Ацетил КоА е важно съединение в метаболизма:
Необходим е за синтеза на мастни киселини и навлиза в цитозола от митохондриите. Използва се в различни биохимични реакции.
Основна функция на CoA:
Добавете водородни атоми към цикъла на трикарбоксилната киселина, за да ги окислите, последвано от освобождаване на енергия. Обикновено окисляването се извършва в бъбреците, сърдечните мускули, мастната тъкан, мозъчната тъкан (високата степен на окисление на основата му е глюкозата) и в черния дроб. Ако кръвообращението в черния дроб надхвърли нормалното, тогава ацетилът увеличава енергийните нужди на клетката. За да се използва тази енергия, се образуват специални тела, наречени "" B високо нивоКотоновите тела в кръвта се наричат "кетоза", което представлява опасност за диабетиците.
Нормална концентрация кетонни телав кръвта е 1-3 mg/dl (до 0,2 mmol/l), но по време на гладуване се повишава значително.
Ацетил коа структура и роля в метаболизма
В животинските организми ацетил КоАиграе роля в метаболизма, в допълнение към CoA като баланс между метаболизма на мазнините и въглехидратите. За да подпомогне клетките в енергийното свързване, CoA от мастни киселини влиза в цикълатрикарбоксилни киселини.
Списък на разновидностите на CoA групи:
1. Ацетил CoA от карбоксилни киселини:
а. Пропионил CoA (роля в метаболизма на четни мастни киселини, аминокиселини с разклонена верига)
b. Kumarol CoA
° С. Ацетил КоА
д. Бутирил CoA
д. Ацетоацетил КоА
2. Ацил-Коа карбоцелови киселини
а. Бензоил КоА
b. Фенилацетил КоА
3. Ацил-КоА дикарбоксилни киселини:
а. Пименил CoA
b. Сукцинил КоА
° С. Малонил CoA
д. Хидроксиметилглуторил КоА
Химическата формула на Acetyl CoA е C21H36N7O16P3S
Мастните киселини се окисляват в митохондриалната матрица и навлизат в митохондриите. Киселините с дълга въглеводородна верига преминават през митохондриите, а в това им помага каратинът, който от своя страна влиза в тялото с храната или от аминокиселините лизин и метионин. Витамин С участва особено в такива реакции на карнитин.
Продуктите на окисление също са NADH, FADH и разбира се Acetyl CoA. Но реакциите им са подобни една на друга. Всеки следващ цикъл от реакции става по-малък с два въглеродни атома, в края остават 4 въглеродни атома и се образуват два CoA молекули.
Ацетил-КоА може да се разгради до ацетат
След Acetyl CoAразделят се до ацетат, той се окислява до въглероден диоксид и вода. Може да се трансформира в различнибиологични съединения, мастни киселини и дори лимонена киселина. Вземете примера с превръщането на алкохола в ацеталдехид, той се превръща в ацетил CoA NAD, след което става водороден акцептор и кофактор. HNAD тук играе роля в митохондриите, като променя чернодробния окислително-редукционен потенциал и взаимоотношенията на NADH | NAD, протеиновият синтез е допълнително потиснат, окислението се увеличавалипиди . Преобразуваният водород замества мастните киселини и това води до натрупване на мастен черен дроб.
Некрозата води до намалена чернодробна активност
Стомашната лигавица може да метаболизира известно количество алкохол, но при хора, които злоупотребяват с алкохол, лигавицата атрофира. Алкохолът осигурява неносещи калориипитателна ценности, т.е. Тези, които "опустошен “, 1 грам алкохол = 7 калории, 200 грама са 500 мл силна напитка = 1400 калории. След това се увеличава образуването на ацеталдехид, токсично вещество, и превръщането на ацетат намалява. От това следва, че образуването на водород, който замества мастните киселини в черния дроб, увеличава мастните киселини с кетоза, триглицеридемия и развива омазнен черен дроби хиперлипидемия.
Пътища за образуване на ацетил коа
Коензим А е открит за първи път през 1947 г. от Ф. Липман, открит е в черния дроб на гълъб, структурата на този ензим е определена още през 1950 г. в Лондон и като цяло CoA е идентифициран в X на Корана през 1961 г.
Говорих за това какво всъщност представлява, защо е необходим цикълът на Кребс и какво място заема в метаболизма. Сега нека да преминем към самите реакции на този цикъл.
Ще направя резервация веднага - за мен лично запомнянето на реакции беше напълно безсмислено занимание, докато не подредя горните въпроси. Но ако вече сте разбрали теорията, предлагам да преминете към практиката.
