Гликолиз и цикл кребса как поставщики внутриклеточной энергии реферат

Обновлено: 07.07.2024

а) Высвобождение энергии из молекулы глюкозы путем гликолиза. Полное окисление 1 грамм-молекулы глюкозы сопровождается выделением 686000 калорий энергии, при этом только 12000 калорий необходимо для образования 1 грамм-молекулы АТФ. Если бы сразу вся глюкоза окислялась до воды и углекислого газа при образовании 1 молекулы АТФ, потери энергии были бы неизбежны. К счастью, во всех клетках организма присутствуют особые белковые ферменты, обеспечивающие последовательное поэтапное расщепление молекулы глюкозы при образовании молекулы АТФ. При этом выделяемая на каждом этапе небольшими порциями энергия используется для образования АТФ, что обеспечивает образование 38 моль АТФ при окислении каждого моля глюкозы.

б) Гликолиз и образование пировиноградной кислоты. Едва ли не самый важный способ преобразования молекулы глюкозы, приводящий к высвобождению энергии, начинается процессом гликолиза. Конечные продукты гликолиза подлежат последующему окислению, что сопровождается высвобождением энергии. Гликолиз — это последовательность реакций, в результате которых одна молекула глюкозы расщепляется с образованием двух молекул пировиноградной кислоты.

Гликолиз обеспечивается 10 последовательными реакциями, представленными на рисунке. Каждый из этих этапов катализируется одним из специфических белков-ферментов. Обратите внимание, что глюкоза прежде всего превращается в фруктозо-1,6-дифосфат, а затем расщепляется на 2 молекулы, содержащие три атома углерода, глицеральдегид-3-фосфат, каждая из которых, пройдя пять дополнительных этапов, становится пировиноградной кислотой.

в) Образование АТФ во время гликолиза. При расщеплении молекулы глюкозы на большей части этапов выделяется очень небольшое количество свободной энергии, несмотря на многочисленность химических реакций, участвующих в процессе гликолиза. Однако на этапах преобразования 1,3-дифосфоглицериновой кислоты в 3-фосфоглицериновую кислоту и фосфоенолпировиноградной кислоты — в пировиноградную кислоту выделяются порции энергии более 12000 калорий на моль, чем необходимо для образования молекулы АТФ, поэтому эти этапы и сопровождаются образованием АТФ. В итоге из каждого моля фруктозо-1,6-фосфата при его расщеплении до пировиноградной кислоты образуются 4 моля АТФ.

Две молекулы АТФ необходимы для фосфорилирования исходной глюкозы при образовании фруктозо-1,6-дифосфата, т.е. для обеспечения начальных этапов гликолиза, поэтому чистый выход АТФ в процессе гликолиза составляет только 2 моля АТФ на каждый моль использованной глюкозы. При этом количество энергии, запасенной в виде АТФ, эквивалентно 24000 калорий. Во время гликолиза суммарно около 56000 калорий теряется на каждый использованный моль глюкозы, поэтому в целом эффективность этого механизма в пересчете на количество связанной в форме АТФ энергии составляет всего 43%. Остальные 57% энергии теряются в виде тепла.

Последовательность химических реакций, ответственных за гликолиз

г) Превращение пировиноградной кислоты в ацетилкоэнзим А. Следующая стадия расщепления глюкозы включает два этапа превращения 2 молекул пировиноградной кислоты (для облегчения понимания просим вас изучить рисунок выше) в 2 молекулы ацетилкоэнзима А (ацетил-КоА) в соответствии с приводимыми уравнениями:

В результате этих реакций образуются 2 молекулы углекислого газа и 4 атома водорода, а 2 остатка молекул пировиноградной кислоты связываются с коэнзимом А (производным панто-теновой кислоты) с образованием ацетил-КоА. В итоге этих превращений АТФ не образуется, но в последующем, когда 4 высвободившихся атома водорода будут окислены, образуются 6 молекул АТФ, как будет показано далее.

д) Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Следующая стадия расщепления глюкозы получила название цикла лимонной кислоты (другое название — цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса). Этот цикл представляет собой последовательность химических реакций, в результате которых ацетил-КоА расщепляется до углекислого газа и атомов водорода. Эти реакции осуществляются в матриксе митохондрий. Атомы водорода, отщепляемые от промежуточных продуктов в реакциях дегидрирования при гликолизе и в цикле Кребса, будут последовательно окисляться (что обсуждается далее) с выделением огромного количества энергии в виде АТФ.

На рисунке ниже показаны различные этапы химических реакций цикла лимонной кислоты.

Химические реакции цикла лимонной кислоты (цикла Кребса), демонстрирующие высвобождение углекислого газа и количество атомов водорода, образующиеся в этом цикле

Вещества, показанные в левой части рисунка, вступают в химические реакции, а продукты этих реакций изображены в правой части рисунка. Заметьте, что верхняя часть колонки начала химических реакций представлена щавелево-уксусной кислотойу и в конце цепи реакций в основании колонки вновь появляется щавелево-уксусная кислота.

На начальной стадии цикла лимонной кислоты ацетил-КоА взаимодействует с щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту. Коэнзим А отделяется от ацетил-КоА и может использоваться вновь для образования новых молекул ацетил-КоА из пировиноградной кислоты.

Ацетильная часть может использоваться, становясь составной частью молекулы лимонной кислоты. На протяжении последующих стадий цикла лимонной кислоты в реакцию вступают молекулы воды, как показано в левой части рисунка. В итоге образуются углекислый газ и атомы водорода.

Суммарный итог реакций цикла лимонной кислоты приводится на рисунке. В итоге метаболических процессов из каждой исходной молекулы глюкозы получаются 2 молекулы ацетил-КоА, вступающие в реакции цикла лимонной кислоты наряду с 6 молекулами воды. В результате образуются 4 молекулы углекислого газа, 16 атомов водорода и 2 молекулы коэнзима А. Кроме того, образуются 2 молекулы АТФ.

Видео реакции цикла Кребса кратко и понятно

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса) — универсальный метаболический путь окисления в клетках живых организмов продуктов распада жиров, углеводов и белков, при котором выделяется энергия, необходимая для жизнедеятельности. Цикл Кребса выполняет интегративную функцию, связывая в живых организмах реакции катаболизма и анаболизма [1, 3, 5].

Первооткрыватель этого биохимического процесса сэр Ганс Кребс при получении Нобелевской премии в своей лекции сказал следующее [2]: «Наличие одного и того же механизма образования энергии у всех живых существ позволяет сделать ещё два вывода.

Метаболизм как основа жизнедеятельности клетки

Спорт является мощным фактором, влияющим на биологическую и социальную природу человека. Неумелое использование этого полезного фактора, призванного улучшить физическое развитие человека и способствовать формированию у него таких качеств, как смелость, ловкость, сила, выносливость, может превратить его в фактор, приносящий вред. В связи с этим представляется важным установить закономерности возникновения в организме изменений под влиянием занятий спортом.

Во-вторых, политическую власть важно завоевать, но не менее важно ее удержать и реализовать при этом те цели, которые поставлены утвердившейся у власти политической силой. Здесь также роль экономической системы трудно переоценить. Речь идет о легитимации политической власти, признании ее народом, поддержке населением страны. В этом отношении многое зависит от проводимой политической властью экономической политики, политического курса. Народ, несомненно, будет поддерживать политическую власть, обеспечившую экономическую стабильность, рост благосостояния, оптимальную среду для предпринимательской деятельности, социальную защищенность граждан. В случае же, если государство оказывается бессильным выполнить то, что от него ждет народ, политическая власть рискует утратить легитимность.

Диагностика математического развития как основа целеполагания и проектирования работы по ФЭМП

В процессе написания данной курсовой работы были использованы учебные материалы на тему таможенного дела, периодическая печать, интернет ресурсы, данные с официального сайта Федеральной таможенной службы РФ.

Размышляя об обмене информацией в организации, обычно думают о людях, которые говорят в процессе личного общения или в группах на собраниях, разговаривают по телефону или читают и составляют записки, письма и отчеты. Хотя на эти случаи приходится основная часть коммуникаций в организации, коммуникации представляют собой всепроникающий и сложный процесс.

