Какие витамины необходимы для работы цикла кребса

Âèòàìèíû ãðóïïû B è ÍÀÄ-h

Ïðåäûäóùàÿ ãëàâà êíèãè https://proza.ru/2009/05/06/152

Íåñêîëüêî âèòàìèíîâ ãðóïïû B èãðàþò êëþ÷åâóþ ðîëü â öèêëå Êðåáñà. Ôèãóðàëüíî, âûðàæàÿñü, îíè ñëóæàò òàêèì ñâîåîáðàçíûì ÿäðîì ïðîöåññîâ ïðîèçâîäñòâà ýíåðãèè.
 ÷àñòíîñòè, âèòàìèí B2 (ðèáîôëàâèí) è B3 (íèàöèíàìèä) çàäåéñòâóþòñÿ â öåíòðå ïðîèçâîäñòâà ýíåðãèè êëåòîê, ïîçâîëÿÿ èì âûïîëíÿòü âàæíåéøèå çàäà÷è, â òîì ÷èñëå è ñîáñòâåííûé ñèíòåç íîâûõ ÄÍÊ.

Ïàöèåíòû ñ ñèíäðîìîì õðîíè÷åñêîé óñòàëîñòè (ÑÕÓ) îáû÷íî èìåþò íåäîñòàòî÷íîå êîëè÷åñòâî âèòàìèíîâ ãðóïïû B â îðãàíèçìå, ýòî îäèí èç îñíîâíûõ ôàêòîðîâ èõ ïîíèæåííîãî óðîâíÿ áèîýíåðãåòèêè.  òàêèõ ñëó÷àÿõ ïîìîãàþò âèòàìèííûå êîìïëåêñû ñ âûñîêèì ñîäåðæàíèåì âèòàìèíîâ ãðóïïû B è ñ âèòàìèíîì Ñ, ñïîñîáñòâóþùèì óëó÷øåíèþ ôóíêöèè ñèíòåçà êàðíèòèíà â îðãàíèçìå.

Äðóãîé âàæíûé ìèêðîýëåìåíò ÍÀÄ-h, òåñíî ñâÿçàííûé â ïðîöåññàõ áèîõèìèè ñ âèòàìèíîì B3 òàêæå ýôôåêòèâåí ïðè áîðüáå ñ ÑÕÓ. Äîêòîð Äæîçåô Áåëëàíòè ñî ñâîèìè êîëëåãàìè èç Äæîðäæòàóíñêîãî Óíèâåðñèòåòà (Âàøèíãòîí) èññëåäîâàëè 26 ïàöèåíòîâ, ñòðàäàþùèõ ÑÕÓ. Îíè ïîëó÷àëè 10 ìèëëèãðàìì ÍÀÄ-h åæåäíåâíî â òå÷åíèå ÷åòûðåõ íåäåëü èëè ïëàöåáî. 8 èç 26 ïàöèåíòîâ (31%) ïîëó÷àâøèõ ÍÀÄ-h ïðîäåìîíñòðèðîâàëè óëó÷øåíèå (ñèìïòîìû ÑÕÓ ñòàëè ìåíåå âûðàæåííûìè) è òîëüêî 2 èç 26 (8%) ïîëó÷àâøèõ ïëàöåáî ïîêàçàëè íåêîòîðóþ ïîëîæèòåëüíóþ äèíàìèêó.

Êàê ïðèíèìàòü âèòàìèíû B-ãðóïïû è ÍÀÄ-h.

Åñëè Âû ïðèíèìàåòå êàêèå-òî ìóëüòèâèòàìèííûå êîìïëåêñû, òî â íèõ óæå ñîäåðæàòñÿ âèòàìèíû B-ãðóïïû â òîì èëè èíîì êîëè÷åñòâå. Îäíàêî, â ïîäàâëÿþùåì áîëüøèíñòâå âèòàìèííûõ êîìïëåêñîâ êîëè÷åñòâî âèòàìèíîâ B-ãðóïïû î÷åíü íåçíà÷èòåëüíî, ÷òîáû ïðèíîñèòü êàêóþ-òî îùóòèìóþ ïîëüçó äëÿ óëó÷øåíèÿ áèîýíåðãåòèêè.

