 |
Нарушение энергетического обмена при дефиците витаминов
|
|
|
|
Дефицит витаминов, которые участвуют в наработке энергии (в ЦТД), может приводить к нарушению энергетического обмена. Например, НАД является коферментной формой витамина РР; ФАД и ФМН являются производными витамина В2. Недостаточность этих витаминов в организме вызывает развитие гипоэнергетического состояния.
ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ
Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), или цитратный цикл, был открыт английским биохимиком Г. Кребсом, в связи с чем и называется именем ученого. Этот метаболический путь локализуется в матриксе митохондрий. Реакции цикла Кребса представлены на рис. 10.
ЦТК – это путь окисления ацетил-КоА (остатков уксусной кислоты), который образуется при катаболизме большей части основных органических соединений, используемых клеткой в энергетических целях – углеводов, жиров, белков (аминокислот).
Рис. 10. Реакции цикла трикарбоновых кислот
Цикл Кребса начинается с соединения ацетил-КоА со ЩУК (щавелевоуксусной кислотой, или оксалоацетатом), в результате чего образуется трикарбоновая кислота цитрат (лимонная кислота). В ходе ряда последовательных реакций происходит дегидрирование и декарбоксилирование субстратов с образованием доноров водорода (НАДН2, ФАДН2) и выделением двух молекул СО2. Доноры водорода поставляют протоны и электроны в ЦТД (цепь тканевого дыхания), участвуя в наработке АТФ. Образование двух молекул СО2 означает «сгорание» в цикле Кребса двууглеродного скелета остатка уксусной кислоты молекулы ацетил-КоА. Таким образом, ацетильный остаток окисляется в ЦТК до СО2 и Н2О, и при этом происходит регенерация молекулы ЩУК.
Энергетика цикла Кребса
ЦТК является главным путем наработки энергии в клетке. В цикле Кребса существует пять реакций, связанных с образованием энергии:
|
|
|
 |
В трех из них образуется НАДН2. Это реакции, катализируемые изоцитратдегидрогеназой, α-кетоглутарат-дегидрогеназой и малатдегидрогеназой. Затем НАДН2 окисляется в ЦТД и дает 3 молекулы АТФ. Таким образом, 3 молекулы НАДН2 образуют 9 молекул АТФ.
В одной реакции образуется ФАДН2. Это реакция, катализируемая сукцинатдегидрогеназой. ФАДН2 окисляется в ЦТД и дает 2 молекулы АТФ.
Реакция превращения сукцинил-КоА в сукцинат, катализируемая тиокиназой, называется реакцией субстратного фосфорилирования. В ней происходит образование ГТФ из ГДФ и Фн за счет энергии макроэргической связи субстрата –сукцинил-КоА. Затем ГТФ трансфосфорилируется с АДФ с образованием АТФ. Таким образом, одна молекула АТФ нарабатывается непосредственно в цикле Кребса вне связи с ЦТД.
Суммарно в ЦТК из одной молекулы ацетил-КоА образуется 12 молекул АТФ.
Биологическая роль ЦТК
1. Катаболизм ацетил-КоА. Ацетил-КоА является продуктом катаболических реакций (специфических путей катаболизма) в обмене углеводов, липидов и аминокислот. ЦТК представляет собой общий путь катаболизма ацетил-КоА. Остаток ацетила в молекуле ацетил-КоА содержит два атома углерода, поэтому при катаболизме ацетил-КоА в цикле Кребса образуется две молекулы CO2. Реакции декарбоксилирования, протекающие в ЦТК, дают бóльшую часть всего СО2, нарабатывающегося в организме.
2. Образование энергии (энергетическая функция). При сгорании 1 молекулы ацетил-КоА в ЦТК образуется 12 молекул АТФ.
3. Анаболическая функция. Метаболиты ЦТК могут служить в качестве субстратов в различных биосинтетических реакциях. Например, ЩУК (оксалоацетат) является предшественником для синтеза глюкозы; α-кетоглутарат используется для синтеза глутаминовой кислоты, ЩУК – для синтеза аспарагиновой кислоты (затем обе эти аминокислоты используются для синтеза белка); ацетил-КоА может идти на синтез жирных кислот, холестерина, кетоновых тел; сукцинил-КоА – на синтез гема.
|
|
|
4. Интегративная функция. Через цикл Кребса происходит взаимосвязь всех видов обмена веществ (углеводного, липидного, аминокислотного) путем превращения одного типа субстратов в другие.
Регуляция ЦТК
Главными регуляторными ферментами цикла Кребса являются цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа и α-кето-глутаратдегидрогеназный комплекс. Все эти реакции ингибируются НАДН2 (т.е. продуктом ЦТК) и АТФ. Таким образом, ЦТК выключается, когда энергия есть в избытке. Когда энергетические запасы клетки (АТФ и НАДН2) снижаются, происходит активация ЦТК, т.е. АДФ и НАД (окисленный) активируют цикл Кребса. Жирные кислоты ингибируют цитратсинтазу.
|
|
|
