트리카르복실산 회로(크렙스 회로)

해당 과정은 포도당을 피루브산으로 변환하고 포도당 분자에서 두 개의 ATP 분자를 생성합니다. 이것은 이 분자의 위치 에너지의 작은 부분입니다.

호기성 조건에서 피루브산은 해당과정에서 아세틸-CoA로 전환되고 트리카르복실산 회로(구연산 회로)에서 CO 2 로 산화됩니다. 이 경우 이 주기의 반응에서 방출된 전자는 NADH 및 FADH 2 를 거쳐 최종 수용체인 0 2 로 이동합니다. 전자 수송은 미토콘드리아 막의 양성자 구배 생성과 관련이 있으며, 그 에너지는 산화적 인산화의 결과로 ATP 합성에 사용됩니다. 이러한 반응을 살펴보자.

호기성 조건에서 피루브산(1단계)은 산화적 탈카르복실화를 겪으며, 이는 젖산으로 전환하는 것보다 더 효율적이며 아세틸-CoA(2단계)를 형성하여 포도당 분해의 최종 생성물인 CO 2로 산화될 수 있습니다. 및 H 2 O(3단계). 독일 생화학자 G. Krebs(1900-1981)는 개별 유기산의 산화를 연구하여 이들의 반응을 단일 주기로 결합했습니다. 따라서 트리카르복실산 회로는 종종 그의 이름을 따서 크렙스 회로라고 합니다.

피루브산의 아세틸-CoA로의 산화는 미토콘드리아에서 3가지 효소(피루베이트 탈수소효소, 리포아미드 탈수소효소, 리포일아세틸트랜스퍼라제)와 5가지 보조효소(NAD, FAD, 티아민 피로포스페이트, 리포산 아미드, 조효소 A)의 참여로 발생합니다. 이 4가지 조효소에는 비타민 B(B x, B 2 , B 3 , B 5)가 포함되어 있는데, 이는 탄수화물의 정상적인 산화를 위해 이러한 비타민이 필요함을 나타냅니다. 이 복잡한 효소 시스템의 영향으로 산화적 탈카르복실화 반응에서 피루브산은 활성 형태의 아세트산인 아세틸 조효소 A로 전환됩니다.

생리학적 조건에서 피루브산 탈수소효소는 독점적으로 비가역적인 효소로, 이는 지방산을 탄수화물로 전환할 수 없음을 설명합니다.

아세틸-CoA 분자에 거대 결합이 존재한다는 것은 이 화합물의 높은 반응성을 나타냅니다. 특히, 아세틸-CoA는 미토콘드리아에서 작용하여 에너지를 생성할 수 있고, 간에서는 과량의 아세틸-CoA가 케톤체 합성에 사용되며, 세포질에서는 스테라이드 및 지방산과 같은 복잡한 분자 합성에 관여합니다. .

피루브산의 산화적 탈카르복실화 반응에서 얻은 아세틸-CoA는 트리카르복실산 회로(Krebs 회로)로 들어갑니다. Krebs 주기 - 탄수화물, 지방, 아미노산의 산화를 위한 최종 이화 경로는 본질적으로 "대사 보일러"입니다. 미토콘드리아에서만 일어나는 크렙스 회로의 반응은 시트르산 회로 또는 트리카르복실산 회로(TCA)라고도 합니다.

트리카르복실산 회로의 가장 중요한 기능 중 하나는 환원된 조효소(NADH + H + 3분자 및 FADH 2 1분자)를 생성한 후 수소 원자 또는 전자를 최종 수용체인 산소 분자로 전달하는 것입니다. 이 수송은 자유 에너지의 큰 감소를 동반하며, 그 중 일부는 ATP 형태로 저장하기 위한 산화적 인산화 과정에 사용됩니다. 트리카르복실산 순환은 산소에 의존하는 호기성인 것으로 이해됩니다.

1. 트리카르복실산 회로의 초기 반응은 아세틸-CoA와 옥살로아세트산의 축합으로 미토콘드리아 기질 시트르산 합성 효소가 참여하여 시트르산을 형성합니다.

2. 구연산염에서 물 분자 제거를 촉매하는 효소 아코니타제의 영향으로 후자가 전환됩니다.

시스-아코니트산으로. 물은 시스-아코니트산과 결합하여 이소시트르산으로 변합니다.

3. 그런 다음 이소시트르산 탈수소효소는 산화적 탈카르복실화 반응에서 이소시트르산이 α-케토글루타르산으로 전환될 때 구연산 회로의 첫 번째 탈수소효소 반응을 촉매합니다.

이 반응에서 CO 2 의 첫 번째 분자와 NADH 4-H + 사이클의 첫 번째 분자가 형성됩니다.

4. α-케토글루타르산의 석시닐-CoA로의 추가 전환은 α-케토글루타르산 탈수소효소의 다중효소 복합체에 의해 촉매됩니다. 이 반응은 피루브산 탈수소효소 반응과 화학적으로 유사합니다. 리포산, 티아민 피로인산, HS-KoA, NAD +, FAD가 포함됩니다.

이 반응의 결과로 NADH + H + 및 CO 2 분자가 다시 형성됩니다.