Äëÿ îáùåãî ïîääåðæàíèÿ çäîðîâüÿ ìóëüòèâèòàìèííûå äîáàâêè äîëæíû ñîäåðæàòü íå ìåíåå 10 ìèëëèãðàìì âèòàìèíà B2 è 10 ìèëëèãðàìì âèòàìèíà B3. Åñëè æå Âû ñòðàäàåòå îò ðàçäðàæèòåëüíîñòè, ñòðåññîâ è äåïðåññèè, òî íåîáõîäèìî åæåäíåâíî óïîòðåáëÿòü îò 50 äî 10 ìèëëèãðàìì âèòàìèíîâ B1,B2,B3. Åñëè æå âû ïîñòîÿííî ñòðàäàåòå îò ÑÕÓ, òî äîçèðîâêè âûøåïåðå÷èñëåííûõ âèòàìèíîâ íåîáõîäèìî óâåëè÷èòü äî 100 ìèëëèãðàìì â äåíü è äîïîëíèòåëüíî âêëþ÷èòü â ðàöèîí 10 ìèëëèãðàììîâ ÍÀÄ-h.

Ìèêðîýëåìåíòû, îòâåòñòâåííûå çà ñèíòåç è ðåìîíò ÄÍÊ
 
Êîãäà êëåòêè â íàøåì îðãàíèçìå ñîçäàþò ñîáñòâåííûå êîïèè, ÷òî íåîáõîäèìî äëÿ ðîñòà îðãàíèçìà, çàæèâëåíèÿ ðàí è çàìåùåíèÿ ñòàðûõ îòìèðàþùèõ êëåòîê, ïåðâîå, ÷òî äåëàåò ñòàðàÿ êëåòêà – ýòî êîïèðóåò 3 ìèëëèàðäà òàê íàçûâàåìûõ õèìè÷åñêèõ áóêâ, ôîðìèðóþùèõ å¸ ÄÍÊ. È óæå ýòà íîâàÿ ÄÍÊ óïðàâëÿåò ïðîöåññîì ñèíòåçà íîâîé êëåòêè.

Îäíàêî, óâû, êà÷åñòâî êîïèðîâíèÿ ÄÍÊ ìåäëåííî, íî âåðíî óõóäøàåòñÿ â ïðîöåññå ðåïëèêàöèè êëåòîê âñëåäñòâèå îøèáîê, íàêàïëèâàþùèõñÿ ïðè êîïèðîâàíèè. Ýòî êàê ôîòîãðàôèÿ ôîòîãðàôèÿ, êà÷åñòâî êàæäîé ïîñëåäóþùåé êîïèè ñ êîïèè óõóäøàåòñÿ ïî ñðàâíåíèþ ñ îðèãèíàëîì. Ýòè îøèáêè ðåïëèêàöèè, à òàêæå ïîâðåæäåíèÿ ÄÍÊ ñâîáîäíûìè ðàäèêàëàìè ïðèâîäèò ê ðàçâèòèþ ïðîöåññîâ ñòàðåíèÿ, äèñôóíêöèÿì è, â êîíå÷íîì ñ÷åòå, ê ðàçâèòèþ òÿæåëûõ õðîíè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé.

Õîòÿ ýòîò ïðîöåññ ðàçðóøåíèÿ íåèçáåæåí, ìû ìîæåì åãî çàìåäëèòü ïðè ïîìîùè ïðàâèëüíîãî ïèòàíèÿ è ïðèåìà îïðåäåëåííûõ ïèùåâûõ äîáàâîê. Õîòÿ ïðàâèëüíîå ïèòàíèÿ – ýòî çàëîã ïðàâèëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ÄÍÊ, íåêîòîðûå äîáàâêè (â ôîðìå òàáëåòîê, êàïñóë èëè äðóãèõ ôîðìàõ) ãàðàíòèðóþò, ÷òî “ñòðîèòåëüíûå áëîêè”, íåîáõîäèìûå äëÿ ñèíòåçà è ðåìîíòà ÄÍÊ âñåãäà áóäóò ïðèñóòñòâîâàòü â îðãàíèçìå â äîñòàòî÷íîì êîëè÷åñòâå.