Можете да видите много начини да напишете цикъла на Кребс. Най-често срещаните опции са нещо подобно:
Но това, което ми се стори най-удобно, беше методът за писане на реакции от добрия стар учебник по биохимия от авторите Т. Т. Березов. и Коровкина Б.В.
Първа реакция
Познатите вече ацетил-КоА и оксалоацетат се комбинират и се превръщат в цитрат, т.е. лимонена киселина.
Втора реакция
Сега вземаме лимонена киселина и я обръщаме изолимонена киселина. Друго име за това вещество е изоцитрат.
Всъщност тази реакция е малко по-сложна, чрез междинен етап - образуването на цис-аконитова киселина. Но реших да го опростя, за да го запомните по-добре. Ако е необходимо, можете да добавите липсващата стъпка тук, ако помните всичко останало.
По същество двете функционални групи просто си размениха местата.
Трета реакция
И така, имаме изолимонена киселина. Сега трябва да се декарбоксилира (т.е. да се отстрани COOH) и да се дехидрогенира (т.е. да се отстрани Н). Полученото вещество е а-кетоглутарат.
Тази реакция е забележителна за образуването на HADH 2 комплекса. Това означава, че NAD транспортерът поема водород, за да стартира дихателната верига.
Харесвам версията на реакциите на цикъла на Кребс в учебника на Березов и Коровкин именно защото атомите и функционалните групи, които участват в реакциите, веднага се виждат ясно.
Четвърта реакция
Отново, никотин амид аденин динуклеотид работи като часовник, т.е ПО-ГОРЕ. Този хубав носител идва тук, точно както в последната стъпка, за да грабне водорода и да го пренесе в дихателната верига.
Между другото, полученото вещество е сукцинил-КоА, не трябва да ви плаши. Сукцинатът е другото име на янтарната киселина, което ви е познато от дните на биоорганичната химия. Сукцинил-Коа е съединение на янтарна киселина с коензим-А. Можем да кажем, че това е естер на янтарна киселина.
Пета реакция
В предишната стъпка казахме, че сукцинил-КоА е естер на янтарна киселина. И сега ще получим самата янтарна киселина, тоест сукцинат, от сукцинил-КоА. Изключително важен момент: именно в тази реакция възниква субстратно фосфорилиране.
Фосфорилирането като цяло (може да бъде окислително и субстратно) е добавянето на фосфорна група PO 3 към GDP или ATP, за да се получи пълен GTF, или, съответно, ATP. Субстратът се различава по това, че същата тази фосфорна група се откъсва от всяко вещество, което го съдържа. Ами просто казано, той се прехвърля от СУБСТРАТА към HDF или ADP. Ето защо се нарича „субстратно фосфорилиране“.
Още веднъж: в началото на субстратното фосфорилиране имаме дифосфатна молекула – гуанозин дифосфат или аденозин дифосфат. Фосфорилирането се състои във факта, че молекула с два остатъка от фосфорна киселина - HDP или ADP - се „завършва“ в молекула с три остатъка от фосфорна киселина, за да се получи гуанозин трифосфат или аденозин трифосфат. Този процес се случва по време на превръщането на сукцинил-КоА в сукцинат (т.е. янтарна киселина).
На диаграмата можете да видите буквите F (n). Това означава "неорганичен фосфат". Неорганичният фосфат се прехвърля от субстрата към HDP, така че реакционните продукти да съдържат добър, пълен GTP. Сега нека да разгледаме самата реакция:
Шеста реакция
Следваща трансформация. Този път янтарна киселина, които получихме в последния етап, ще се превърне в фумарат, забележете новата двойна връзка.
Диаграмата ясно показва как участва в реакцията ПРИЩЯВКА: Този неуморен носител на протони и електрони поема водорода и го влачи директно в дихателната верига.
Седма реакция
Вече сме на финала. Предпоследният етап от цикъла на Кребс е реакцията, която превръща фумарат в L-малат. L-малат е друго име L-ябълчена киселина, познат от курса по биоорганична химия.
Ако погледнете самата реакция, ще видите, че, първо, тя протича в двете посоки, и второ, нейната същност е хидратация. Тоест фумаратът просто прикрепя водна молекула към себе си, което води до L-ябълчена киселина.
Осма реакция
Последната реакция от цикъла на Кребс е окислението на L-ябълчена киселина до оксалоацетат, т.е. оксалооцетна киселина. Както разбирате, "оксалацетат" и "оксалокоцетна киселина" са синоними. Вероятно си спомняте, че оксалооцетната киселина е компонент на първата реакция на цикъла на Кребс.
Тук отбелязваме особеността на реакцията: образуване на NADH 2, който ще пренася електрони в дихателната верига. Не забравяйте и реакции 3,4 и 6, там също се образуват носители на електрони и протони за дихателната верига.
