Məlumat

1.13: Piruvat oksidləşməsi və TCA dövrü - Biologiya

1.13: Piruvat oksidləşməsi və TCA dövrü - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Piruvatın oksidləşməsi və TCA dövrü

Piruvat metabolizması və TCA dövrünə baxış

Müvafiq şəraitdə piruvat daha da oksidləşə bilər. Piruvatın iştirakı ilə ən çox öyrənilmiş oksidləşmə reaksiyalarından biri NAD-ın iştirak etdiyi iki hissəli reaksiyadır.+ və koenzim A adlanan molekul, tez-tez sadəcə olaraq "CoA" kimi qısaldılır. Bu reaksiya piruvatı oksidləşdirir, dekarboksilləşmə yolu ilə bir karbonun itirilməsinə səbəb olur və asetil-KoA adlı yeni molekul yaradır. Nəticədə yaranan asetil-KoA daha böyük molekulların biosintezi üçün bir neçə yola daxil ola bilər və ya bəzən Krebs dövrü və ya trikarboksilik turşu (TCA) dövrü adlanan Sitrik Turşu Dövrü adlanan mərkəzi metabolizmin başqa bir yoluna yönəldilə bilər. Burada asetil qrupunda qalan iki karbon ya daha da oksidləşə bilər, ya da müxtəlif digər molekulların qurulması üçün yenidən prekursor kimi xidmət edə bilər. Bu ssenariləri aşağıda müzakirə edirik.

Piruvat və qlikolizin digər son məhsullarının müxtəlif taleyi

Qlikoliz modulu qlikolizin son məhsulları ilə ayrıldı: 2 piruvat molekulu, 2 ATP və 2 NADH molekulu. Bu modul və fermentasiya modulu hüceyrənin indi yaradılan piruvat, ATP və NADH ilə nə edə biləcəyini araşdıracaq.

ATP və NADH-nin taleyi

Ümumiyyətlə, ATP müxtəlif hüceyrə funksiyaları üçün istifadə edilə bilər və ya biosintez, nəql, replikasiya və s.

Ancaq NADH ilə nə edəcəyi, hüceyrənin böyüdüyü şərtlərdən asılıdır. Bəzi hallarda, xarici elektron qəbuledicisi olmadıqda və bəzi biosintetik reduksiya reaksiyası üçün NADH tərəfindən daşınan elektronlar tələb olunmadıqda, hüceyrə NADH-ni sadəcə olaraq NAD-a təkrar emal etməyi seçəcək.+ elektronları daxili metabolitə (tercihen yararsız bir tullantı məhsula) "boşaldırmaq" və azalmış metaboliti xaric etməklə. Bu proses fermentasiya adlanır (fermentasiya modulunda daha ətraflı təsvir edilmişdir). Alternativ olaraq, NADH yenidən NAD-a qaytarıla bilər+ elektron daşıma zənciri kimi tanınan bir şeyə elektronlar verməklə (ETC- bu, tənəffüs və elektron nəqli modulunda "Redoksda nağdlaşdırma" başlığı ilə əhatə olunur). Bununla belə, nəzərə alın ki, NADH ümumiyyətlə təkrar emal edilməli olan "zibil" deyil. ATP müxtəlif reaksiyalar üçün həm enerji, həm də fosfat mənbəyi olduğu kimi, NADH universal və vacib azalma mənbəyi kimi çıxış edir. Hüceyrədə NADH artıqlığı və/və ya NAD+ çatışmazlığı olduqda yalnız fermentasiya yolu ilə emal edilməlidir. Fermentasiya NAD+/NADH homeostazını saxlamağa kömək edəcək.

Hüceyrə piruvatının taleyi

  • Piruvat fermentasiya reaksiyalarında terminal elektron qəbuledicisi kimi (birbaşa və ya dolayı yolla) istifadə edilə bilər; bu fermentasiya modulunda müzakirə olunur. Piruvatın azaldılmış forması hüceyrədən tullantı məhsul kimi ifraz oluna bilər.
  • Bu yanacaqdan daha çox sərbəst enerji çıxarmaq üçün piruvat daha da oksidləşə bilər.
  • Piruvat bəzi əsas karbon emalı metabolik yollarını birləşdirən qiymətli aralıq birləşmə kimi xidmət edə bilər.