5. succinyl-CoA 분자는 거대 결합을 가지고 있으며 그 에너지는 다음 반응에서 GTP 형태로 저장됩니다. 효소 succinyl-CoA 합성 효소의 영향으로 succinyl-CoA는 유리 숙신산으로 전환됩니다. 숙신산은 홀수개의 탄소 원자를 가진 지방산의 산화에 의해 메틸말로닐-CoA로부터 얻을 수도 있습니다.

이 반응은 기질 인산화의 한 예입니다. 이 경우 고에너지 GTP 분자는 전자와 산소 수송 사슬의 참여 없이 형성되기 때문입니다.

6. 숙신산은 숙신산 탈수소효소 반응에서 푸마르산으로 산화된다. 조효소가 FAD인 전형적인 철-황 함유 효소인 숙시네이트 탈수소효소. 숙시네이트 탈수소효소는 미토콘드리아 내부 막에 고정된 유일한 효소이며 다른 모든 순환 효소는 미토콘드리아 기질에 있습니다.

7. 생리학적 조건에서 가역적인 반응으로 푸마라제 효소의 영향으로 푸마르산이 말산으로 수화됩니다.

8. 트리카르복실산 회로의 최종 반응은 미토콘드리아 NAD-의존성 말산 탈수소효소의 활성 효소를 포함하는 말산 탈수소효소 반응이며, 여기서 환원된 NADH + H +의 세 번째 분자가 형성됩니다.

옥살로아세트산(옥살아세트산)의 형성은 트리카르복실산 회로의 한 차례를 완료합니다. 옥살로아세트산은 두 번째 아세틸-CoA 분자의 산화에 사용될 수 있으며, 이러한 반응 주기는 여러 번 반복되어 지속적으로 옥살로아세트산을 생성할 수 있습니다.

따라서 TCA 회로에서 순환 기질인 아세틸-CoA 한 분자가 산화되면 GTP 1분자, NADP + H + 3분자, FADH 2 1분자가 생성됩니다. 생물학적 산화 사슬에서 이러한 환원제의 산화

이온은 12개의 ATP 분자를 합성합니다. 이 계산은 "생물학적 산화"라는 주제에서 명확합니다. 전자 수송 시스템에 1개의 NAD + 분자가 포함되면 궁극적으로 3개의 ATP 분자가 형성되고, FADH 2 분자가 포함되면 2개의 ATP 분자가 형성되며, 1 GTP 분자는 1 ATP 분자와 동일합니다.

아데틸-CoA의 2개의 탄소 원자는 트리카르복실산 회로에 들어가고 2개의 탄소 원자는 이소시트레이트 탈수소효소 및 알파-케토글루타레이트 탈수소효소에 의해 촉매되는 탈카르복실화 반응에서 CO 2 형태로 순환을 떠납니다.

호기성 조건에서 포도당 분자가 CO 2 및 H 2 0로 완전히 산화되면 ATP 형태의 에너지 형성은 다음과 같습니다.

• 포도당 분자가 2분자의 피루브산으로 전환되는 동안 4개의 ATP 분자(해당 분해);
• 3-포스포글리세르알데하이드 탈수소효소 반응(해당 분해)에서 형성된 6개의 ATP 분자;
• 30개의 ATP 분자는 피루브산 탈수소효소 반응에서 2개의 피루브산 분자가 산화되고 트리카르복실산 회로에서 2개의 아세틸-CoA 분자가 CO 2 및 H 2 O로 변환되는 동안 형성됩니다. 따라서 포도당 분자의 완전한 산화 동안 총 에너지 출력은 40 ATP 분자가 될 수 있습니다. 그러나 포도당이 포도당-6-인산으로 전환되는 단계와 과당-6-인산이 과당-1,6-이인산으로 전환되는 단계에서 포도당이 산화되는 동안 2개의 ATP 분자가 소비. 따라서 포도당 분자가 산화되는 동안 "순" 에너지 출력은 38 ATP 분자입니다.

혐기성 해당과정과 호기성 포도당 이화작용의 에너지를 비교할 수 있습니다. 이론적으로 포도당 1g 분자(180g)에 포함된 688kcal의 에너지 중 20kcal은 혐기성 해당과정의 반응으로 형성된 2개의 ATP 분자에 있고 628kcal는 이론적으로 젖산의 형태로 남아 있습니다.

호기성 조건에서 38 ATP 분자의 포도당 1g 분자 688kcal 중 380kcal이 얻어졌습니다. 따라서 호기성 조건에서 포도당 이용 효율은 혐기성 해당 분해보다 약 19배 높습니다.

모든 산화 반응(triose phosphate, pyruvic acid의 산화, tricarboxylic acid 회로의 4가지 산화 반응)은 ADP와 Phneor(Pasteur 효과)로부터 ATP 합성에서 경쟁한다는 점을 지적해야 합니다. 이것은 산화 반응에서 생성된 NADH + H + 분자가 수소를 산소로 전달하는 호흡계의 반응과 수소를 피루브산으로 전달하는 LDH 효소 반응 사이에서 선택이 있음을 의미합니다.

