УНИВЕРЗИТЕТ ,,ГОЦЕ ДЕЛЧЕВ’’-ШТИП

ФАКУЛТЕТ ЗА МЕДИЦИНСКИ НАУКИ

Општа медицина

СЕМИНАРСКА РАБОТА

АЕРОБНО ДИШЕЊЕ И ПРОИЗВОДСТВО НА ЕНЕРГИЈА

КРЕБСОВ ЦИКЛУС

Ментор кандидат

Доц.д-р Татјана Рушковска Тодор Илиев

Број на индекс 15984

Штип,Декември 2011

СОДРЖИНА

1. Вовед2. Митохондрии3. Структура и функција4. Потекло на Митохондриите5. Биосинтетска функција и Метаболичка контрола6. Степени на Кребсовиот циклус

6.1. Цитрат синтеза6.2.Аконитаза6.3.Изоцитрат дехидрогеназа6.4.α-Кетоглутрат дехидрогеназа6.5.Сукцинил СоА синтеза6.6.Сукцинат дехидрогеназа6.7.Фумараза6.8.Малат дехидрогеназа

7. Користена литература

2

ВОВЕД

Патот на анаеробната гликоза го почнува разградувањето на глукозата и

произведува мало количество на ATP и NADH.Но,тоа е аеробен

катаболички паткој ја завршува оксидацијата на глукозата во CO2 и H2O и

го обезбедува најголемиот дел на ATP што му е потребен на

телото.Всушност, овој процес наречен аеробно дишење,произведува

триесет и шест ATP молекули,користејќи ја енергијата собрана од секоја

молекула на глукоза која влегува во гликоза.Овие реакции се јавуваат во

метаболичките процеси лоцирани во

митохондриите,клеточните ,,елекртени,,.Митохондриите се тип на

клеточни мембрански обложени органели.

Овде,во митохондриите се случуваат финалните оксидации на

јаглехидрати,липиди и протеини.Овде,исто така,електроните кои се

собрани во овие оксидациски реакции се користат за создавање на

ATP.Во овие значително ефикасни реакции,скоро 40% од потенцијалната

енергија на глукозата е складирана како ATP.Во оваа семинарска работа

ке се осврнеме на неверојатниот,интригантен сет од реакции кои ни

овозможуваат комплетно да ги деградираме енергетски богатите

молекули како што се шеќери и аминокиселини.Овие реакции зависни од

кислород,се одвиваат во клеточни органели наречени митохондрии и ќе

објасниме неколку од важните биохемиски реакции кои се случуваат во

истите.

МИТОХОНДРИИ

Митохондрии се органели во форма на фудбалска топка чија големина е

приближно иста со големината на бактериска клетка.Тие се опкружени со

надворешна и внатрешна мембрана (слика 1).Просторот помеѓу двете

мембрани е матричен простор.Ензимите од циклусот на лимонска

киселина,од процесот на β-оксидација за ослабување на масните

киселини,и разградувањето на аминокиселините,можат да се најдат во

митохондрискиот матричен простор.

3

Слика 1 ,Структура на митохондрија

СТРУКТУРА И ФУНКЦИЈА

Надворешната митохондрична мембранаима многу мали пори низ кои

можат да поминат мали молекули (помалку од 10.000 g/мол).На овој

начин,малите молекули кои треба да се оксидираат за производство на

ATP лесно може да навлезат во митохондричниот меѓумембрански

простор.

Внатрешната мембрана е доста извиткана за да создаде голем

површински простор.Извитканите мембрани се познати како

кристи.Внатрешната митохондрична мембрана е скоро комплетно

непропустлива за повеќето супстанции.Поради тоа таа има многу

транспортни протеини за внесување на одредени согорливи молекули

внатре во матричниот простор.Исто така,во внатрешната митохондриска

мембранасе вметнати носителите на протеинските електрони од

системот за транспорт на електрони и АТР синтаза.АТР синтаза е голем

комплекс од многу протеини коишто ја катализираат синтезата на АТР.

