a glicólise aeróbica e 4 moléculas de ATP sintetizadas devido à oxidação de 2 moléculas de NADH 2 extramitocondriais, que são formadas durante a oxidação de 2 moléculas de gliceraldeído-3-fosfato em uma reação de desidrogenase. No total, obtemos que quando 1 molécula de glicose é quebrada nos tecidos de acordo com a equação: C 6 H 12 0 6 + 60 2 -> 6CO 2 + 6H 2 O, 36 moléculas de ATP são sintetizadas, o que contribui para o acúmulo de trifosfato de adenosina em ligações macroérgicas de fosfato 36 X 34,5 ~ 1240 kJ (ou, de acordo com outras fontes, 36 X 38 ~ 1430 kJ) energia livre. Em outras palavras, de toda a energia livre (cerca de 2.840 kJ) liberada durante a oxidação aeróbica da glicose, até 50% dela é acumulada na mitocôndria em uma forma que pode ser utilizada para desempenhar diversas funções fisiológicas. Sem dúvida, em termos de energia, a quebra completa da glicose é um processo mais eficiente do que a glicólise. Deve-se notar que as moléculas de NADH 2 formadas durante a conversão do gliceraldeído-3-fosfato 2 subseqüentemente não fornecem 6 moléculas de ATP, mas apenas 4 quando oxidadas. No entanto, os elétrons que eles doam podem ser incluídos na cadeia mitocondrial de oxidação biológica usando o chamado mecanismo de transporte de glicerofosfato (Fig. 92). Como visto na figura, o NADH 2 citoplasmático primeiro reage com fosfato de diidroxiacetona citoplasmático para formar glicerol-3-fosfato. A reação é catalisada pela glicerol-3-fosfato desidrogenase citoplasmática dependente de NAD.