트리카르복실산 회로의 초기 단계에서 그 산은 회로 자체의 기능을 방해하지 않으면서 다른 세포 화합물의 합성에 참여하도록 회로를 떠날 수 있습니다. 트리카르복실산 회로의 활성 조절에는 다양한 요인이 관여합니다. 그 중 우선 아세틸-CoA 분자의 섭취, 피루브산 탈수소효소 복합체의 활성, 호흡 사슬의 구성 요소의 활성 및 이와 관련된 산화적 인산화, 옥살로아세트산의 수준을 언급해야 합니다. 산.

분자 산소는 트리카르복실산 회로에 직접적으로 관여하지 않지만 그 반응은 호기성 조건에서만 수행됩니다. NAD ~ 및 FAD는 전자가 분자 산소로 전달될 때만 미토콘드리아에서 재생될 수 있기 때문입니다. 트리카르복실산의 순환과 대조적으로 해당과정은 피루브산이 젖산으로 전환될 때 NAD가 재생되기 때문에 혐기성 조건에서도 가능하다는 점을 강조해야 합니다.

ATP의 형성 외에도 트리카르복실산 회로는 또 다른 중요한 의미를 가지고 있습니다. 이 회로는 신체의 다양한 생합성을 위한 중간 구조를 제공합니다. 예를 들어, 대부분의 포르피린 원자는 석시닐-CoA에서 유래하고 많은 아미노산은 α-케토-글루타르산 및 옥살로-아세트산의 유도체이며 푸마르산은 요소 합성 중에 발생합니다. 이것은 탄수화물, 지방 및 단백질의 대사에서 트리카르복실산 회로의 완전성을 나타냅니다.

해당과정의 반응에서 알 수 있듯이 대부분의 세포가 에너지를 생성하는 능력은 미토콘드리아에 있습니다. 다양한 조직에 있는 미토콘드리아의 수는 조직의 생리적 기능과 관련이 있으며 호기성 조건에 참여할 수 있는 능력을 반영합니다. 예를 들어, 적혈구에는 미토콘드리아가 없으므로 산소를 최종 전자 수용체로 사용하여 에너지를 생성하는 능력이 부족합니다. 그러나 호기성 조건에서 기능하는 심장 근육에서 세포 세포질 부피의 절반은 미토콘드리아로 표시됩니다. 간은 또한 다양한 기능을 위해 호기성 조건에 의존하며 포유동물 간세포에는 세포당 최대 2,000개의 미토콘드리아가 있습니다.

미토콘드리아는 외부와 내부의 두 가지 막을 포함합니다. 외막은 지방이 50%, 단백질이 50%로 구성되어 있으며 기능이 비교적 적습니다. 내막은 구조적으로나 기능적으로 더 복잡합니다. 부피의 약 80%가 단백질입니다. 그것은 전자 수송과 산화적 인산화, 대사 매개체, 세포질과 미토콘드리아 기질 사이의 아데닌 뉴클레오티드에 관여하는 대부분의 효소를 포함합니다.

NAD + , NADH, NADP + , FAD 및 FADH 2 와 같은 산화환원 반응에 관여하는 다양한 뉴클레오티드는 미토콘드리아 내막을 관통하지 않습니다. Acetyl-CoA는 미토콘드리아 구획에서 지방산이나 스테롤 합성에 필요한 세포질로 이동할 수 없습니다. 따라서 미토콘드리아 내 아세틸-CoA는 트리카르복실산 회로의 시트르산-합성효소 반응에서 전환되어 이러한 형태로 세포질에 들어갑니다.

PVC-탈수소효소 반응에서 형성된 아세틸-SCoA는 트리카르복실산 회로(CTC, 구연산 회로, 크렙스 회로). 피루브산 외에 이화작용에서 나오는 케토산도 순환에 관여합니다. 아미노산또는 기타 물질.

트리카르복실산 회로

사이클은 다음에서 실행됩니다. 미토콘드리아 기질그리고 대표한다 산화분자 아세틸-SCoA 8개의 연속 반응에서.

첫 번째 반응에서 그들은 결합합니다. 아세틸그리고 옥살로아세테이트(옥살로아세트산) 형성 구연산염(구연산), 구연산은 다음으로 이성질체화됩니다. 이소시트레이트및 CO 2 의 동시 방출 및 NAD의 환원을 수반하는 2개의 탈수소화 반응.

다섯 번째 반응에서는 GTP가 생성되는데 이것이 반응이다. 기질 인산화. 다음으로 FAD 의존적 탈수소화가 순차적으로 일어난다. 숙시네이트(숙신산), 수분 푸마르산성 말산염(말산), NAD 의존성 탈수소화 옥살로아세테이트.

그 결과, 사이클의 8번의 반응 후에 다시옥살로아세테이트가 형성된다 .

마지막 3개의 반응은 소위 생화학적 모티프(FAD 의존적 탈수소화, 수화 및 NAD 의존적 탈수소화)를 구성하며, 숙시네이트 구조에 케토기를 도입하는 데 사용됩니다. 이 모티프는 지방산 β-산화 반응에도 존재합니다 . 역순(감소, 드수화 및 회복) 이 모티프는 지방산 합성 반응에서 관찰됩니다.

DTC 기능

1. 에너지

• 세대 수소 원자호흡 사슬의 작동, 즉 3개의 NADH 분자와 1개의 FADH2 분자,
• 단일 분자 합성 GTP(ATP와 동일).