Äâà ñåìåéñòâà ìèêðîýëåìåíòîâ êðèòè÷íû äëÿ ýòèõ ïðîöåññîâ. Âî-ïåðâûõ, ýòî âèòàìèíû ãðóïïû B, êîòîðûå æèçíåííî íåîáõîäèìû äëÿ ïðîöåññîâ ñèíòåçà, âîññòàíîâëåíèÿ è ðåãóëÿöèè ÄÍÊ. Âî-âòîðûõ, ýòî àìèíîêèñëîòû, ñîäåðæàùèåñÿ â áåëêàõ, êîòîðûå ìû óïîòðåáëÿåì â ïèùó. Àìèíîêèñëîòû íåîáõîäèìû îðãàíèçìó äëÿ ñèíòåçà ñîáñòâåííûõ áåëêîâ, ôåðìåíòîâ è ãîðìîíîâ.  ïåðâîé ÷àñòè ýòîé ãëàâû ðàññìîòðèì ïîäðîáíåå ïðîöåññû ñèíòåçà, âîññòàíîâëåíèÿ è ðåãóëèðîâàíèÿ ÄÍÊ, à âî âòîðîé ÷àñòè ýòîé ãëàâû ïîäðîáíåå ðàññìîòðèì è èçó÷èì ðîëü àìèíîêèñëîò.

Âèòàìèíû B-ãðóïïû êàê ñòðîéìàòåðèàë äëÿ ÄÍÊ

Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ìèëëèàðäû äîëëàðîâ ñåãîäíÿ òðàòÿòñÿ íà èññëåäîâàíèÿ ãåíîâ, áîëüøèíñòâî ó÷åíûõ èãíîðèðóåò òî, ÷òî ôóíäàìåíòàëüíóþ çàâèñèìîñòü ÄÍÊ îò âèòàìèíîâ B-ãðóïïû.  ñàìîì äåëå, åñëè ñâÿçü âèòàìèíîâ B-ãðóïïû è ïðîöåññîâ ñèíòåçà è âîññòàíîâëåíèÿ ÄÍÊ è óïîìèíàåòñÿ â íàó÷íûõ ñòàòüÿõ è êíèãàõ, òî êàê-òî î÷åíü êîðîòêî, êàê áû ìåæäó äåëîì.

Êëþ÷åâàÿ ðîëü Âèòàìèíîâ B-ãðóïïû â ïðîöåññå ñèíòåçà ÄÍÊ.

Îðãàíèçìó íåîáõîäèìû âèòàìèíû B-ãðóïïû äëÿ ñîçäåíèÿ îñíîâû ÄÍÊ – íóêëåîòèäîâ, ìîëåêóë, ôîðìèðóþùèõ õèìè÷åñêèé àëôàâèò – àäåíèíà, öèòîçèíà, ãóàíèíà è Òèìèíà, ýòî ÷åòûðåõáóêâåííûé àëôàâèò ÄÍÊ. Íåìíîãî óïðîùàÿ ðåàëüíîñòü, ìîæíî ñêàçàòü, ÷òî äëÿ ñèíòåçà Òèìèíà íåîáõîäèìû âèòàìèíû B3, B6 è ôîëèåâàÿ êèñëîòà, äëÿ ñèíòåçà öèòîçèíà íåîáõîäèì âèòàìèí B3, ãóàíèí è àäåíèí òðåáóþò äëÿ ñâîåãî ñèíòåçà íàëè÷èÿ âèòàìèíà B3 è ôîëèåâîé êèñëîòû. Áåç ýòèõ ìèêðîýëåìåíòîâ ÄÍÊ íå ìîæåò ñóùåñòâîâàòü â ïðèíöèïå, ïîýòîìó îíè ñòîëü âàæíû.