Както можете да видите, специално подчертах в червено реакциите, по време на които се образуват NADH и FADH2. Това са много важни вещества за дихателната верига. Маркирах в зелено реакцията, при която се получава субстратно фосфорилиране и се произвежда GTP.
Как да запомните всичко това?
Всъщност не е толкова трудно. След като прочетете двете ми статии изцяло, както и вашия учебник и лекции, просто трябва да се упражнявате да пишете тези реакции. Препоръчвам да запомните цикъла на Кребс в блокове от 4 реакции. Напишете тези 4 реакции няколко пъти, като за всяка изберете асоциация, която отговаря на паметта ви.
Аз например веднага много лесно си спомних втората реакция, в която лимонена киселина(Мисля, че всеки е запознат с това от детството) се образува изолимонена киселина.
Можете също да използвате мнемоника като: " Цял ананас и парче суфле е всъщност моят обяд днес, което съответства на серията - цитрат, цис-аконитат, изоцитрат, алфа-кетоглутарат, сукцинил-КоА, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат." Има още куп като тях.
Но, честно казано, почти никога не съм харесвал такива стихове. Според мен по-лесно се запомня самата последователност от реакции. Много ми помогна да разделя цикъла на Кребс на две части, всяка от които се упражнявах да пиша няколко пъти на час. По правило това се случва в класове като психология или биоетика. Това е много удобно - без да се разсейвате от лекцията, можете да прекарате буквално минута, като напишете реакциите, както ги помните, и след това да ги проверите с правилната опция.
Между другото, в някои университети по време на тестове и изпити по биохимия учителите не изискват познаване на самите реакции. Просто трябва да знаете какво представлява цикълът на Кребс, къде се появява, какви са неговите характеристики и значение и, разбира се, самата верига от трансформации. Само веригата може да се наименува без формули, като се използват само имената на веществата. Този подход не е лишен от смисъл според мен.
Надявам се моето ръководство за цикъла TCA да ви е било полезно. И искам да ви напомня, че тези две статии не са пълна замяна на вашите лекции и учебници. Написах ги само за да разберете приблизително какво представлява цикълът на Кребс. Ако изведнъж видите някаква грешка в моето ръководство, моля, пишете за това в коментарите. Благодаря за вниманието!
За да се преобразува енергията, съдържаща се в мастните киселини, в енергията на АТФ връзките, има метаболитен път за окисление на мастните киселини до CO 2 и вода, който е тясно свързан с цикъла на трикарбоксилната киселина и дихателната верига. Този път се нарича β-окисление, защото настъпва окисление на 3-тия въглероден атом мастна киселина(β-позиция) в карбоксилна група, в същото време ацетилната група, включително С1 и С2 на оригиналната мастна киселина, се отцепва от киселината.
Елементарна схема на β-окисление
Реакциите на β-окисление протичат в митохондриитеповечето клетки в тялото (с изключение на нервни клетки). Мастните киселини, които навлизат в цитозола от кръвта или се появяват по време на липолизата на техните собствени вътреклетъчни TAG, се използват за окисляване. Общото уравнение за окисляването на палмитинова киселина е както следва:
Палмитоил-SCoA + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 O + 7HS-KoA → 8Acetyl-SCoA + 7FADH 2 + 7NADH
Етапи на окисление на мастни киселини
1. Преди да проникне в митохондриалната матрица и да се окисли, мастната киселина трябва да активиратев цитозола. Това се постига чрез добавяне на коензим А към него, за да се образува ацил-SCoA. Acyl-SCoA е високоенергийно съединение. Необратимостта на реакцията се постига чрез хидролиза на дифосфат в две молекули фосфорна киселина.
Ацил-SCoA синтетазите се намират в ендоплазмения ретикулум, върху външната мембрана на митохондриите и вътре в тях. Има широка гама от синтетази, специфични за различни мастни киселини.
Реакция на активиране на мастни киселини
2. Acyl-SCoA не може да премине през митохондриалната мембрана, така че има начин да се транспортира в комбинация с витаминоподобно вещество карнитин. На външната мембрана на митохондриите има ензим карнитин ацилтрансфераза I.
Карнитин-зависим транспорт на мастни киселини в митохондриите
Карнитинът се синтезира в черния дроб и бъбреците и след това се транспортира до други органи. в вътрематочнопериод и в ранните годиниВ живота значението на карнитина за организма е изключително голямо. Снабдяване с енергия нервна система на децататялото и по-специално мозъка се осъществява поради два паралелни процеса: карнитин-зависимо окисление на мастни киселини и аеробно окисление на глюкоза. Карнитинът е необходим за растежа на мозъка и гръбначен мозък, за взаимодействието на всички части на нервната система, отговорни за движението и взаимодействието на мускулите. Има проучвания, свързващи дефицита на карнитин на децата церебрална парализа и феномен" смърт в люлката".