2. 단백 동화. CTC에서 형성

• 헴 전구체 숙시닐-SCoA,
• 아미노산으로 전환될 수 있는 케토산 - α-케토글루타레이트글루탐산의 경우, 옥살로아세테이트아스파르트산의 경우,
• 레몬산, 지방산 합성에 사용,
• 옥살로아세테이트, 포도당 합성에 사용됩니다.

TCA의 동화작용

트리카르복실산 회로의 조절

알로스테릭 조절

TCA의 1차, 3차, 4차 반응을 촉매하는 효소는 알로스테릭 조절대사 산물:

옥살로아세테이트 가용성 조절

셰프그리고 기초적인 TCA의 조절자는 oxaloacetate 또는 그 가용성입니다. 옥살로아세테이트의 존재는 TCA 회로에서 아세틸-SCoA를 포함하고 그 과정을 시작합니다.

일반적으로 세포는 균형아세틸-SCoA(포도당, 지방산 또는 아미노산으로부터)의 형성과 옥살로아세테이트의 양 사이. 옥살로아세테이트의 출처는 피루브산, (포도당 또는 알라닌에서 형성), 아스파르트산트랜스아미네이션 또는 AMP-IMF 주기의 결과로, 또한 과일산주기 자체(숙신산, α-케토글루타르산, 말산, 구연산)는 아미노산의 이화작용 중에 형성되거나 다른 과정에서 생성될 수 있습니다.

피루브산으로부터 옥살로아세테이트의 합성

효소 활성 조절 피루브산 카르복실라제참여로 진행 아세틸-SCoA. 알로스테릭이다 활성제효소가 없으면 pyruvate carboxylase는 실질적으로 비활성화됩니다. 아세틸-SCoA가 축적되면 효소가 작용하기 시작하고 옥살로아세테이트가 형성되지만 물론 피루브산이 있을 때만 가능합니다.

또한 대부분의 아미노산그들의 이화작용 동안, 그들은 TCA의 대사 산물로 변할 수 있으며, 그런 다음 이는 또한 주기의 활성을 유지하는 옥살로아세테이트로 이동합니다.

아미노산에서 TCA 대사 산물 풀 보충

새로운 대사 산물(옥살로아세테이트, 시트르산, α-케토글루타레이트 등)과의 순환 보충 반응을 보충의.

신진 대사에서 옥살로 아세테이트의 역할

중요한 역할의 예 옥살로아세테이트케톤체 합성을 활성화하고 케톤산증혈장 부적당한옥살로아세테이트의 양 간에서. 이 상태는 인슐린 의존성 진성 당뇨병(제1형 당뇨병)의 보상 해제 동안 및 기아 동안 관찰됩니다. 이러한 장애로 인해 포도당 생성 과정이 간에서 활성화됩니다. oxaloacetate 및 기타 대사 산물로부터 포도당 형성, 이는 oxaloacetate 양의 감소를 수반합니다. 지방산 산화의 동시 활성화와 아세틸-SCoA 축적은 아세틸기의 이용을 위한 백업 경로를 유발합니다. 케톤체 합성. 이 경우, 신체는 혈액의 산성화( 케톤산증) 특징적인 임상상: 약점, 두통, 졸음, 근긴장도 감소, 체온 및 혈압.

특정 조건에서 TCA 반응 속도의 변화 및 케톤체 축적 이유

oxaloacetate의 참여로 설명된 조절 방법은 아름다운 제형의 예시입니다." 지방은 탄수화물의 불꽃 속에서 타오른다". 이는 포도당의 "불타는 불꽃"이 피루브산의 출현으로 이어지며, 피루브산이 아세틸-SCoA로 전환될 뿐만 아니라 옥살로아세테이트. oxaloacetate의 존재는 지방산 TCA의 첫 번째 반응에서 아세틸-SCoA의 형태로.

동안 근육에서 관찰되는 지방산의 대규모 "연소"의 경우 육체 노동그리고 간에서 단식, TCA 반응에서 아세틸-SCoA의 진입 속도는 옥살로아세테이트(또는 산화된 포도당)의 양에 직접적으로 의존합니다.

옥살로아세테이트의 양이 간세포충분하지 않으면(포도당이 없거나 피루브산으로 산화되지 않음) 아세틸기가 케톤체 합성으로 이동합니다. 이것은 다음과 같은 경우에 발생합니다. 장기간의 단식그리고 제1형 당뇨병.

나는 그것이 일반적으로 무엇인지, Krebs주기가 필요한 이유와 신진 대사에서 그것이 차지하는 위치에 대해 이야기했습니다. 이제 이 주기의 실제 반응을 살펴보겠습니다.

바로 예약하겠습니다 - 개인적으로 위의 질문들을 정리하기 전까지 리액션 암기는 완전히 무의미한 연습이었습니다. 그러나 이미 이론을 이해했다면 실습을 진행하는 것이 좋습니다.

크렙스 주기를 작성하는 여러 가지 방법을 볼 수 있습니다. 가장 일반적인 옵션은 다음과 같습니다.

그러나 Berezov T.T.의 저자들의 생화학에 관한 좋은 오래된 교과서에서 반응을 작성하는 방법이 가장 편리해 보였습니다. 및 Korovkina B.V.