Ýòè âèòàìèíû ïîääåðæèâàþò ïðîöåññ, íàçûâàåìûé áèîõèìèêàìè óãëåðîäíûì ìåòàáîëèçìîì. Óãëåðîä, êàê ìû ïîìíèì ñî øêîëüíûõ óðîêîâ, ñàìîå ðàñïðîñòðàíåííûé íà Çåìëå ýëåìåíò. Ïîìèìî ñèíòåçà, âîññòàíîâëåíèÿ è ðåãóëèðîâàíèÿ ÄÍÊ, âèòàìèíû B-ãðóïïû âûïîëíÿþò åùå ðÿä ôóíêöèé, âàæíûõ äëÿ ïîääåðæàíèÿ ôèçè÷åñêîãî è ïñèõè÷åñêîãî çäîðîâüÿ îðãàíèçìà.

Äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ íåêîòîðûõ âñïîìîãàòåëüíûõ áèîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèé æèçíåííî íåîáõîäèìà ôîëèåâàÿ êèñëîòà.

Íàïðèìåð, îäíà å¸ õèìè÷åñêàÿ ôîðìà òàêæå íåîáõîäèìà äëÿ ñèíòåçà ÄÍÊ, â òî âðåìÿ êàê äðóãàÿ å¸ ôîðìà ñîâìåñòíî ñ âèòàìèíîì B12 îòâåòñòâåííû çà òàê íàçûâàåìóþ ðåàêöèþ ÄÍÊ-ìåòèëèðîâàíèÿ, êîòîðàÿ òàêæå êðèòè÷íà äëÿ ïðàâèëüíîãî ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ÄÍÊ è áóäåò ðàññìîòðåíà ïîäðîáíåå ïîçæå.

Âèòàìèí B12. Íåîáõîäèì êëåòêàì äëÿ ñèíòåçà ÄÍÊ è îñóùåñòâëåíèÿ ðåàêöèè ìåòèëèðîâàíèÿ. Èññëåäîâàíèÿ àâñòðàëèéñêîãî ó÷åíîãî Ìàéêëà Ôåíå÷à ïîêàçàëè, ÷òî íèçêèé óðîâåíü âèòàìèíà B12, êàê ó ìîëîäûõ, òàê è ó çäîðîâûõ ëþäåé, ïðèâîäèò ê ïðåæäåâðåìåííîìó ñòàðåíèþ è ïîâûøåííîìó ðèñêó ðàçâèòèÿ îíêîëîãè÷åñêèõ çàáîëåâàíèé.

Âèòàìèí B6. Èçâåñòíûé òàêæå ïîä íàçâàíèåì ïèðèäîêñèí, ïðåîáðàçóåòñÿ êëåòêàìè â âåùåñòâî ïèðèäîêñàë 5. – ôîñôàò, òàêæå äîñòóïíûé â ôîðìå ïèùåâûõ äîáàâîê, îäíàêî, ñòîÿùèé çíà÷èòåëüíî äîðîæå, ÷åì ñàì âèòàìèí B6. Âèòàìèí B6 íåîáõîäèì äëÿ ñèíòåçà â îðãàíèçìå ãëèöèíãèäðîêñèìåòèëòðàíñôåðàçû, áåëêà, âîâëå÷åííîãî â ïðîöåññ ñèíòåçà ÄÍÊ.

Âèòàìèí B3, èçâåñòíûé òàêæå êàê íèàöèí (íèêîòèíîâàÿ êèñëîòà) è íèàöèíàìèä (íèêîòèíàìèä), âèòàìèí B3 èãðàåò êëþ÷åâóþ ðîëü â ñèíòåçå ÀÒÔ, ÷òî óæå îáñóæäàëîñü â ïðåäûäóùèõ ãëàâàõ. Òàêæå âèòàìèí B3 íåîáõîäèì êëåòêàì äëÿ ñèíòåçà êëþ÷åâîãî äëÿ ïðîöåññà âîññòàíîâëåíèÿ ÄÍÊ ôåðìåíòà ïîëè – (ÀÄÔ-ðèáîçà) ïîëèìåðàçû. Ýòîò ôåðìåíò, èçâåñòíûé ïîä ñîêðàùåííûì íàçâàíèåì (PARP) âîññòàíàâëèâàåò ÄÍÊ è åãî íåäîñòàòîê ñóùåñòâåííî óâåëè÷èâàåò ðèñêè ðàêîâûõ çàáîëåâàíèé. Ïðèåì äîïîëãèòåëüíûõ êîëè÷åñòâ âèòàìèíà B3 ïîìîãàåò ÄÍÊ ïðîòèâîñòîÿòü àòàêàì êàíöåðîãåííûõ âåùåñòâ.