деца ранна възраст, недоносените деца и децата с ниско тегло са особено чувствителни към дефицит на карнитин. Ендогенните им резерви бързо се изчерпват при различни стресови ситуации (инфекциозни заболявания, стомашно-чревни разстройства, нарушения в храненето). Биосинтезата на карнитин е рязко ограничена поради малкия мускулна маса, и разписка с обикновен хранителни продуктине е в състояние да поддържа достатъчни нива в кръвта и тъканите.
3. След свързване с карнитина, мастната киселина се транспортира през мембраната чрез транслоказа. Тук на вътремембранният ензим карнитин ацилтрансфераза II отново образува ацил-SCoA, който влиза в пътя на β-окисление.
4. Самият процес β-окислениесе състои от 4 реакции, повтарящи се циклично. Те се случват последователно окисляване(ацил-SCoA дехидрогеназа), хидратация(еноил-SCoA хидратаза) и отново окисляване 3-ти въглероден атом (хидроксиацил-SCoA дехидрогеназа). В последната, трансферазна реакция, ацетил-SCoA се отцепва от мастната киселина. HS-CoA се добавя към останалата (съкратена с два въглерода) мастна киселина и тя се връща към първата реакция. Всичко се повтаря до последен цикълне се образуват два ацетил-SCoA.
Последователност от реакции на β-окисление на мастни киселини
Изчисляване на енергийния баланс на β-окисление
Преди това при изчисляване на ефективността на окисление коефициентът P/O за NADH беше приет равен на 3,0, за FADH 2 - 2,0.
По съвременни данни стойността на коефициента P/O за NADH съответства на 2,5, за FADH 2 – 1,5.
При изчисляване на количеството АТФ, образуван по време на β-окислението на мастни киселини, е необходимо да се вземе предвид:
- количеството образуван ацетил-SCoA се определя чрез обичайното разделяне на броя на въглеродните атоми в мастната киселина на 2.
- номер β-окислителни цикли. Броят на β-окислителните цикли е лесен за определяне въз основа на концепцията за мастната киселина като верига от двувъглеродни единици. Броят на прекъсванията между единиците съответства на броя на β-окислителните цикли. Същата стойност може да се изчисли с помощта на формулата (n/2 -1), където n е броят на въглеродните атоми в киселината.
- брой на двойните връзки в мастна киселина. При първата реакция на β-окисление се образува двойна връзка с участието на FAD. Ако двойна връзка вече присъства в мастната киселина, тогава няма нужда от тази реакция и FADN 2 не се образува. Броят на загубените FADN 2 съответства на броя на двойните връзки. Останалите реакции от цикъла протичат без промени.
- количеството ATP енергия, изразходвано за активиране (винаги съответства на две високоенергийни връзки).
Пример. Окисляване на палмитинова киселина
- тъй като има 16 въглеродни атома, β-окислението произвежда 8 ацетил-SCoA молекули. Последният влиза в цикъла TCA; когато се окислява в един оборот на цикъла, се образуват 3 молекули NADH (7,5 ATP), 1 молекула FADH 2 (1,5 ATP) и 1 молекула GTP, което е еквивалентно на 10 молекули на АТФ. И така, 8 молекули ацетил-SCoA ще осигурят образуването на 8 × 10 = 80 АТФ молекули.
- за палмитинова киселина броят на β-окислителните цикли е 7. Във всеки цикъл се произвеждат 1 молекула FADH 2 (1,5 ATP) и 1 молекула NADH (2,5 ATP). Влизайки в дихателната верига, те „дават“ общо 4 молекули АТФ. Така за 7 цикъла се образуват 7 × 4 = 28 молекули АТФ.
- двойни връзки в палмитинова киселина Не.
- 1 молекула АТФ се използва за активиране на мастната киселина, която обаче се хидролизира до АМФ, т.е. 2 макроергични връзкиили два ATP.
Така, обобщавайки, получаваме 80+28-2 =106 Молекулите на АТФ се образуват при окисляването на палмитинова киселина.
Коензимите при каталитични реакции транспортират различни групи атоми, електрони или протони. Коензимите се свързват с ензими:
Ковалентни връзки;
Йонни връзки;
Хидрофобни взаимодействия и др.
Един коензим може да бъде коензим за няколко ензима. Много коензими са многофункционални (например NAD, PF). Специфичността на холоензима зависи от апоензима.