ПОТЕКЛО НА МИТОХОНДРИИТЕ

Покрај тоа што митохондриите се приближно иста големина како

бактериит,тие имаат неколку други особини кои ги натерало

истражувачите да се посомневаат дека тие некогаш можеби биле

4

слободни и независни живи бактериикои биле ,,заробени,, од страна на

еукариотските клетки.Тие имаат своја генетска информација

(ДНК).Тие,исто така,произведуваат свои сопствени рибозоми кои се

многу слични со тие не бактериите.За крај,митохондриите се всушност

самореплицирачки.Сите овие карактеристики наведуваат на тоа дека

митохондриите што го произведуваат најголемиот дел на АТР за нашите

клетки,еволуирале од бактерии.

ПРЕТВОРАЊЕ НА ПИРУВАТ ВО АЦЕТИЛ СоА

Во анаеробни услови,глукозата е разложена во две пируватни молекули

кои притоа се претворени во стабилен ферментациски продукт.Оваа

ограничена деградација на глукоза ослободува многу малку од

енергетскиот потенцијална глукозата.Во аеробни услови клетките можат

да користат кислород и комплетно да ја оксидираат глукозата до СО2 по

метаболички пат наречен циклус на лимонска киселина.

Овој пат често е нарекуван Кребсов циклус,во чест на Сер Ханс Кребс кој

ги разработил чекорите на овој цикличен пат од неговите

експериментални податоци,и од оние на други истражувачи.

Кога пируватот еднаш ќе продре во митохондриите,мора да биде

конвертиран во двојаглеродна ацетилна група.Оваа ацетилна група мора

да биде ,,активирана,, за да навлезе во реакциите на циклусот на

лимунска киселина.Активацијата се случува кога ацетилната група е

врзана за тиолната група на коензимот А.Коензимот А е голем тиол кој

потекнува од АТР и од витаминската пантотенска киселина (Слика

2,1).Тоа е акцептор на ацетилни групи (обележани со црвено на Слика

2,1),кои се врзани за него преку високоенергетска тиоестерска

врска.Ацетилниот коензим А (ацетил СоА) кој е

формиран,е ,,акривирана,, форма на ацетилната група.

5

Слика 2,1 структура на ацетил СоА

БИОСИНТЕТСКА ФУНКЦИЈА И МЕТАБОЛИЧКА КОНТРОЛА

Како и глуколизата и глуконеогенезата, Кребсовиот циклус (Слика 3) е

регулиран од енергетските потреби на клетката, и тоа главно од

оксидативната фосфорилација која го обновува клеточниот ATP. Така,

ATP и NADH даваат негативна фидбек контрола на цитрат синтазата

(првиот чекор од циклусот, каде се внесува Ацетил-КоА) и изоцитрат

дехидрогеназата, првиот чекор во кој се создава редуктивна моќ. Овие

две алостерични регулации целосно го прекинуваат циклусот кога

синтезата на ATP не е повеќе потребна, при што почнува да се

акумулира NADH. Бидејќи и Кребсовиот циклус и оксидативната

фосфорилација се одвиваат во митохондрискиот матрикс, постои брз

фидбек механизам контролиран со дифузија за клучните ензими во

двете патишта. Исто така, оваа алостерична контрола го прекинува

циклусот при анаеробни услови при кои NADH и FADH2 не можат повеќе

да се оксидираат од составните делови на ланецот за транспорт на

електрони

Втор регулаторен механизам е фидбек контролата на цитратот врз

глуколизата и синтезата на масните киселини. Високите концентрации на

цитрат укажуваат на високи нивоа на Ацетил-КоА, со што се забавува

глуколизата, додека забрзувањето на синтезата на масни киселини ги

намалува нивоата на Ацетил-КоА. Вишокот на оксалоацетат кој не е

потребен во Кребсовиот циклус (на пример, во анаеробни услови) ќе се

6

пренасочи кон глуконеогенезата. Апсолутната концентрација на

оксалоацетат е главната точка во метаболичката координација меѓу

енергијата која и е достапна на клетката и биосинтетските побарувачки

по пат на поврзување на метаболизмот на јаглехидратите, липидите и

амино киселините.

Слика 3 , Шема на Кребсовиот циклус

СТЕПЕНИ НА КРЕБСОВИОТ ЦИКЛУС

Реакција 1;Цитрат синтеза

Првиот ензим во Кребсовиот циклус,цитрат синтеза

катализира реакција на кондензација на ацетил СоА со оксалацетатот од

кој настанува цитрат (лимунска киселина).Ензимот има две структурни

подединици и секоја од нив е способна да се врзе со двта супстрати за

7

свое активно место.Ензимот катализира активација ацетил-СоА,за да го

зголеми афинитетот кон оксалацетатот.По поврзувањето на ацетилната

група на оксалацетатот,тиоестерната група (СоА) се одвојува преку

хидролиза за да се ослободи лимунска киселина.(Слика 4,1).