Êàê íåäîñòàòîê âèòàìèíîâ ãðóïïû B âëèÿåò íà âîññòàíîâëåíèå ÄÍÊ

Ìíîãèå ëþäè óæàñíî áîÿòñÿ ðàäèîàêòèâíîãî çàðàæåíèÿ, êîòîðîå ìîæåò ñëó÷èòüñÿ ïðè ÿäåðíîì âçðûâå èëè óïîòðåáëåíèè â ïèùó çàðàæåííûõ ðàäèàöèåé ðàñòåíèé. Îäíàêî, ñîãëàñíî èññëåäîâàíèÿì Áðþñà Ýéìñà (Êàëèôîðíèéñêèé Óíèâåðñèòåò â Áåðêëè) ïîâðåæäåíèÿ ÄÍÊ, âûçâàííûå íåäîñòàòêîì âèòàìèíîâ B-ãðóïïû âûçûâàþò ñõîæèå ñ ðàäèîàêòèâíûì çàðàæåíèåì ñèìïòîìû. È â òîì, è â äðóãîì ñëó÷àå, ïðîèñõîäèò ðàçðûâ ñïèðàëåé ÄÍÊ.

Ê ñîæàëåíèþ, áîëåå 10% àìåðèêàíöåâ èñïûòûâàþò õðîíè÷åñêèé íåäîñòàòîê ïî êðàéíåé ìåðå îäíîãî èç âèòàìèíîâ B-ãðóïïû, âûçâàííîé ÷ðåçìåðíî êîíñåðâàòèâíûìè ðåêîìåíäóåìûìè ïðàâèòåëüñòâîì äîçèðîâêàìè.  äåéñòâèòåëüíîñòè æå, äëÿ àìåðèêàíöåâ, ñòðàäàþùèõ îò íåäîñòàòêîâ âèòàìèíîâ B-ãðóïïû ìîæåò áûòü â ðàçû âûøå. À, êàê ìû òåïåðü ïîíèìàåì, íåäîñòàòîê ëþáîãî èç òàêèõ âèòàìèíîâ çàìåäëÿåò ñèíòåç ÄÍÊ èëè äåëàåò ýòîò ïðîöåññ âîâñå íåâîçìîæíûì.

Îñîáåííî (ïîäòâåðæäåíî ìíîãî÷èñëåííûìè èññëåäîâàíèÿìè) êðèòè÷åí íåäîñòàòîê âèòàìèíîâ B3 è B2 è B6. Îí ïðîäóöèðóåò ðàçâèòèå ãåíåòè÷åñêîé íåñòàáëüíîñòè, ëîìêîñòè õðîìîñîì è ðàçðûâû ñïèðàëåé ÄÍÊ.

Ïðîäîëæåíèå https://www.proza.ru/2009/05/12/255

Представьте себе, что все белки, жиры и углеводы, которые мы получаем с приемом пищи, распадаются на маленькие пазлы, которые собираются вновь только в одном определенном участке нашего организма — митохондриях. Там же происходит сортировка и параллельное протекание реакций созидания и разрушения. Разберемся подробнее:

Что такое цикл Кребса

Цикл Кребса — это цепочка химических реакций, происходящих в митохондриях каждой клетки нашего тела, которая называется циклом потому, что продолжается непрерывно. Она же является и общим конечным путем окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе распада большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива» или «субстратов окисления»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.

Функции цикла Кребса:

• анаболическая (синтез новых органических веществ);
• энергетическая (питание организма)
• катаболическая (превращение некоторых веществ в катализаторы)
• транспортная (транспортировка водорода, участвующего в дыхании клеток).