Так, работы Верховцев О.А., Дармиловой Ж.Д., Ефремова О. В., Кузнецова Б.Т., Медынского В.Г., Морозова Ю.П., Фатхудинова Р.А., Шемякиной Т.Ю., Ярошкиной Е. С. раскрывают содержание и значение инновационной деятельности и инновационного процесса на предприятии.

Выступая базой развития отечественного законодательства, Конституция РФ задаёт высокую планку для принимаемых в государстве законов и подзаконных актов, которые не должны противоречить ей и друг другу.

79. В результате катаболизма глюкозы в клетках образовалось 5 молей мочевой кислоты и

2. молей углекислого газа. Рассчитайте: а) сколько молей глюкозы подверглось гликолитическому распаду и сколько полному окислению; б) сколько молей АТФ при этом синтезировалось? Сколько молей лактата образуется при гликолитическом расщеплении 1 моля глюкозы? Сколько молей углекислого газа образуется при полном окислении 1 моля глюкозы? Каков энергетический выход анаэробного гликолиза и полного окисления глюкозы?

В заключение отметим, что проблема восстановления в спорте состоит в дальнейшем изыскании и разработке наиболее эффективных реабилитационных средств и, особенно в научном обосновании системы их применения [2].

В настоящее время использование брожения совершенствуется в части селекции штаммов микроорганизмов, применяемых в пищевой промышленности, создания новых типов оборудования и режимов проведения собственно бродильных процессов.

5.Значение: вирусы наносят огромный вред, вызывая болезни растений (табачная мозаика, мозаика огурцов, желтуха свеклы, бронзовость томатов и др.).

Животных и человека поражают около 300 форм вирусов. Такие болезни человека, как грипп, корь, полиомиелит вызываются вирусами. Некоторые вирусы, обитающие в кишечнике человека и животных полезны, т.к. поражают бактерии, вызывающие дизентерию. Их применяют для лечения брюшного тифа, холеры. Вирусные заболевания могут быть очень опасны, однако если организм обладает хорошим иммунитетом, то он способен бороться с вирусом, начиная с момента проникновения его через клеточную мембрану (плазмалемму) или путем защитной реакции (образование белка интерферона, который препятствует размножению вируса)

Тромбоциты (от тромб и греч. kуtos вместилище, здесь клетка), один из видов форменных элементов крови позвоночных животных и человека; участвуют в процессе её свертывания. Тромбоциты позвоночных животных (за исключением млекопитающих) мелкие удлиненно-овальной формы клетки с плотным ядром и слабобазофильной цитоплазмой. У млекопитающих и человека тромбоциты (их называют также кровяными пластинками) безъядерные тельца диаметром

2. мкм. В кровяных пластинках выявляются специфические гранулы, содержащие серотонин и вещества, участвующие в свёртывании крови, а также митохондрии, микротрубочки, гранулы гликогена, иногда рибосомы. У млекопитающих тромбоциты образуются в кроветворных органах из мегакариоцитов путём отделения участков их цитоплазмы. Срок жизни тромбоциты млекопитающих животных и человека примерно 59 суток.

Список литературы

1. Альбертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К., Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки: В 3-х т.,2-е изд., пер.и доп. Т.1. Пер. с англ. – М.: Мир, 1994 – 517 с., ил.

3. Виноградов А.Д. Митохондриальная АТФ-синтезирующая машина: пятнадцать лет спустя.//Биохимия. – 1999 – Т.64. Вып.11 – с.1443-1456

4. Галкин М.А., Сыроешкин А.В. Кинетический механизм реакции синтеза АТФ, катализируемый митохондриальной F0-F1-АТФазой.//Биохимия. – 1999 – Т.64.Вып 10 – с.1393-1403

6. Зайчик А.Ш., Чурилов Л.П. Основы общей патологии. Часть

2. Основы патохимии. – СПб. – 2000 – 384 с.

8. Коровина Н.А., Захарова И.Н., Заплатников А.Л. Профилактика дефицита витаминов и микроэлементов у детей (справочное пособие для врачей).

9. Ленинджер А. Основы биохимии. – М.: Мир – 1991 – 384 с.