Всички коензими се разделят на две големи групи: витаминни и невитамини.
Коензими от витаминна природа– витаминни производни или химически модификации на витамини.
1-ва група: тиамин – производни на витамин В1. Те включват:
Тиамин монофосфат (TMP);
Тиамин дифосфат (TDP) или тиамин пирофосфат (TPP) или кокарбоксилаза;
Тиамин трифосфат (TTP).
DFT има най-висок биологично значение. Част от кетокиселинната декарбоксилаза: PVK, а-кетоглутарова киселина. Този ензим катализира отстраняването на CO2.
Кокарбоксилазата участва в транскетолазната реакция от пентозофосфатния цикъл.
Група 2: флавинови коензими, производни на витамин В2. Те включват:
- флавин мононуклеотид (FMN);
- флавин аденин динуклеотид (FAD).
Ребитолът и изоалоксазинът образуват витамин В2. Витамин B2 и фосфорният остатък образуват FMN. FMN се комбинира с AMP, за да образува FAD.
[ориз. изоалоксазиновият пръстен е свързан с ребитол, ребитол с фосфор и фосфор с AMP]
FAD и FMN са коензими на дехидрогеназите. Тези ензими катализират отстраняването на водорода от субстрата, т.е. участват в окислително-редукционни реакции. Например, SDH - сукцинат дехидрогеназа - катализира превръщането на янтарна киселина във фумарова киселина. Това е FAD-зависим ензим. [ориз. COOH-CH 2 -CH 2 -COOH® (над стрелката - SDH, отдолу - FAD и FADN 2) COOH-CH=CH-COOH]. Флавиновите ензими (флавин-зависими DG) съдържат FAD, който е основният източник на протони и електрони. В процеса на хим реакции FAD се превръща в FADN 2. Работната част на FAD е 2-ри пръстен на изоалоксазин; в процеса на хим Реакцията включва добавянето на два водородни атома към азотните атоми и пренареждането на двойните връзки в пръстените.
Група 3: пантотенови коензими, производни на витамин В3 – пантотенова киселина. Те са част от коензим А, NS-CoA. Този коензим А е коензим на ацилтрансферазите, заедно с които пренася различни групи от една молекула в друга.
Група 4: никотинамид, производни на витамин РР - никотинамид:
представители:
Никотинамид аденин динуклеотид (NAD);
Никотинамид аденин динуклеотид фосфат (NADP).
Коензимите NAD и NADP са коензими на дехидрогеназите (NADP-зависими ензими), например malateDH, isocitrateDH, lactateDH. Участват в процесите на дехидрогениране и окислително-възстановителните реакции. В този случай NAD добавя два протона и два електрона и се образува NADH2.
Ориз. работна група NAD и NADP: картина на витамин РР, към който се добавя един Н атом и в резултат се получава пренареждане на двойни връзки. Начертана е нова конфигурация на витамин PP + H + ].
Група 5: пиридоксинови производни на витамин В6. [ориз. пиридоксал. Пиридоксал + фосфор = пиридоксал фосфат]
- пиридоксин;
- пиридоксал;
- пиридоксамин.
Тези форми се преобразуват по време на реакциите. Когато пиридоксалът реагира с фосфорна киселина, се получава пиридоксал фосфат (PP).
PF е коензим на аминотрансферази, пренася аминогрупа от AA към кето киселина - реакция трансаминиране. Производните на витамин В6 също са включени като коензими в АА декарбоксилазите.
Невитаминни коензими- вещества, които се образуват при метаболизма.
1) Нуклеотиди– UTF, UDF, TTF и др. UDP-глюкозата участва в синтеза на гликоген. За неутрализация се използва UDP-хиалуронова киселина различни веществапри напречни реакции (глюкуронил трансфераза).
2) Порфиринови производни(хем): каталаза, пероксидаза, цитохроми и др.
3) Пептиди. Глутатионът е трипептид (GLU-CIS-GLY), той участва в относно реакциите, е коензим на оксидоредуктазите (глутатион пероксидаза, глутатион редуктаза). 2GSH“ (горе стрелка 2H) G-S-S-G. GSH е редуцираната форма на глутатиона, а G-S-S-G е окислената форма.
4) Метални йони, например, Zn 2+ е част от ензима AlDH (алкохол дехидрогеназа), Cu 2+ - амилаза, Mg 2+ - АТФаза (например миозин АТФаза).
Може да участва в:
Прикрепване на ензимния субстратен комплекс;
В катализа;
Стабилизиране на оптималната конформация на активния център на ензима;
Стабилизиране на кватернерната структура.