Атомы водорода, высвобождающиеся в окислительно-восстановительных реакциях, доставляются в цепь переноса электронов при участии НАД-  и ФАД-  зависимых дегидрогеназ, в результате чего происходит образование 12 высокоэнергетических фосфатных связей: синтез 12 молекул аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ) из аденозиндифосфорной кислоты (АДФ).

Как работает цикл Кребса?

В организме аминокислоты, жирные кислоты и пируват образуют ацетил-КоА.

Когда ацетил-КоА попадает в митохондриальный матрикс, он связывается с молекулой оксалацетата и превращается в лимонную кислоту (цитрат). Цитрат, в свою очередь, под действием фермента аконитазы превращается в цис-аконитат, оставляя молекулу воды.

В свою очередь цис-аконитат превращается в изоцитрат под действием фермента изоцитратдегидрогеназы. Изоцитрат превращается в альфа-кетоглутарат под действием изоцитратдегидрогеназы.

Альфа-кетоглутарат превращается в сукцинил-КоА альфа-кетоглутаратдегидрогеназой и добавлением ацетил-КоА. Он подвергается сукцинату под действием сукцинат-тиокиназы. Сукцинатдегидрогеназа превращает его в фумарат. Фумарат превращается в L-малат через фумаразу. L-малат под действием фермента малатдегидрогеназы восстанавливает оксалацетат, который может снова вступать в реакцию с молекулой ацетил-КоА и повторять цикл.

Результатом этого цикла является образование CO2 и водорода, а также воды. Ионы на выходе из процесса участвуют в ресинтезе АТФ, что помогает организму восстановить еще один источник энергии — трифосфат аденозина.

Стадии цикла Кребса

Окисление ацетильного остатка происходит в несколько стадий, образующих циклический процесс из 8 основных этапов:

Реакции цикла Кребса по стадиям

Для облегчения запоминания ферментативных реакций цикла:

ЩУКа съела ацетат, получается цитрат
через цис-аконитат будет он изоцитрат
водороды отдав НАД, он теряет СО2
этому безмерно рад альфа-кетоглутарат
окисление грядёт: НАД похитит водород
В1 и липоат с коэнзимом А спешат,
отбирают СО2, а энергия едва
в сукциниле появилась сразу ГТФ родилась
и остался сукцинат. вот добрался он до ФАДа,
водороды тому надо водороды потеряв,
стал он просто фумарат. фумарат воды напился,
и в малат он превратился тут к малату НАД пришёл,
водороды приобрёл ЩУКа снова объявилась
и тихонько затаилась Караулить ацетат…

Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом. Он первым
постулировал значение данного цикла для полного сгорания пирувата, главным
источником которого является гликолитическое превращение углеводов. В
дальнейшем было показано, что цикл трикарбо-новых кислот является тем центром,
в котором сходятся практически все метаболические пути. Таким образом, цикл
Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в
которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул,
играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.

Образовавшийся
в результате окислительного декарбоксилирования пирувата в митохондриях
ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл происходит в матриксе
митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций (рис. 10.9).
Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и образования
лимонной кислоты (цитрата). Затем лимонная кислота (шестиуглеродное соединение)
путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и двух декарбоксилирований
(отщепление СО2) теряет два углеродных атома и снова в цикле Кребса
превращается в оксалоацетат (четырехуглеродное соединение), т.е. в результате
полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и Н2О,
а молекула окса-лоацетата регенерируется. Рассмотрим все восемь
последовательных реакций (этапов) цикла Кребса.

Рис. 10.9. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса).

Первая
реакция катализируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная группа
ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется
лимонная кислота:

По-видимому,
в данной реакции в качестве промежуточного продукта образуется связанный с
ферментом цитрил-КоА. Затем последний самопроизвольно и необратимо
гидролизуется с образованием цитрата и HS-KoA.

В результате
второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с
образованием цис-аконитовой
кислоты, которая, присоединяя молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту
(изоцитрат). Катализирует эти обратимые реакции гидратации–дегидратации фермент
аконитатгидратаза (аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН
в молекуле цитрата:

Третья
реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота
дегидрируется в присутствии НАД-зависимой изо-цитратдегидрогеназы.