10. Марри Р., Греннер Д., Мейес П., Родуэлл В. Биохимия человека: В 2-х т. Т.1.Пер с англ.:

11. Николаев А.Я. Биологическая химия. Учеб. для мед. спец. Вузов – М.: Высшая школа. – 1989 – 495с.

12. Рябов Г.А. Гипоксия критических состояний. – М.: Медицина. – 1992 – 288 с.

13. Самарцев В.Н. Жирные кислоты как разобщители окислительного фосфорилирования.// Биохимия. – 2000 – Т.65.Вып.9 – с.1173-1189

14. Скулачев В.П. Кислород в живой клетке: добро и зло.// Соросовский образовательный журнал. – 1996 — № 3 – с.4-10

15. Скулачев В.П. Эволюция биологических механизмов запасания энергии.// Соросовский образовательный журнал. – 1997 — № 5 – с.11-19

16. Скулачев В.П. Стратегии эволюции и кислород.// Природа. – 1998 — № 12 – с.11-20

17. Тутельян В.А., Алексеева И.А. Витамины антиоксидантного ряда: обеспеченность населения и значение в профилактике хронических заболеваний.// Клиническая фармакология и терапия. – 1995 — № 4 (1) – с.90-95

18. Nelson D. L., Cox M. M. Lehninger Principles of biochemistry. Fourth edition. — New York: W. H. Freedman and Company, 2005.- 1119 p.

Основой жизнедеятельности любого организма является аденозинтрифосфат — вещество, которое получается во время сложной цепи химических реакций. Этот процесс, происходящий в каждой клетке, продолжается непрерывно. Он называется циклом Кребса в честь немецкого ученого, занимавшегося изучением влияния некоторых кислот на преобразования глюкозы. В биохимии используется и другое название — цикл трикарбоновых кислот (ЦТК).

История изучения

Биологическая роль некоторых реакций цикла Кребса (ЦК) была изучена американским биохимиком венгерского происхождения Альбертом Сент-Дьердьи. В частности, он выделил ключевой компонент ЦТК — фумарат. Исследования в этом направлении продолжил Ганс Кребс. В итоге он установил всю последовательность реакций и соединений, образующиеся на всех этапах процесса. Ученый не смог определить, с преобразования какой кислоты начинается цикл — лимонной или изолимонной. Сейчас известно, что это лимонная кислота. Поэтому ЦК называют также цитратным или циклом лимонной кислоты.

Позднее американец Альберт Ленинджер, занимающийся биоэнергетикой, определил, что все реакции ЦК протекают в митохондриях клеток. С получением доступа к изотопам углерода появилась возможность более досконального изучения и уточнения данных о промежуточных соединениях на разных этапах цикла.

Метаболизм веществ

С пищей в организм поступают три основные группы сложных биохимических соединений — белки, жиры и углеводы. Они являются первичными метаболитами, потому что участвуют в обмене веществ или в метаболизме. Этот процесс происходит между любыми живыми клетками и окружающей средой непрерывно. Суть цикла Кребса заключается в том, что он является областью схождения двух путей метаболизма. Это следующие процессы:

катаболизм, при котором происходит распад более сложных веществ на простые, в частности, глюкозы на моносахариды;
анаболизм — синтез сложных веществ из простых, например, белков из аминокислот.

После попадания в пищеварительную систему сложные вещества расщепляются под действием ферментов на более простые, которые внутри клеток превращаются сначала в пируват (пировиноградную кислоту), а затем — в ацетильный остаток. Все эти преобразования можно назвать подготовкой к ЦК, а образование остатка — его запуском или начальным этапом.

Дальнейшие стадии цикла трикарбоновых кислот являются частью катаболизма. Процесс идет каскадно. Каждый предыдущий этап запускает последующий, а промежуточные продукты химических реакций служат не только для продолжения цикла, но и при определенных потребностях организма могут пополнять запасы веществ, необходимых для синтеза новых соединений (анаболизма).

