Тема: біоенергетика. Енергетичний обмін

Термінальне окислення білків, вуглеводів, ліпідів. Енергетичний обмін

Цикл лимонної кислоти – цикл трикарбонових кислот (ЦТК), цикл Кребса – кінцевий загальний шлях окислювання білків, ліпідів. вуглеводів.

Катаболізм білків, ліпідів, вуглеводів здійснюється в 3 етапи:

1. Переварювання й усмоктування (1% енергії).

2. Проміжний обмін (специфічні шляхи катаболізму) (29% енергії).

3. Загальний кінцевий шлях розпаду – термінальне окислення (70% енергії).

Специфічні шляхи містять у собі гліколіз, β-окислення ВЖК, а також дезамінування, переамінування і декарбоксилювання амінокислот.

Загальний кінцевий шлях розпаду включає окисне декарбоксилювання ПВК, цикл Кребса і ЛПЕ.

Окисне декарбоксилювання ПВК протікає аеробно у матриксі мітохондрій під впливом мультиензимного комплексу (3 ферменти і 5 коферментів, М= 10 млн) у 4 стадії.

Піруватдегідрогеназний комплекс приєднаний до внутрішньої мембрани мітохондрій з боку матрикса. Сумарна реакція:

Цикл лимонної кислоти – цтк – цикл Кребса

Цикл лимонної кислоти являє собою серію реакцій, що протікають у мітохондріях, у ході яких здійснюється катаболізм ацетильных груп (до 2СО₃) і утворення відновлених еквівалентів (НАДН⁺ + Н⁺ і ФАДН⁺), що є субстратами (донорами електронів) у реакціях дихального ланцюга і тісно зв'язаного з нею аеробного фосфорилювання.

Біохімічні функції циклу Кребса:

1. Інтегративна – об’єднує 3 шляхи катаболізму білків, вуглеводів, ліпідів.

2. Катаболічна – поставляє субстрати для ЛПЕ; утворює 2 молекули О₂, ізоцитрат, α-кетоглутарат, малат, 3НАДН⁺ + Н⁺ + ФАДН₂.

3. Анаболічна – проміжні з'єднання циклу лимонної кислоти включаються в наступні процеси біосинтезу:

а) глюконеогенез – перетворення ПВК і оксалоацетату в глюкозу;

б) синтез ВЖК з ацетил-КоА;

в) синтез замінних амінокислот реакціями переамінування α-кетокислот;

г) синтез піримідинових і пуринових основ;

д) синтез порфіринів із сукциніл-КоА;

е) синтез кетонових тіл з ацетил-КоА.

Центральна роль ацетил-КоА в метаболізмі визначається тим, що, будучи продуктом катаболізму вуглеводів, ліпідів і амінокислот, він може бути або цілком окислений у циклі лимонної кислоти і дихального ланцюга до СО₂ і Н₂О, або ж використаний у якості активного проміжного з'єднання для синтезу.

Енергетична роль цтк

За період кожного циклу утворюється 1 ГТФ, 3 НАДН⁺ + Н⁺ і ФАДН₂, що генерують утворення 12 молекул АТФ (ГТФ – у субстратному фосфорилюванні, а відновлені еквіваленти – в окисному фосфорилюванні). ЦТК – амфіболічний цикл, тому що він створює продукти, що окисляються, і продукти для анаболізму.

Регуляція циклу Кребса

Реакція всього циклу, що лімітує цикл Кребса – реакція синтезу цитрату (фермент цитратсинтаза). Регуляторні ферменти циклу Кребса:

1. Піруватдегідрогеназа (інгібітори: АТФ, НАДН⁺ + Н⁺, цитрат, ацетил-КоА; активатори: АДФ, НАД⁺, глюкозо-6-фосфат, Са²⁺, Mg²⁺, HS-KoА, фруктозо-2, б-дифосфат).

2. Цитратсинтаза (інгібітори: АТФ, НАДН + Н\ ВЖК, сукцинил-КоА; активатори: НАД⁺, АДФ).

3. Ізоцитратдегідрогеназа декарбоксилююча (інгібітори: АТФ, НАДН⁺ + Н⁺; активатори: АДФ, НАД⁺, Mn⁺).

4. -кетоглутаратдегідрогеназний комплекс (інгібітори: АТФ, НАДН + Н⁺; активатори: АДФ, НАД⁺.

Піровиноградна кислота є одним з центральних метаболітів вуглеводного обміну. Вона утворюється в процесі розпаду глюкози і глікогену в тканинах при окислюванні молочної кислоти, а також у результаті перетворень ряду амінокислот. При окисному декарбоксилюванні ПВК утворюється ацетил-КоА, що вступає в цикл Кребса. Піровиноградна кислота є одним з основних субстратів глюконеогенезу.