В ходе
изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновременно
декарбоксилируется. НАД-зависимая изоцитратдегидрогеназа является
аллостерическим ферментом, которому в качестве специфического активатора
необходим АДФ. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в
ионах Mg2+или Мn2+.

Во время
четвертой реакции происходит окислительное декарбокси-лирование
α-кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения
сукцинил-КоА. Механизм этой реакции сходен с таковым реакции окислительного
декарбоксилирования пирувата до ацетил-КоА, α-кетоглутаратдегидрогеназный
комплекс напоминает по своей структуре пируватдегидрогеназный комплекс. Как в
одном, так и в другом случае в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ,
амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД+.

Пятая реакция
катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой реакции
сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается в янтарную
кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической
фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-КоА:

В результате
шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината
катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно
(ковалентно) связан кофермент ФАД. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно
связана с внутренней ми-тохондриальной мембраной:

Седьмая
реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы (фумаразы).
Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции
является яблочная кислота (малат). Следует отметить, что фумаратгидратаза
обладает стереоспецифичностью (см. главу 4) – в ходе реакции образуется
L-яблочная кислота:

Наконец, в
ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной
НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат:

Как видно, за
один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит
полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА. Для непрерывной работы
цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-КоА, а коферменты (НАД+
и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние, должны снова и снова
окисляться. Это окисление осуществляется в системе переносчиков электронов в
дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране
митохондрий. Образовавшийся ФАДН2 прочно связан с СДГ, поэтому он
передает атомы водорода через KoQ. Освобождающаяся в
результате окисления ацетил-КоА энергия в значительной мере сосредоточивается в
макроэргических фосфатных связях АТФ. Из 4 пар атомов водорода 3 пары переносят
НАДН на систему транспорта электронов; при этом в расчете на каждую пару в
системе биологического окисления образуется 3 молекулы АТФ (в процессе
сопряженного окислительного фосфорилирования), а всего, следовательно, 9
молекул АТФ (см. главу 9). Одна пара атомов от сукцинатдегидрогеназы-ФАДН2
попадает в систему транспорта электронов через KoQ, в результате
образуется только 2 молекулы АТФ. В ходе цикла Кребса синтезируется также одна
молекула ГТФ (субстратное фосфорилирование), что равносильно одной молекуле
АТФ. Итак, при окислении одной молекулы ацетил-КоА в цикле Кребса и системе
окислительного фосфорилирования может образоваться 12 молекул АТФ.

Если
подсчитать полный энергетический эффект гликолитического расщепления глюкозы и
последующего окисления двух образовавшихся молекул пирувата до СО2 и
Н2О, то он окажется значительно большим.

Как
отмечалось, одна молекула НАДН (3 молекулы АТФ) образуется при окислительном
декарбоксилировании пирувата в ацетил-КоА. При расщеплении одной молекулы
глюкозы образуется 2 молекулы пирувата, а при окислении их до 2 молекул
ацетил-КоА и последующих 2 оборотов цикла трикарбоновых кислот синтезируется 30
молекул АТФ (следовательно, окисление молекулы пирувата до СО2 и Н2О
дает 15 молекул АТФ). К этому количеству надо добавить 2 молекулы АТФ,
образующиеся при аэробном гликолизе, и 6 молекул АТФ, синтезирующихся за счет
окисления 2 молекул внемитохондриального НАДН, которые образуются при окислении
2 молекул глицеральдегид-3-фосфата в дегидрогеназной реакции гликолиза. Следовательно,
при расщеплении в тканях одной молекулы глюкозы по уравнению С6Н12О6
+ 6О2 —> 6СО2 + 6Н2О синтезируется 38
молекул АТФ. Несомненно, что в энергетическом отношении полное расщепление
глюкозы является более эффективным процессом, чем анаэробный гликолиз.