첫 번째 반응

우리에게 이미 친숙한 Acetyl-CoA와 Oxaloacetate는 결합하여 구연산염으로 변합니다. 구연산.

두 번째 반응

이제 우리는 구연산을 취하여 이소시트르산. 이 물질의 다른 이름은 이소시트레이트입니다.

사실, 이 반응은 중간 단계인 시스-아코니트산의 형성을 통해 다소 더 복잡합니다. 그러나 나는 당신이 더 잘 기억할 수 있도록 단순화하기로 결정했습니다. 필요한 경우 다른 모든 것을 기억한다면 여기에 누락된 단계를 추가할 수 있습니다.

사실, 두 기능 그룹은 단순히 교환되었습니다.

세 번째 반응

그래서 우리는 이소시트르산을 얻었습니다. 이제 탈카르복실화(즉, COOH 꼬집음) 및 탈수(즉, H 꼬집음)가 필요합니다. 결과 물질은 α-케토글루타레이트.

이 반응은 여기서 NADH 2 복합체가 형성된다는 점에서 주목할 만하다. 이것은 NAD 수송기가 호흡 사슬을 시작하기 위해 수소를 선택한다는 것을 의미합니다.

나는 Berezov와 Korovkin의 교과서에 있는 Krebs Cycle의 반응 버전을 좋아합니다. 바로 반응에 관여하는 원자와 작용기가 즉시 명확하게 보이기 때문입니다.

네 번째 반응

다시, 시계가 작동하는 방식 nicotineAmideAdenineDinucleotide, 즉 위에. 이 영광스러운 운반체는 마지막 단계에서와 같이 수소를 포획하여 호흡 사슬로 운반하기 위해 여기에 나타납니다.

그건 그렇고, 결과 물질 - 숙시닐-CoA, 당신을 놀라게해서는 안됩니다. 숙시네이트는 숙신산의 또 다른 이름으로, 생물유기화학 시대부터 여러분에게 잘 알려져 있습니다. 숙시닐-코아는 숙신산과 조효소-A의 화합물입니다. 우리는 이것이 숙신산의 에스테르라고 말할 수 있습니다.

다섯 번째 반응

마지막 단계에서 우리는 succinyl-CoA가 succinic acid의 에스테르라고 말했습니다. 그리고 이제 우리는 우리 자신을 얻을 것입니다 숙신산, 즉, 숙시네이트, 숙시닐-CoA로부터. 매우 중요한 점: 바로 이 반응에서 기질 인산화.

일반적으로 인산화(산화성 및 기질일 수 있음)는 완전한 결과를 얻기 위해 GDP 또는 ATP에 PO3인 그룹을 추가하는 것입니다. GTP, 또는 각각 ATP. 기질은 이 동일한 인 그룹이 이를 포함하는 모든 물질에서 분리된다는 점에서 다릅니다. 간단히 말해서 SUBSTRATE에서 HDF 또는 ADP로 전송됩니다. 이것이 "기질 인산화"라고 불리는 이유입니다.

다시 한 번 : 기질 인산화가 시작되는 순간에 이인산 분자가 있습니다 - 구아노신 이인산 또는 아데노신 이인산. 인산화는 2개의 인산 잔기(GDP 또는 ADP)를 갖는 분자가 3개의 인산 잔기를 갖는 분자로 "완성"되어 구아노신 TRI포스페이트 또는 아데노신 TRI포스페이트를 얻는다는 사실로 구성됩니다. 이 과정은 숙시닐-CoA가 숙신산으로(즉, 숙신산으로) 전환되는 동안 발생합니다.

다이어그램에서 문자 F(n)를 볼 수 있습니다. 그것은 "무기 인산염"을 의미합니다. 무기 인산염은 기질에서 GDP로 이동하여 반응 생성물이 좋은 고급 GTP를 포함합니다. 이제 반응 자체를 살펴보겠습니다.

여섯 번째 반응

다음 변신. 이번에는 이전 단계에서 받은 숙신산이 푸마르산염새로운 이중 결합에 주목하십시오.

다이어그램은 반응이 어떻게 관련되어 있는지 명확하게 보여줍니다. 일시적 유행: 이 지칠 줄 모르는 양성자와 전자 운반체는 수소를 집어서 호흡 사슬로 직접 끌어들입니다.

일곱 번째 반응

우리는 이미 결승선에 와 있습니다. Krebs 주기의 끝에서 두 번째 단계는 푸마르산염을 L-말산염으로 전환하는 것입니다. L-말레이트는 다른 이름입니다. L-말산, 생물 유기 화학 과정에서 익숙한.

반응 자체를 보면 먼저 양방향으로 진행되고 두 번째로 그 본질이 수분임을 알 수 있습니다. 즉, 푸마르산염은 단순히 물 분자를 자체에 부착하여 L-말산을 생성합니다.

여덟 번째 반응

Krebs 회로의 마지막 반응은 L-malic acid가 oxaloacetate로 산화되는 것입니다. 옥살로아세트산. 아시다시피 "oxaloacetate"와 "oxaloacetic acid"는 동의어입니다. 옥살로아세트산이 크렙스 회로의 첫 번째 반응의 구성 요소라는 것을 기억할 것입니다.