Формула: Ацетил-CoA + оксакацетат + H2O → цитрат + CоА + H+

Слика 4,1

Реакција 2; Аконитаза

Аконитазата катализира изомеризација на лимунската

киселина во изоцитрат преку преодно формирање на цис-

аконитат.Цитратот минува низ процес на дехидрација на С3 јаглеродот и

создавање на меѓуврски на цис-аконитот,кој притоа се хидрира во С2

формирајки изоцитрат (Слика 4,2)

Формула : цитрат → цис-аконитат+ H2O → изицитрат

Слика 4,2

Реакција 3 ; Изоцитрат дехидрогеназа

Митохондриската изоцитрат дехидрогенеза е ензим кој е

зависен од NAD+,Mn2+ и/или Mg2+.На почеток ензимот катализира

оксидација на изоцитратот и оксалсукцинатот и произведува еден

молекул на NADH од NAD+.Потоа еден бивалентен јон (Mn2+ или Mg2+)го

врзува кислородот од карбоксилната група и ја зголемува

електронегативноста на тој дел од молекулата Слика 4,3

Формула : изоцитрат + NAD+ → Оксалсукцинат + NADH + H+; Оксалсукцинат

→ α-кетоглутерат + CO2

8

Слика 4,3

Реакција 4 ; α-Кетоглутарат дехидрогеназа

Претворањето на α-кетоглутарат во сукцинил-СоА од страна

на α-кетоглутарат дехидрогенеза се одвива по пат на оксидативна

декарбоксилација.Реакцијата предвидува декарбоксилација на α-

кетоглутарат и формирање тиоестерна врска со коензимот А до конечен

производ сукцинил СоА и ослободување на СО2.Истовремено доаѓа до

редукција на NAD+ во NADH,(Слика 4,4).

Формула : α-кетоглутарат + NAD+ + CоА-SH → сукцинил CоА + CO2 + NADH

+ H+

Слика 4,4

Реакција 5 ; Сукцинил СоА синтеза

Во овој чекор сукцинил СоА е конвертиран во сукцинат,кој

уште еднаш е хемиски прилично инволвиран.Ензимот сукцинил СоА

синтаза катализира двојна реакција во која

високоенергетскататиоестерска врска на сукцинил СоА е хидролизирана

и една неорганска фосфатна група е додадена на GDP за да се направи

GTP,(Слика 4,5)

Формула : сукцинат-CоА + Pi + GDP → сукцинат+ GTP + CоА-SH

9

Слика 4,5

Реакција 6 ; Сукцинат дехидрогеназа

Сукцинат дехидрогеназата ја катализира оксидацијата на

сукцинат до фумарат во следниот чекор.Оксидирачкиот агенс,флавин

аденин динуклеотид (FAD) во овој чекор се редуцира,(Слика 4,6)

Формула : сукцинат+ FAD → фумарат + FADH2

Слика 4,6

Реакција 7 ; Фумараза

Со додавање на H2O на двојната врска на фумаратот се

добива малат.Ензимот фумараза ја катализира оваа реакција, (Слика

4,7)

Формула : фумарат + H2O → малат

10

Слика 4,7

Реакција 8 ; Малат дехидрогеназа

Во последниот чекор на циклусот на лимонската

киселина,малат дехидрогеназа катализира редукција на NAD+ во NADH и

оксидација на малат во оксалоацетат.Бидејќи циклусот на лимонската

киселина ,,започна,, со додавање на ацетилна група на оксалоацетат,ние

направивме полн круг,(Слика 4,8)

Формула : малат + NAD+ → оксалацетат + NADH + H+

Слика 4,8

КОРИСТЕНА ЛИТЕРАТУРА

11

1. ОПШТА, ОРГАНСКА И БИОХЕМИЈА. Денистон Кетрин, Топинг Џозеф,

Карет Роберт, шесто издание, 2010 год. издавач Табернакул,

Скопје.стр.766-792

2. http://mk.wikipedia.org/wiki/Кребсов_циклус;пристапено 23.04.2012

3. http://hr.wikipedia.org/wiki/Krebsov_ciklus;пристапено 24.04.2012

12