Piruvatın sonrakı oksidləşməsi

Tənəffüs edən bakteriyalarda və arxeyalarda, müvafiq şəraitdə və lazım olduqda, piruvat daha da oksidləşir. Aerob tənəffüs edən eukaryotik hüceyrələrdə qlikolizin sonunda əmələ gələn piruvat molekulları (sitoplazmada baş verir) hüceyrə tənəffüsünün yerləşdiyi və oksigen istehlak edən elektron daşıma zəncirlərinin yerləşdiyi mitoxondriyaya daşınır. Burada O2 xaricdən təchiz edilmiş "terminal elektron qəbuledicisi" kimi çıxış edəcək. Həyatın hər üç sahəsindən olan orqanizmlər piruvatı CO-yə daha da oksidləşdirmək üçün oxşar mexanizmləri bölüşürlər2. Birinci piruvat dekarboksilləşir və kovalent bağlanır koferment A vasitəsilə a tioester kimi tanınan molekulu meydana gətirmək üçün əlaqə asetil-KoA. Asetil-KoA bir çox digər biokimyəvi yollarla qidalana bilsə də, biz indi onun sirkulyar yolun qidalanmasında rolunu nəzərdən keçiririk. Trikarboksilik turşu dövrü, həmçinin adlandırılır TCA dövrü, the Sitrik turşusu dövrü və ya Krebs dövrü. Bu proses aşağıda ətraflı təsvir edilmişdir.

Piruvatın Asetil-KoA-ya çevrilməsi

Piruvat dehidrogenaz fermenti ilə kataliz edilən çoxpilləli reaksiyada piruvat NAD ilə oksidləşir.+, dekarboksilləşmiş və tioester bağı vasitəsilə koenzim A molekulu ilə kovalent şəkildə bağlıdır. Unutmayın: var iki metabolizə olunan hər bir qlükoza molekulu üçün qlikolizin sonunda əmələ gələn piruvat molekulları; Beləliklə, altı orijinal karbondan ikisi CO olaraq aradan qaldırılacaqdır2 bu addımın sonunda. CO2 hüceyrədən diffuzasiya olunacaq. Bundan əlavə, bir NAD molekulu+ oksidləşən piruvat molekulu üçün bu proses zamanı NADH-ə qədər azalır.

Mitoxondrial matrisə daxil olduqdan sonra çoxlu ferment kompleksi piruvatı asetil KoA-ya çevirir. Prosesdə karbon qazı ayrılır və bir NADH molekulu əmələ gəlir. Piruvat oksidləşir - eyni zamanda bir şey azaldılmalıdır - bu nədir?

Özünüzdən soruşun: TCA dövrünün sonunda, hamısı qlükozanın ilkin karbonları CO kimi itiriləcəkdir2. Bəs... kamerada nə qalır? Hüceyrə nə yığdı? Hüceyrə niyə bu şəkər molekulunu məhv etdi?

Təklif olunan müzakirə

Yaxşı lüğətdən istifadə edərək bu reaksiyada enerjinin axını və ötürülməsini təsvir edin - (məsələn, azaldılmış, oksidləşmiş, redoks, enderqonik, ekzerqonik, tioester və s.). Siz həmrəy olaraq redaktə edə bilərsiniz - kimsə təsvirə başlaya bilər, başqası onu yaxşılaşdıra bilər, başqası onu daha çox təkmilləşdirə bilər və s. .

Trikarboksilik turşu (TCA) dövrü

Uyğun bir varlığında terminal elektron qəbuledicisi, asetil KoA sitrat yaratmaq üçün asetil qrupunu dörd karbonlu bir molekula, oksaloasetata verir (bir bağı dəyişdirir).

Bakteriyalarda və arxeyalarda TCA dövründəki reaksiyalar sitozolda baş verir. Eukariotlarda TCA dövrü mitoxondrilərin matrisində baş verir. TCA dövrünün fermentlərinin əksəriyyəti suksinat dehidrogenaz istisna olmaqla, suda həll olunur (membranda deyil). Qlikolizdən fərqli olaraq, TCA dövrü qapalı dövrədir: yolun sonuncu hissəsi ilk mərhələdə istifadə olunan birləşməni bərpa edir. Dövrün səkkiz addımı iki karbon dioksid molekulu, bir ATP ekvivalenti (GTP), 3 NADH və bir FADH istehsal edən bir sıra redoks, susuzlaşdırma, nəmləndirmə və dekarboksilləşmə reaksiyalarıdır.2. Əgər mühasibat uçotundan zövq alırsınızsa, unutmayın ki, bunlar dövrəyə daxil olan hər bir asetil koA üçün dəyərlərdir.

