21.7: Цикл лимонної кислоти
- Page ID
- 21679
- Опишіть реакції циклу лимонної кислоти.
- Опишіть функцію циклу лимонної кислоти і визначте вироблені продукти.
Ацетильна група входить в циклічну послідовність реакцій, відому в сукупності як цикл лимонної кислоти (або цикл Кребса або цикл трикарбонової кислоти [TCA] цикл). Циклічна конструкція цієї складної серії реакцій, що призводять до окислення ацетильної групи ацетил-КоА до вуглекислого газу і води, була вперше запропонована Гансом Кребсом в 1937 році. (Він був удостоєний Нобелівської премії 1953 року з фізіології або медицини.) Вхід ацетил-КоА в цикл лимонної кислоти є початком III стадії катаболізму. Цикл лимонної кислоти виробляє аденозинтрифосфат (АТФ), знижений нікотинамід аденіндинуклеотид (NADH), знижений флавін аденін-динуклеотид (FADH 2) та метаболічні проміжні продукти для синтезу необхідних сполук.
Етапи циклу лимонної кислоти
На перший погляд цикл лимонної кислоти виглядає досить складним (рис.\(\PageIndex{1}\)). Однак усі реакції є знайомими типами в органічній хімії: гідратація, окислення, декарбоксилювання та гідроліз. Кожна реакція циклу лимонної кислоти пронумерована, а на малюнку\(\PageIndex{1}\) два атома ацетилвуглецю виділені червоним кольором. Кожен проміжний продукт в циклі являє собою карбонову кислоту, існуючу у вигляді аніона при фізіологічному рН. Всі реакції відбуваються всередині мітохондрій, які є дрібними органелами всередині клітин рослин і тварин.
- На першому етапі ацетил-КоА потрапляє в цикл лимонної кислоти, а ацетильна група переноситься на оксалоацетат, отримуючи цитрат. Відзначимо, що цей етап вивільняє коензим А. Реакція каталізується цитрат-синтазою.
- На наступному етапі аконітаза каталізує ізомеризацію цитрату до ізоцитрату. У цій реакції третинний спирт, який не піддається окисленню, перетворюється у вторинний спирт, який може окислюватися на наступному етапі.
- Потім ізоцитрат проходить реакцію, відому як окислювальне декарбоксилювання, оскільки спирт окислюється, а молекула скорочується на один атом вуглецю з виділенням вуглекислого газу (декарбоксилювання). Реакція каталізується ізоцитратдегідрогеназою, а продуктом реакції є α-кетоглутарат. Важливою реакцією, пов'язаною з цим, є зниження коферменту нікотинаміду аденіндинуклеотиду (NAD +) до NADH. NADH в кінцевому підсумку окислюється, і виділяється енергія використовується в синтезі АТФ, як ми побачимо.
- Четвертий крок - ще одне окислювальне декарбоксилювання. Цього разу α-кетоглутарат перетворюється в сукциніл-КоА, а інша молекула NAD + знижується до НАДГ. Комплекс α-кетоглутаратдегідрогенази каталізує цю реакцію. Це єдина незворотна реакція в циклі лимонної кислоти. Таким чином, це заважає циклу працювати в зворотному напрямку, в якому ацетил-КоА синтезувався б з вуглекислого газу.
Поки що на перших чотирьох етапах два атоми вуглецю увійшли в цикл як ацетильна група, а два атоми вуглецю були вивільнені як молекули вуглекислого газу. Решта реакцій циклу лимонної кислоти використовують чотири атоми вуглецю сукцинільної групи для ресинтезу молекули оксалоацетату, яка є сполукою, необхідною для об'єднання з вхідною ацетильною групою і розпочати ще один раунд циклу.
У п'ятій реакції енергія, що виділяється гідролізом високоенергетичного тіоефірного зв'язку сукциніл-КоА, використовується для утворення гуанозинтрифосфату (GTP) з гуанозиндифосфату (ВВП) та неорганічного фосфату в реакції, каталізованої сукциніл-КоА-синтетазою. Цей крок є єдиною реакцією в циклі лимонної кислоти, яка безпосередньо утворює високоенергетичне фосфатне з'єднання. GTP може легко переносити свою кінцеву фосфатну групу в аденозиндифосфат (АДФ) для генерації АТФ у присутності нуклеозиддифосфокінази.
![GTP.jpg](https://chem.libretexts.org/@api/deki/files/26740/GTP.jpg)
Сукцинатдегідрогеназа потім каталізує видалення двох атомів водню з сукцинату, утворюючи фумарат. Ця окислювально-відновна реакція використовує флавін аденін-динуклеотид (FAD), а не NAD +, як окислювач. Сукцинатдегідрогеназа - єдиний фермент циклу лимонної кислоти, розташований всередині внутрішньої мітохондріальної мембрани. Незабаром ми побачимо важливість цього.
На наступному етапі молекула води додається до подвійного зв'язку фумарату з утворенням L-малату в реакції, каталізованої фумаразою.
Один оборот циклу завершується окисленням L-малату до оксалоацетату, спричиненого малатдегідрогеназою. Це третя окислювально-відновна реакція, яка використовує NAD + як окислювач. Оксалоацетат може прийняти ацетильну групу з ацетил-КоА, дозволяючи циклу почати знову.
Відео: «Цикл лимонної кислоти: огляд». У матриці мітохондріона цикл лимонної кислоти використовує молекули ацетил CoA для отримання енергії через вісім хімічних реакцій. Ця анімація надає огляд шляху та його продуктів. Анімація NDSU vCell Production; для отримання додаткової інформації, будь ласка, дивіться http://vcell.ndsu.edu/animations.