Клеточное дыхание

Структурное строение молекул АТФ содержит фосфорангидридные связи, которые имеют свойство накапливать высвобожденную при прохождении реакций клеточного дыхания энергию, поэтому называются макроэргическими. Так создаются энергетические запасы клеток, которые могут высвобождается при необходимости разрывом этих связей. Процесс синтеза АТФ и класса вспомогательных соединений включает три этапа:

Гликолиз происходит в цитоплазме.
В матриксе митохондрий проходят все химические реакции цикла Кребса.
Окислительное фосфорилирование на внутренней мембране митохондрий.

Преобразование аденозиндифосфата (АДФ) в АТФ характерно для всех этапов. Но наибольшее суммарное количество молекул с макроэргическими связями образуется при фосфорилировании. Это не значит, что процессы гликолиза и ЦК менее важны. Многие соединения, образующиеся во время их протекания, участвуют в регуляции клеточного дыхания.

Описание процесса

Органеллы митохондрий способны преобразовывать пируват в ацетильный остаток (ацетил-коэнзим А или ацетил-КоА), представляющий собой вместе с тиольной группой, которая может его переносить, кофермент А. Некоторое соединения могут сразу распадаться до ацетил-КоА, минуя стадию пирувата. При этом пировиноградная кислота может вовлекаться непосредственно в ЦК, не преобразуясь в ацетил-КоА.

Начальные этапы

Первая стадия необратима и состоит из конденсации ацетил-КоА с четырехуглеродным веществом — оксалоацетатом (щавелевоуксусной кислотой или ЩУК), что приводит к образованию шестиуглеродного цитрата (лимонной кислоты). Во время реакции метильная группа ацетил-КоА соединяется с карбонильной группой ЩУК. Благодаря быстрому гидролизу промежуточного соединения цитроил-КоА этот этап проходит без затрат энергии извне.

На второй стадии образуется изоцитрат (изолимонная кислота) из цитрата через цис-аконитат. Это реакция обратимой изомеризации через образование промежуточной трикарбоновой кислоты, в которой катализатором выступает фермент аконитатгидратаза.

Далее происходит дегидрирование и декарбоксилирование изоцитрата до промежуточного соединения оксалосукцинат с выделением углекислого газа. После декарбоксилирования оксалосукцината образуется енольное соединение, которое перестраивается и превращается в пятиуглеродную кислоту — α-кетоглутарат (оксоглутарата), чем и завершает третью ступень ЦК. Четвертый этап — α-кетоглутарат декарбоксилирует и реагирует с ацетил-КоА. При этом получается сукцинил-КоА, соединение янтарной кислоты и коэнзима-А, выделяется СО2.

Замыкание цикла

На пятой стадии сукцинил-КоА преобразуется в сукцинат (янтарную кислоту). Для этого этапа характерно субстратное фосфолирование, подобное синтезу АТФ при гликолизе. Введение в ЦК фосфорной группы РО3 становится возможным благодаря присутствию фермента ГДФ (гуанозиндифосфата) или АДФ (аденозиндифосфата), которые в процессе синтеза сукцината из дифосфатов становятся трифосфатами.

Начиная с шестой стадии, цикл начинает постепенно замыкаться. Сначала сукцинат под действием каталитического фермента сукцинатдегидрогеназы дегидрирует до фумарата. Дальнейшее дигидрирование приводит к седьмому этапу — образованию L-малата (яблочной кислоты) из фуратата через переходное соединение с карбанионом.

Последняя реакция цикла трикарбоновых кислот малат окисляется до щавелевоуксусной кислоты. Первая стадия следующего ЦК начинается с новой молекулы ацетил-КоА.

Значение и функции

Этот восьмиэтапный циклический процесс, итогом которого является окисление ацетильного остатка до углекислого газа, может показаться излишне сложным. Тем не менее, он имеет огромное значение в метаболизме промежуточных реакций и выполняет ряд функций. К ним относятся:

энергетическая;
анаболическая;
катаболическая;
транспортная.

Цикл Кребса участвуют в катаболизме жиров и углеводов. Соединения, образующиеся на разных стадиях процесса, участвуют в синтезе многих необходимых для организма веществ — глутамина, порфиринов, глицина, фенилаланина, цистеина и других. Когда промежуточные продукты покидают ЦК для участия в синтезе, происходит их замещение с помощью так называемых анаплеротических реакций, которые катализируются регуляторными ферментами, например, пируваткарбоксилазой.