TCA dövründə asetil KoA-dan olan asetil qrupu dörd karbonlu oksaloasetat molekuluna birləşərək altı karbonlu sitrat molekulunu əmələ gətirir. Bir sıra addımlar vasitəsilə sitrat oksidləşir və dövrəyə daxil olan hər bir asetil qrupu üçün iki karbon dioksid molekulunu buraxır. Prosesdə üç NAD+ molekullar NADH-ə, bir FAD molekulu FADH-ə qədər azalır2, və bir ATP və ya GTP (hüceyrə növündən asılı olaraq) istehsal olunur (substrat səviyyəsində fosforlaşma ilə). TCA dövrünün son məhsulu həm də ilk reaktiv olduğundan, dövr kifayət qədər reaktivlərin iştirakı ilə davamlı olaraq davam edir. (Kredit: “Yikrazuul”/Wikimedia Commons tərəfindən işin dəyişdirilməsi)

TCA dövründəki addımlar

Addım 1:

Dövrün ilk addımı asetil-KoA-nın iki karbonlu asetil qrupunun bir dörd karbonlu oksaloasetat molekulu ilə əlaqəli kondensasiya reaksiyasıdır. Bu reaksiyanın məhsulları altı karbon molekullu sitrat və sərbəst koenzim Adır. Bu addım geri dönməz hesab olunur, çünki o, çox yüksək ekzerqonikdir. Üstəlik, bu reaksiyanın sürəti ATP tərəfindən mənfi rəy vasitəsilə idarə olunur. ATP səviyyəsi artarsa, bu reaksiyanın sürəti azalır. ATP çatışmazlığı varsa, sürət artır. Əgər hələ yoxsa, səbəb tezliklə bəlli olacaq.

Addım 2:

İkinci mərhələdə sitrat bir su molekulunu itirir və sitrat onun izomerinə, izositratına çevrildiyi üçün digərini qazanır.

Addım 3:

Üçüncü addımda izositrat NAD ilə oksidləşir+ və dekarboksilləşmişdir. Karbonları izləyin! Bu karbon artıq hüceyrəni tullantı kimi tərk edir və yeni biomolekulların yaradılması üçün artıq mövcud deyil. Beləliklə, izositratın oksidləşməsi nəticəsində beş karbonlu molekul, α-ketoqlutarat, CO molekulu əmələ gəlir.2 və azaldılmış NADH. Bu addım həm də ATP və NADH-dən mənfi rəy və ADP-dən müsbət təsirlə tənzimlənir.

Addım 4:

4-cü addım süksinat dehidrogenaz fermenti tərəfindən kataliz edilir. Burada α-ketoqlutarat NAD ilə daha da oksidləşir+. Bu oksidləşmə yenidən dekarboksilləşməyə və beləliklə, tullantı kimi başqa bir karbonun itirilməsinə gətirib çıxarır. İndiyədək asetil-CoA-dan dövrəyə iki karbon daxil olub, ikisi isə CO olaraq ayrılıb2. Bu mərhələdə, maddələr mübadiləsinin bu mərhələsinə oksidləşən qlükoza molekullarından assimilyasiya olunmuş karbonların xalis qazancı yoxdur. Əvvəlki addımdan fərqli olaraq, süksinat dehidrogenaza - ondan əvvəlki piruvat dehidrogenaza kimi - ekzerqonik redoks və dekarboksilləşmə reaksiyasının sərbəst enerjisini birləşdirərək A substratı koenzimi ilə suksinat arasında tioester bağının əmələ gəlməsini təmin edir (dekarboksilləşmədən sonra qalanlar) . Süksinat dehidrogenaz ATP, suksinil-KoA və NADH tərəfindən əks əlaqə inhibəsi ilə tənzimlənir.

Təklif olunan müzakirə

Bu və allosterik əks əlaqə mexanizmləri (ATP və/və ya ADP konsentrasiyası) ilə tənzimlənən digər yollarda bir neçə addım gördük. Bu reaksiyalarda ortaq nəsə(lər) varmı? Niyə bunlar tənzimləmə üçün yaxşı addımlar ola bilər?