여기서 우리는 반응의 특이성에 주목합니다. NADH 2의 형성, 전자를 호흡 사슬로 운반합니다. 호흡 사슬에 대한 전자 및 양성자 운반체도 형성되는 반응 3,4 및 6도 잊지 마십시오.

보시다시피 NADH와 FADH2가 형성되는 반응을 빨간색으로 강조 표시했습니다. 이들은 호흡 사슬에 매우 중요한 물질입니다. 녹색은 기질 인산화가 일어나는 반응을 강조하여 GTP를 얻었습니다.

이 모든 것을 기억하는 방법?

사실 그렇게 어렵지는 않습니다. 내 두 기사와 교과서 및 강의를 완전히 읽었으면 이러한 반응을 작성하는 연습만 하면 됩니다. 4개의 반응 블록으로 Krebs 주기를 기억하는 것이 좋습니다. 이 4가지 반응을 여러 번 작성하고 기억에 맞는 각각의 연관성을 선택하십시오.

예를 들어, 구연산에서 이소시트르산이 형성되는 두 번째 반응을 즉시 기억했습니다(어린 시절부터 모든 사람에게 친숙하다고 생각합니다).

다음과 같은 니모닉 메모를 사용할 수도 있습니다. 오늘은 파인애플 통째와 수플레 한 조각이 사실 나의 점심이다., 시리즈에 해당하는 구연산염, 시스-아코니테이트, 이소시트레이트, 알파-케토글루타레이트, 숙시닐-CoA, 숙시네이트, 푸마레이트, 말레이트, 옥살로아세테이트. 더 많은 것이 있습니다.

하지만 솔직히 말해서 나는 그런 시를 거의 좋아하지 않았습니다. 제 생각에는 반응의 순서 자체를 기억하는 것이 더 쉽습니다. 나는 Krebs 주기를 두 부분으로 나누어 큰 도움을 받았습니다. 각 부분은 한 시간에 여러 번 작성하도록 훈련했습니다. 일반적으로 이것은 심리학이나 생명윤리학과 같은 쌍으로 발생했습니다. 이것은 매우 편리합니다. 강의에서 주의가 흐트러지지 않고 문자 그대로 1분 동안 반응을 기억하면서 작성하고 올바른 옵션으로 확인할 수 있습니다.

그건 그렇고, 일부 대학에서는 생화학 시험 및 시험의 경우 교사가 반응 자체에 대한 지식을 요구하지 않습니다. Krebs 주기가 무엇인지, 어디에서 발생하는지, 그 특징과 중요성은 무엇이며 물론 변환 체인 자체만 알면 됩니다. 물질의 이름만 사용하여 수식 없이 사슬만 이름을 지정할 수 있습니다. 내 생각에 이 접근 방식은 의미가 없습니다.

트리카르복실산 순환에 대한 제 가이드가 도움이 되었기를 바랍니다. 그리고 이 두 글이 당신의 강의와 교과서를 완전히 대체하는 것은 아니라는 점을 상기시키고 싶습니다. 크렙스 주기가 무엇인지 대략적으로 이해할 수 있도록 작성했습니다. 제 가이드에서 갑자기 틀린 부분이 보이면 댓글로 적어주세요. 관심을 가져주셔서 감사합니다!

(TsTK, 구연산염 주기, 크렙스 주기)

미토콘드리아 산화 반응과 마찬가지로 TCA는 미토콘드리아에서 발생합니다. 사이클에서 닫힌 일련의 반응입니다.

생성된 PAA 분자는 새로운 Acetyl-CoA 분자와 반응하고 이 주기는 시트르산 형성에서 PAA로의 변환까지 다시 반복됩니다.

9개의 MtO 기질 중 4개가 이 주기의 반응에 관여합니다.

일련의 탈수소 효소 반응이 발생합니다. 이 중 3, 4 및 8은 NAD 의존성 탈수소효소의 참여로 발생하며 이러한 각 반응을 통해 3개의 ATP 분자를 얻을 수 있습니다. 6단계에서는 2개의 ATP 분자(P/O = 2) 형성과 관련된 FAD 의존적 탈수소효소 반응이 발생합니다.

5단계에서는 기질 인산화에 의해 1ATP 분자가 형성된다.

TCA 주기의 1주기 동안 총 12개의 ATP 분자가 형성됩니다.

TCA의 의미는 아세트산의 잔류물이 분해되어 다량의 ATP가 형성된다는 것입니다. 또한 CO 2 및 H 2 O는 대사의 최종 생성물인 아세테이트 잔류물에서 형성됩니다.

CO 2는 CTC 동안 두 번 형성됩니다.

1. 세 번째 단계(이소시트레이트의 산화)

2. 네 번째 단계(알파-케토글루타레이트의 산화).

CTC가 시작되기 전에 PVC가 Acetyl-CoA로 전환되는 동안 형성되는 CO 2 분자가 하나 더 추가되면 PVC가 분해되는 동안 형성된 3개의 CO 2 분자에 대해 이야기할 수 있습니다. 전체적으로 PVC가 분해되는 동안 형성된 이러한 분자는 신체에서 배출되는 이산화탄소의 최대 90%를 차지합니다.

최종 CTC 방정식

CTC의 생물학적 중요성

CTC의 주요 역할은 많은 양의 ATP를 형성하는 것입니다.

