Автор работы: Пользователь скрыл имя, 10 Ноября 2013 в 17:06, курсовая работа
Конечным продуктом гликолитического пути является пировиноградная кислота (ПВК). У аэробных организмов (животные, растения, многие микроорганизмы) пируват подвергается дальнейшему превращению - окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-СоА. Этот активированный ацетильный комплекс далее полностью окисляется до СО2 и Н2О, вовлекаясь таким образом в цикл Кребса или цикл трикарбоновых кислот (ЦТК)
Этот цикл назван в честь Ганса Кребса - английского биохимика, лауреата Нобелевской премии, определившего последовательность реакций цикла.
Другая модификация цикла Кребса (так называемый 4-аминобутиратный шунт) – это превращение кетоглутаровой кислоты в сукцинат через глутамат, 4-аминобутират и янтарный семиальдегид (3-формилпропионовую кислоту). Эта модификация важна в ткани мозга, где около 10% глюкозы расщепляется по этому пути.
Тесное сопряжение цикла Кребса с дыхательной цепью, особенно в митохондриях животных, а также ингибирование большинства ферментов цикла под действием АТФ, предопределяют снижение активности цикла при высоком фосфорильном потенциале клетки, т.е. при высоком соотношении концентраций АТФ/АДФ. У большинства растений, бактерий и многих грибов тесное сопряжение преодолевается развитием несопряженных альтернативных путей окисления, позволяющих поддерживать одновременно дыхательную активность и активность цикла на высоком уровне даже при высоком фосфорильном потенциале.
Рис. 2. Схема цикла трикарбоновых кислот
Регуляция превращения пирувата в ацетил-СоА и цикла трикарбоновых кислот
Поскольку цикл трикарбоновых кислот занимает центральное положение в обмене веществ и энергии, его регуляция играет кардинальную роль у аэробных организмов. Интенсивность функционирования цикла в первую очередь определяется скоростью поступления «топлива» т.е. ацетил-СоА, предшественниками которого являются пируват и жирные кислоты. Важную роль в регуляции поставки ацетил-СоА играет ковалентная модификация пируватдегидрогеназного комплекса. В качестве вспомогательных ферментов в регуляции пируватдегидрогеназного комплекса служат киназа пируватдегидрогеназы и фосфатаза фосфопируватдегидрогеназы. Киназа пируватдегидрогеназы при достаточно высокой концентрации АТР в клетке катализирует реакцию фосфорилирования серинового остатка в активном центре пируватдегидрогеназы, что приводит к образованию неактивной формы фермента — фосфопируватдегидрогеназы.
Активация неактивной пируватдегидрогеназы осуществляется при снижении уровня АТР в клетке, что происходит в результате отщепления фосфатной группы от серинового остатка под действием фосфа- тазы фосфопируватдегидрогеназы. Важно отметить, что активаторами фосфатазы фосфопируватдегидрогеназы являются ионы Са2+, концентрация которых увеличивается при дефиците АТР. Кроме того, роль аллостерических ингибиторов пируватдегидрогеназного комплекса играют NADH и ацетил-СоА. Вполне логично можно было бы считать, что и реакция конденсации ацетил-СоА с оксалоацетатом — важная регуляторная реакция цикла. Действительно, ее скорость находится в тесной взаимосвязи с наличием в матриксе митохондрий АТР, который является специфическим ингибитором цит- ратсинтазы в ряде типов клеток.
Установлено, что АТР повышает константу Км для ацетил-СоА; иными словами, с увеличением содержания АТР в реакционной системе снижается насыщение фермента ацетил-СоА и в результате уменьшается скорость синтеза цитрата. Уровень АТР в клетке определяется скоростью окисления NADH в цепи переноса электронов, которая, в свою очередь, зависит от концентрации ADP и Р.. Если в процессе катаболизма образуется больше АТР, чем это необходимо для энергетических потребностей клетки, концентрация ADP падает до низкого уровня, выключая, таким образом, процесс синтеза АТР.
Важную роль в регуляции активности цитратсинтазы играет также концентрация второго субстрата — оксалоацетата, концентрация которого в митохондриях очень низка и зависит от условий метаболизма. Существенное влияние на цитратсинтазу оказывает также концентрация сукцинил-СоА, ингибирующего ферментативную активность за счет снижения сродства к ацетил-СоА. Ингибирующий эффект на фермент могут оказывать также жирные кислоты, являющиеся предшественником ацетил-СоА. Кроме того, роль ингибиторов цитратсинтазы у некоторых организмов могут играть NADH и цитрат.
Второй регуляторной реакцией является окисление изоцитрата, катализируемое NAD-специфичной изоцитратдегидрогеназой. Действие фермента в клетках животных, некоторых микроорганизмов стимулируется ADP или АМР, которые повышают его сродство к субстрату. В растениях роль положительного модулятора изоцитратдегидрогеназ- ной активности играет цитрат. В клетках различных типов NADH и NADPH ингибируют фермент путем конкуренции с NAD+.
Третьей регуляторной реакцией цикла является окислительное декарбоксилирование 2-оксоглутарата, катализируемое 2-оксоглута- ратдегидрогеназным комплексом; ингибиторами этого комплекса являются сукцинил-СоА и NADH.
Еще одним способом регуляции цикла трикарбоновых кислот, связанным с фосфорилированием адениловой системы, является реакция субстратного фосфорилирования, требующая GDP. В этом случае определяющую роль играет соотношение GTP/GDP.
В заключение можно сказать, что когда величины отношений NADH/NAD+, ATP/ADP, ацетил-СоА/СоА, сукцинил-СоА/СоА высоки, клетка в достаточной мере обеспечена энергией, и поток превращаемых соединений в цикле замедлен. Если эти соотношения низки, клетка испытывает потребность в энергии, и этот поток веществ через цикл ускоряется. Короче говоря, поступление двухуглеродных фрагментов в цикл трикарбоновых кислот и скорость цикла снижаются при высоком уровне энергии в клетке; эти процессы усиливаются при интенсивном расходе энергии.
Методы исследования
После окончания Гамбургского университета Кребс начал работать в качестве ассистента-лаборанта у О. Варбурга в институте биологии кайзера Вильгельма в Берлине.
Варбург разработал экспериментальный метод исследования клеточного дыхания – потребления кислорода и выделения углекислого газа в процессе метаболизма углеводов, жиров и белков. Вместо того чтобы изучать дыхание у интактных животных или исследовать целые органы, Варбург стал использовать тонкие срезы свежих тканей, помещенные в герметичный сосуд с датчиком давления. Когда в процессе биохимических реакций ткани поглощали кислород, давление в сосуде снижалось, и это служило объективным показателем дыхательной активности.
В 1937 г. Кребс, используя экспериментальную систему, сходную с установкой Варбурга, описал цикл трикарбоновых кислот.
Практическая часть
Заключение
Представление о цикле
Кребса позволяет понять, каким образом
из питательных веществ в
Открытие циклического принципа промежуточных обменных реакций стало вехой в развитии биохимии, т. к. дало ключ к пониманию путей метаболизма. Кроме того, оно стимулировало другие экспериментальные работы и расширило представления о последовательностях клеточных реакций.
Список литературы