Addım 5:

Beşinci addımda, qeyri-üzvi fosfatın (P) olduğu substrat səviyyəsində fosforlaşma hadisəsi var.i) GTP (məqsədlərimiz üçün ATP ekvivalenti) və ya ATP yaratmaq üçün ÜDM-ə (və ya ADP) əlavə edilir. Bu substrat səviyyəsində fosforlaşma hadisəsini hərəkətə gətirən enerji, suksinat yaratmaq üçün suksinil ~ CoA-dan CoA molekulunun hidrolizindən gəlir. Niyə ki ya GTP və ya ATP istehsal olunur? Heyvan hüceyrələrində onların tapıldığı heyvan toxumasının növündən asılı olaraq bu mərhələ üçün iki izoenzim (eyni reaksiyanı həyata keçirən fermentin müxtəlif formaları) mövcuddur. Bir forma, ürək və skelet əzələsi kimi böyük miqdarda ATP istifadə edən toxumalarda olur. Bu forma ATP istehsal edir. Fermentin ikinci forması qaraciyər kimi çoxlu anabolik yollara malik olan toxumalarda olur. Bu forma GTP istehsal edir. GTP enerji baxımından ATP-yə bərabərdir; lakin onun istifadəsi daha məhduddur. Daha sonra görəcəyimiz kimi, zülal sintezi prosesi enerji mənbəyi kimi ilk növbədə GTP-dən istifadə edir. Əksər bakterial sistemlər bu reaksiyada GTP istehsal edir.

Addım 6:

Altıncı addım süksinatın FAD tərəfindən oksidləşdiyi başqa bir redoks reaksiyasıdır+ fumarat daxil. İki hidrogen atomu FAD-a köçürülür+, FADH istehsal edir2. Fumarat/süksinat və NAD arasındakı azalma potensialındakı fərq+/NADH yarım reaksiyaları NAD etmək üçün kifayət deyil+ süksinatın NAD ilə oksidləşməsi üçün uyğun reagent+ hüceyrə şəraitində. Ancaq FAD ilə azalma potensialı fərqi+/FADH2 yarım reaksiya süksinatı oksidləşdirmək və FAD-ı azaltmaq üçün kifayətdir+. TCA dövrü zamanı əmələ gələn NADH-dən fərqli olaraq, FADH fermentə bağlı qalır və elektronları birbaşa elektron daşıma zəncirinə ötürür. Bu proses mitoxondrinin və ya plazma membranının daxili membranında (sözügedən orqanizmin eukaryotik olub-olmamasından asılı olaraq) bu mərhələni kataliz edən fermentin lokalizasiyası ilə mümkün olur.

Addım 7:

Yeddinci addımda fumarata su əlavə edilir və malat istehsal olunur. Limon turşusu dövrünün son mərhələsi NAD istifadə edərək malat oksidləşdirərək oksaloasetatı bərpa edir.+. Prosesdə başqa bir NADH molekulu istehsal olunur.

Xülasə

Ümid edirəm ki, bu nöqtədə hələ də oyaqsınız. Qeyd edək ki, bu proses 3 karbonlu üzvi turşu olan 1 molekul piruvatı 3 molekul CO2-ə qədər tamamilə oksidləşdirir.2. Bu proses zamanı 4 molekul NADH, 1 molekul FADH2, və 1 molekul GTP (və ya ATP) istehsal olunur. NADH və FADH molekullarının hər biri tənəffüs edən orqanizmlər üçün əhəmiyyətli bir enerji mənbəyidir.2 elektron nəqli zəncirinə birbaşa qidalana bilər və tezliklə görəcəyimiz kimi, sonrakı redoks reaksiyaları dolayı yolla əlavə ATP sintezini gücləndirəcək. Bu onu göstərir ki, TCA dövrü, ilk növbədə, ilkin enerji mənbəyindən hüceyrələrin istifadə edə biləcəyi bir forma, ATP (və ya ekvivalent) və ya enerjili membrana qədər potensial enerji çıxarmaq və ya çevirmək üçün inkişaf etdirilmiş enerji yaradan mexanizmdir. Bununla belə, - və unutmayaq - bu yolun inkişafının digər mühüm nəticəsi, müxtəlif katabolik reaksiyalar üçün zəruri olan bir neçə prekursor və ya substrat molekullarını istehsal etmək qabiliyyətidir (bu yol daha böyük molekullar yaratmaq üçün ilkin tikinti bloklarından bəzilərini təmin edir). Aşağıda müzakirə edəcəyimiz kimi, karbon metabolizmi ilə enerji mübadiləsi arasında güclü əlaqə var.

Öyrənməyə keçid

Limon turşusu dövrünün hər bir addımını buraya vurun.