1. CTK는 ATP의 주요 공급원입니다. 다량의 ATP 형성을 위한 에너지는 Acetyl-CoA가 CO 2 및 H 2 O로 완전히 분해되어 제공됩니다.

2. CTC는 모든 종류의 물질에 대한 이화작용의 보편적인 최종 단계입니다.

3. TCA는 동화 작용(TCA의 중간 생성물) 과정에서 중요한 역할을 합니다.

구연산염 → 지방산 합성에서

알파케토글루타레이트와 PAA에서 → 아미노산 합성

파이크 → 탄수화물 합성에서

숙시닐-CoA에서 → 헴 헤모글로빈 합성

자율적 자율 규제 CTC

TCA에는 두 가지 핵심 효소가 있습니다.

1) 구연산 합성 효소(1차 반응)

2) 이소시트레이트 탈수소효소(3차 반응)

두 효소 모두 과잉 ATP 및 NADH 2 에 의해 알로스테릭하게 억제됩니다. Isocitrate 탈수소효소는 ADP에 의해 강력하게 활성화됩니다. ADP가 없으면 이 효소는 비활성화됩니다. 에너지 휴식 조건에서 ATP 농도가 증가하고 TCA 반응 속도가 낮아 ATP 합성이 감소합니다.

Isocitrate dehydrogenase는 citrate synthase보다 ATP에 의해 훨씬 더 강력하게 억제되어 에너지 휴지기 상태에서 citrate의 농도가 증가하고 촉진확산에 의해 농도구배를 따라 세포질로 들어간다. 세포질에서 구연산염은 지방산 합성에 관여하는 아세틸-CoA로 전환됩니다.

4. 트리카르복실산 회로

전체 이화작용 경로의 두 번째 구성요소는 CTC입니다. 이 주기는 1937년 Krebs와 Johnson에 의해 발견되었습니다. 1948년 Kennedy와 Lehninger는 TCA 효소가 미토콘드리아 기질에 국한되어 있음을 증명했습니다.

4.1. 트리카르복실산 회로의 화학.유리 아세트산은 탈수소화에 의해 산화될 수 없습니다. 따라서, 이는 이전에 옥살로아세테이트(PAA, 옥살로아세트산)와 관련된 활성 형태(아세틸-CoA)로 존재하여 시트레이트를 형성합니다.

1. 아세틸-CoA는 다음으로 촉매되는 알돌 축합 반응에서 옥살로아세테이트와 결합합니다. 구연산염 합성 효소. 시트릴-CoA가 형성됩니다. 시트릴-CoA는 시트르산 및 HS-CoA에 물의 참여로 가수분해됩니다.

2. 아코니테이트 하이드라타제 (ㅏ 코니타제) 시스-아코니트산 단계를 통해 시트레이트에서 이소시트레이트로의 전환을 촉매합니다. 작용 기전에 따르면 아코니타제는 수화효소이자 이성질화효소입니다.

3. 이소시트레이트 탈수소효소 isocitric acid의 oxalosuccinate(oxalosuccinic acid)로의 탈수소화를 촉매화한 다음 2-oxoglutarate(α-ketoglutarate)로 탈탄산됩니다. 조효소는 NAD+(미토콘드리아 내) 및 NADP+(세포질 및 미토콘드리아 내)입니다.

4. 2-Oxoglutarate dehydrogenase complex (α-ketoglutarate dehydrogenase complex) 2-옥소글루타레이트의 석시닐-CoA로의 산화적 탈카르복실화를 촉매합니다. 다중 효소 2-옥소글루타레이트 탈수소효소이 복합체는 피루브산 탈수소효소 복합체와 유사하며 과정은 피루브산의 산화적 탈카르복실화와 유사하게 진행됩니다.

5. 숙시닐티오키나제숙시닐-CoA가 숙신산과 조효소 A로 분해되는 것을 촉매합니다. 숙시닐-CoA 분해를 위한 에너지는 구아노신 삼인산(GTP)의 형태로 축적됩니다. 결합된 재인산화 반응에서 ADP는 ATP로 인산화되고 방출된 GDP 분자는 재인산화될 수 있습니다( 기질 인산화). 식물에서 효소는 ADP와 ATP에 특이적입니다.

6. 숙시네이트 탈수소효소석시네이트에서 푸마르산으로의 전환을 촉매합니다. 이 효소는 미토콘드리아의 내막에 내장되어 있고 보철 그룹으로 FAD 및 철-황 단백질을 포함하기 때문에 입체 특이적이며 통합 단백질입니다. FADH2는 효소에서 분리되지 않고 두 개의 전자는 미토콘드리아 내막의 전자전달계에 있는 조효소 Q로 더 전달된다.

7.푸마레이트 수화효소(fumarase)물과 함께 푸마르산을 말산(말산)으로 전환하는 것을 촉매합니다. 효소는 입체 특이적이며 L-말레이트만 형성합니다.

8.말산 탈수소효소말산의 옥살로아세테이트로의 산화를 촉매합니다. 코엔자임 말레이트 탈수소효소 - NAD +. 또한, oxaloacetate는 acetyl-CoA와 다시 축합되고 순환이 반복됩니다.