Необходимо
отметить, что образовавшиеся в процессе превращения глицеральдегид-3-фосфата 2
молекулы НАДН в дальнейшем при окислении могут давать не 6 молекул АТФ, а
только 4. Дело в том, что сами молекулы внемитохондриального НАДН не способны
проникать через мембрану внутрь митохондрий. Однако отдаваемые ими электроны
могут включаться в митохондриальную цепь биологического окисления с помощью так
называемого глицеролфосфатного челночного механизма (рис. 10.10).
Ци-топлазматический НАДН сначала реагирует с цитоплазматическим
ди-гидроксиацетонфосфатом,
образуя глицерол-3-фосфат. Реакция
катализи-

Рис. 10.10. Глицеролфосфатный челночный механизм.
Объяснение в тексте.

руется
НАД-зависимой цитоплазматической глицерол-3-фосфат-дегидроге-назой:

Дигидроксиацетонфосфат + НАДН + Н+
<=> Глицерол-3-фосфат + НАД+.

Образовавшийся
глицерол-3-фосфат легко проникает через митохонд-риальную мембрану. Внутри
митохондрии другая (митохондриальная) глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа
(флавиновый фермент) снова окисляет глицерол-3-фосфат до диоксиацетонфосфата:

Глицерол-3-фосфат + ФАД <=>
Диоксиацетонфосфат + ФАДН2.

Восстановленный
флавопротеин (фермент-ФАДН2) вводит на уровне KoQ приобретенные
им электроны в цепь биологического окисления и сопряженного с ним
окислительного фосфорилирования, а диоксиаце-тонфосфат выходит из митохондрий в
цитоплазму и может вновь взаимодействовать с цитоплазматическим НАДН + Н+.
Таким образом, пара электронов (из одной молекулы цитоплазматического НАДН + Н+),
вводимая в дыхательную цепь с помощью глицеролфосфатного челночного механизма,
дает не 3, а 2 АТФ.

Рис. 10.11. Малат-аспартатная
челночная система для переноса восстанавливающих эквивалентов от цитозольного
НАДН в митохондриальный матрикс. Объяснение в тексте.

В дальнейшем
было показано, что с помощью данного челночного механизма лишь в скелетных
мышцах и мозге осуществляется перенос восстановленных эквивалентов от
цитозольного НАДН + Н+ в митохондрии.

В клетках
печени, почек и сердца действует более сложная малат-ас-партатная челночная система.
Действие такого челночного механизма становится возможным благодаря присутствию
малатдегидрогеназы и ас-партатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в
митохондриях.

Установлено,
что от цитозольного НАДН + Н+ восстановленные эквиваленты сначала
при участии фермента малатдегидрогеназы (рис. 10.11) переносятся на цитозольный
оксалоацетат. В результате образуется малат, который с помощью системы,
транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через внутреннюю мембрану
митохондрии в матрикс. Здесь малат окисляется в оксалоацетат, а матриксный НАД+
восстанавливается в НАДН + Н+, который может теперь передавать свои
электроны в цепь дыхательных ферментов, локализованную на внутренней мембране
митохондрии. В свою очередь образовавшийся оксалоацетат в присутствии
глутамата и фермента АсАТ вступает в реакцию трансаминирования. Образующиеся
аспарат и α-кетоглутарат с помощью специальных транспортных систем
способны проходить через мембрану митохондрий.

Транспортирование
в цитозоле регенерирует оксалоацетат, что вызывает к действию следующий цикл. В
целом процесс включает легкообратимые реакции, происходит без потребления
энергии, «движущей силой» его является постоянное восстановление НАД+
в цитозоле гли-церальдегид-3-фосфатом, образующимся при катаболизме глюкозы.

Итак, если
функционирует малат-аспартатный механизм, то в результате полного окисления
одной молекулы глюкозы может образоваться не 36, а 38 молекул АТФ (табл. 10.1).

В табл. 10.1
приведены реакции, в которых происходит образование высокоэргических фосфатных
связей в ходе катаболизма глюкозы, с указанием эффективности процесса в
аэробных и анаэробных условиях.

Еще по теме:

• ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ — химическая энциклопедия
• трикарбоновых кислот цикл — химическая энциклопедия