Karbon axını ilə əlaqə

Bu oxunuşda və sinifdə araşdırmağa başladığımız fərziyyələrdən biri, "mərkəzi metabolizmin" katabolik reaksiyalar üçün karbon prekursorlarının yaradılması vasitəsi kimi təkamül etdiyi ideyasıdır. Bizim fərziyyəmiz həmçinin bildirir ki, hüceyrələr təkamül etdikcə bu reaksiyalar yollarla əlaqələndirilir: qlikoliz və TCA dövrü, hüceyrə üçün effektivliyini artırmaq üçün bir vasitə kimi. Bu inkişaf edən metabolik yolun əlavə faydası qlükozanın tam oksidləşməsindən NADH əmələ gəlməsi idi - biz fermentasiyanı müzakirə edərkən bu fikrin başlanğıcını gördük. Biz artıq qlikolizin nəinki substrat səviyyəsində fosforlaşmadan ATP təmin etdiyini, həm də 2 NADH molekulu və 6 əsas prekursordan ibarət xalis əldə etdiyini müzakirə etdik: qlükoza-6-P, fruktoza-6-P, trios-P, 3-fosfogliserat, fosfoenolpirut. , və əlbəttə ki, piruvat. Bununla belə, biz NAD+-dan NADH sintezinin hüceyrə üçün niyə bu qədər faydalı olduğunu hələ təsvir etməmişik – biz buna “Redoks-da pul köçürmə”də çatacağıq.

TCA dövrü ilə piruvat oksidləşmə prosesi zamanı əlavə 4 "əsas prekursor" əmələ gəlir: asetil~KoA, alfa-ketoqlutarat, oksaloasetat və suksinil~CoA. CO-nun üç molekulu2 itirilir və bu, hüceyrə üçün xalis kütlə itkisini ifadə edir. Bununla belə, bu prekursorlar amin turşularının, yağ turşularının və heme kimi müxtəlif ko-faktorların istehsalı da daxil olmaqla müxtəlif katabolik reaksiyalar üçün substratdır. Bu o deməkdir ki, TCA dövrü ərzində reaksiya sürəti hər bir metabolik ara məhsulun konsentrasiyasına həssas olacaqdır. A metabolik aralıq bir reaksiya (məhsul) tərəfindən əmələ gələn və sonra növbəti reaksiya üçün substrat rolunu oynayan birləşmədir. Bu həm də o deməkdir ki, metabolik ara məhsullar, xüsusən də 4 əsas prekursor, tələb olunarsa, katabolik reaksiyalar üçün istənilən vaxt çıxarıla bilər.

Bütün hüceyrələrdə funksional TCA dövrü yoxdur

Bütün hüceyrələr bu prekursor molekulları yaratmaq qabiliyyətini tələb etdiyindən, bütün orqanizmlərin tam funksional TCA dövrünə sahib olacağını gözləmək olar. Əslində, bir çox orqanizmlərin hüceyrələrində tam bir dövr yaratmaq üçün fermentlər DEYİL - lakin bütün hüceyrələr əvvəlki paraqrafda qeyd olunan 4 TCA dövrünün prekursorlarını yaratmaq qabiliyyətinə malikdirlər. Hüceyrələr necə prekursorlar əmələ gətirir və tam bir dövrə malik deyillər? Unutmayın ki, bu reaksiyaların əksəriyyəti sərbəst şəkildə geri çevrilə bilər, belə ki, əgər NAD+ piruvat və ya asetil~CoA-nın oksidləşməsi üçün tələb olunursa, əks reaksiyalar üçün NADH tələb olunur. Bu "geri" proses tez-tez reduktiv TCA dövrü adlanır. Reduktiv TCA dövrü bəzi orqanizmlər tərəfindən CO-dən qlükoza və digər karbon tərkibli molekullar yaratmaq üçün istifadə olunur.2! Bu reaksiyaları tərs istiqamətdə aparmaq üçün (yuxarıda müzakirə olunan istiqamətə görə) enerji və azaldıcı elektron mənbəyi tələb olunur, bu halda həm ATP, həm də NADH tərəfindən daşınır. Əgər siz TCA dövrü vasitəsilə ATP və NADH yarada bilsəniz, bu, onu əks istiqamətdə idarə etmək üçün ATP və NADH-ni "giriş" kimi tələb edəcəyini düşünür.

Əlavə Linklər

Faydalı ola biləcəyiniz videolara və səhifələrə bəzi əlavə bağlantılar buradadır.



Şərhlər:

  1. Louden

    I believe you stand straight

  2. Earle

    Üzr istəyirəm, amma mənim fikrimcə, səhv edirsən. Mən əminəm. Bunu sübut edə bilərəm.

  3. Akiran

    Düşünürəm ki, haqlı deyilsən. Bunu müzakirə etməyi təklif edirəm. PM-də mənə yazın, danışacağıq.

  4. Umarah

    Təbrik edirəm, fikrin çox gözəldir

  5. Niu

    Yes, I understand you. There is something in this and an excellent idea, I agree with you.

  6. Oko

    Əmin, haqlıdır



Mesaj yazmaq