4.2. 트리카르복실산 회로의 생물학적 중요성과 조절.트리카르복실산 회로는 탄수화물, 지방산 및 아미노산의 연료 분자가 산화되는 전체 이화작용 경로의 구성요소입니다. 대부분의 연료 분자는 아세틸-CoA의 형태로 TCA에 들어갑니다(그림 1). 모든 TCA 반응은 동일한 방향으로 조정된 방식으로 진행됩니다. D G 0 ¢ = -40 kJ / mol의 총 값.

의사들 사이에는 오랫동안 "지방은 탄수화물의 불꽃에서 타오른다"는 캐치프레이즈가 있습니다. 이것은 아세틸-CoA의 산화로 이해되어야 하며, 그 주요 공급원은 지방산의 β-산화이며, 주로 탄수화물로부터 형성된 옥살로아세테이트와의 축합 후(피루브산의 카르복실화 동안). 탄수화물 대사 장애 또는 기아로 인해 옥살로아세테이트 결핍이 생성되어 TCA에서 아세틸-CoA의 산화가 감소합니다.

그림 1. 세포 호흡에서 TCA의 역할. 아세틸-CoA 분자에서 8개의 전자를 추출하는 단계 1(CTC); 2단계(전자 수송 사슬) 2개의 산소 분자 환원 및 양성자 구배 형성(~36 H +); 3단계(ATP 합성효소)는 양성자 구배의 에너지를 사용하여 ATP(~9 ATP)를 형성합니다(Berg J.M., Tymoczko J.L., Stryer L. Biochemistry. N-Y: W.H.Freeman and Company, 2002). ).

TCA의 주요 대사 역할은 두 가지 과정으로 나타낼 수 있습니다. 1) 일련의 산화환원 반응으로 아세틸기가 2개의 CO2 분자로 산화됩니다. 2) 4중 탈수소화로 3개의 NADH + H + 분자와 1개의 FADH 2 분자가 형성됩니다. 산소는 전자 수송 사슬의 끝에서 전자 수용체로서 간접적으로 CTC의 기능과 NAD+ 및 FAD의 재생에 필요합니다.

ATP의 합성과 가수분해는 TCA의 조절에 가장 중요합니다.

1. Isocitrate dehydrogenase는 기질에 대한 효소의 친화력을 증가시켜 ADP에 의해 알로스테릭하게 활성화됩니다. NADH는 NAD+를 대체하여 이 효소를 억제합니다. ATP는 또한 isocitrate dehydrogenase를 억제합니다. 대사 산물을 TCA로 전환하려면 여러 단계에서 NAD + 및 FAD가 필요하며 그 양은 낮은 에너지 전하 조건에서만 충분합니다.

2. 2-oxoglutarate dehydrogenase (α-ketoglutarate dehydrogenase) 복합체의 활성은 pyruvate dehydrogenase complex의 조절과 유사하게 조절 . 이 복합체는 succinyl-CoA 및 NADH(2-oxoglutarate 탈수소효소 복합체에 의해 촉매되는 변환의 최종 산물)에 의해 억제됩니다. 또한, 2-옥소글루타레이트 탈수소효소 복합체는 세포의 고에너지 전하에 의해 억제됩니다. 따라서 TCA의 변환 속도는 세포에 ATP가 충분히 공급되면 감소합니다(그림 11.2). 많은 박테리아에서 시트르산 합성효소는 아세틸-CoA에 대한 KM을 증가시켜 ATP에 의해 알로스테릭하게 억제됩니다.

이화 작용의 일반적인 경로 조절 계획은 그림 2에 나와 있습니다.

쌀. 2. 이화 작용의 일반적인 경로 조절. TCA의 기능을 조절하는 주요 분자는 ATP와 NADH입니다. 조절의 주요 포인트는 isocitrate dehydrogenase와 2-oxoglutarate dehydrogenase complex입니다.

4.3. 이화 작용의 일반적인 경로의 활기찬 역할

이화작용의 일반적인 경로에서 다음 반응에서 피루브산 1분자로부터 3분자의 CO 2가 형성됩니다. 전체적으로 1 분자의 피루브산이 산화되는 동안 5 쌍의 수소 원자가 제거되며 그 중 1 쌍은 숙신산에서 나와 FADH 2의 형성과 함께 FAD에 들어가고 4 쌍 - NAD + 4 분자에 대해 피루브산의 산화적 탈카르복실화 동안 4분자의 NADH + H + 형성, 2-옥소글루타르산, 이소시트레이트 및 말레이트의 탈수소화. 궁극적으로 수소 원자는 5개의 H 2 O 분자가 형성되면서 산소로 옮겨지고, 방출된 에너지는 ATP 분자의 형태로 산화적 인산화 반응에 축적됩니다.

총계:

1. 피루브산의 산화적 탈카르복실화 ~ 2.5 ATP.

2. TCA 및 관련 호흡 사슬에서 ~ 9 ATP.

3. 기질의 인산화 반응에서 CTK ~ 1 ATP.

TCA 및 산화적 인산화의 관련 반응에서 한 아세틸-CoA 분자의 아세틸기가 산화되는 동안 대략 10개의 ATP가 형성됩니다.

전체적으로 이화작용의 일반적인 경로에서 1분자의 피루브산이 변형된 결과 약 12.5개의 ATP 분자가 방출됩니다.