Транспортная функция ЦК заключается в содействии гликолизу. Глюкозу невозможно превратить сразу в АТФ, поэтому механизм гликолиза действует поэтапно и сопровождается постоянным перемещением атомов и катионов водорода от одних соединений к другим. Для их транспортировки нужны специальные соединения, которые получаются на одной из стадий ЦТК. Участвующие в гликолизе коферменты цикла Кребса:

НАД*H+(Никотинамидадениндинуклеотид с катионом водорода). Образуется на III стадии ЦК.
ФАД*H2 (Флавинадениндинуклеотид с молекулой водорода). Появляется на V стадии ЦК.

Реакции ЦК имеют и большое клиническое значение. Хотя для людей не свойственны мутации, связанные с генами ферментов, участвующих в цикле, однако их редкие проявления губительны для здоровья. Они могут приводить к опухолям мышц и почек, нарушениям работы нервной системы.

В разных тканях гликолиз выполняет разные функции. В белых мышцах, сетчатке и эритроцитах в процессе гликолиза осуществляется анаэробный синтез АТФ, а в качестве побочного продукта образуется молочная кислота. При аэробном гликолизе в мышцах образуется пируват, который окисляется в цикле Кребса. Продукты цикла Кребса поступают в дыхательную цепь, и уже в ней синтезируется АТФ. В печени и жировой ткани в ходе аэробного гликолиза и пентозофосфатного пути образуется пируват, используемый для синтеза жирных кислот. Помните, что регуляция метаболических путей всегда имеет свою логику, именно функция процесса определяет способы его регуляции.

На стадии поступления глюкозы в клетку процесс гликолиза регулируется транспортерами глюкозы (ГЛЮТ), глюкокиназой или гексокиназой, фосфофруктокиназой-1, пируваткиназой и пируватдегидрогеназой.

Глюкоза поступает в клетку с помощью транспортеров глюкозы (ГЛЮТ). Существует несколько типов транспортеров глюкозы — ГЛЮТ1, ГЛЮТ2 и т.д. Все они расположены в плазматической мембране, кроме ГЛЮТ4, который регулирует поступление глюкозы в клетку и тем самым регулирует гликолиз в мышцах и жировой ткани. При голодании молекулы ГЛЮТ4 располагаются во внутриклеточных везикулах. После приема пищи под действием сигнала инсулина происходит перемещение ГЛЮТ4 в плазматическую мембрану, и клетка начинает интенсивно поглощать глюкозу.

Эти ферменты катализируют первую реакцию гликолиза — фосфорилирование глюкозы до глюкозо-6-фосфата. Гексокиназа содержится во многих тканях; у этого фермента низкое значение Km (т.е. высокое сродство к глюкозе). Гексокиназа по принципу обратной связи ингибируется продуктом реакции — глюкозо-6-фосфатом. Глюкокиназа содержится в печени и р-клетках поджелудочной железы. У глюкокиназы, напротив, высокое значение Km (т.е. низкое сродство к глюкозе). В печени она активна при высоких концентрациях глюкозы (до 15 ммоль/л), которая после приема углеводсодержащей пищи поступает из кишечника в печень по воротной вене печени.

Активация фосфофруктокиназы-1. Этот фермент активируется фруктозо-2,6-бисфосфатом (Ф-2,6-бисФ). Кроме того, АМФ также активирует фосфофруктокиназу-1. Высокие концентрации АМФ говорят о том, что клетка испытывает недостаток в энергии и требуется усилить синтез АТФ. Поэтому АМФ способствует интенсификации гликолиза.

(В печени образование фруктозо-2,6-бисфосфата активируется под действием инсулина и ингибируется под действием глюкагона. В скелетных мышцах образование этого вещества стимулируется высокой, а ингибируется низкой концентрацией фруктозо-6-фосфата.)

Ингибирование фосфофруктокиназы-1. Высокая концентрация АТФ ингибирует фосфофруктокиназу-1, и интенсивность гликолиза снижается. Кроме того, этот фермент ингибируется цитратом.

Ингибирование пируваткиназы. В печени пируваткиназу ингибируют аланин и циклический АМФ. Эти вещества образуются при голодании. При голодании секретируется глюкагон, который стимулирует синтез циклического АМФ. Аланин же образуется при распаде мышечных белков при голодании и используется для синтеза глюкозы в процессе глюконеогенеза. При ингибировании пируваткиназы блокируется использование фосфоенолпирувата в гликолизе, и в клетке интенсифицируется глюконеогенез.

Активация пируваткиназы. В печени пируваткиназа активируется фруктозо-1,6-бисфосфатом (активация по принципу прямой связи). Этот процесс особенно важен при переходе от периода голодания к липогенезу. При голодании пируваткиназа неактивна, и в клетке интенсивно идет глюконеогенез, а при липогенезе пируваткиназа активируется.

Пируватдегидрогеназа — комплекс из трех ферментов, который расположен в митохондриях. Он контролирует скорость поступления пирувата в цикл Кребса.

Активация пируватдегидрогеназы. После приема богатой углеводами пищи под действием инсулина происходит активация пируватдегидрогеназы в печени и жировой ткани, где пируват требуется для синтеза жирных кислот. Фермент также активируется своим субстратом (пируватом) и коферментами КоА и НАД+. Наконец, повышение концентрации АДФ также активирует пируватдегидрогеназу. Уровень АДФ повышается, когда клетка испытывает недостаток в энергии. Повышение концентрации АДФ свидетельствует о необходимости активации цикла Кребса и дыхательной цепи для синтеза АТФ.

Ингибирование пируватдегидрогеназы. Высокие концентрации АТФ ингибируют пируватдегидрогеназу, и окисление пирувата в цикле Кребса приостанавливается. Кроме того, активность фермента ингибируют продукты пируватдегидрогеназной реакции — ацетил-КоА и НАДН. Такая ситуация создается при голодании, когда в качестве источника энергии используются жирные кислоты, из которых образуется ацетил-КоА. В этом случае ингибирование пируватдегидрогеназы способствует сохранению пирувата для синтеза глюкозы. [Примечание: во время голодания пируват образуется из резервных запасов, т.е. из глюкозы, образующейся из гликогена и аминокислот, образующихся при распаде белков мышц.]

В разных тканях цикл Кребса выполняет разные функции. Так, в мышцах и головном мозге в цикле Кребса ацетил-КоА окисляется с образованием НАДН и ФАДН2, которые используются для синтеза АТФ в дыхательной цепи. В печени при голодании ацетил-КоА не окисляется в цикле Кребса. Вместо этого цикл Кребса используется для синтеза малата из некоторых аминокислот, который превращается в оксалоацетат и вступает в глюконеогенез. После приема пищи ацетил-КоА в печени и жировой ткани поступает в цикл Кребса на очень короткий период. В первой реакции цикла он преобразуется в цитрат, затем экспортируется в цитозоль и используется для биосинтеза жирных кислот.

Изоцитратдегидрогеназа ингибируется при высокой концентрации НАДН. Кофермент изоцитратдегидрогеназы — НАД+. Когда НАД+ восстанавливается до НАДН, изоцитратдегидрогеназа инактивируется, поскольку ее кофермент отсутствует.

В нервной ткани ведущую роль в синтезе АТФ играют гликолиз и дальнейший синтез ацетил-КоА в пируватдегидрогеназной реакции, который затем окисляется в цикле Кребса. Для нормального функционирования пируватдегидрогеназы необходим тиамин. При недостаточности тиамина активность фермента снижается, и нервная ткань испытывает недостаток в производимой энергии. Развиваются гиперлактатемия, заболевания нервной системы; в тяжелых случаях — болезнь Вернике, психоз Корсакова. Недостаточность тиамина наблюдается при хроническом алкоголизме, из-за плохого питания.

(Запомните, что, хотя ацетил-КоА может образовываться из жирных кислот независимо от пируватдегидрогеназной реакции, головной мозг не может использовать жирные кислоты в качестве источника энергии, поскольку они не проходят через гематоэнцефалический барьер.)

Читайте также: