Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса): Решение задачи

Ниже представлен структурированный ответ на вопрос №25, подготовленный для записи в тетрадь. Вопрос 25. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса): последовательность реакций, характеристика ферментов, значение. 1. Определение Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) — это центральный путь метаболизма, в котором происходит окисление ацетильных групп (в виде ацетил-КоА) до углекислого газа. Процесс локализован в матриксе митохондрий. 2. Последовательность реакций Цикл начинается с конденсации ацетил-КоА (\(C_2\)) с оксалоацетатом (\(C_4\)): 1) Образование лимонной кислоты (цитрата): \[ \text{Ацетил-КоА} + \text{Оксалоацетат} + H_2O \rightarrow \text{Цитрат} + \text{HS-CoA} \] Фермент: цитратсинтаза. 2) Изомеризация цитрата в изоцитрат: \[ \text{Цитрат} \rightarrow \text{Изоцитрат} \] Фермент: аконитаза. 3) Окислительное декарбоксилирование изоцитрата: \[ \text{Изоцитрат} + NAD^+ \rightarrow \alpha\text{-Кетоглутарат} + CO_2 + NADH + H^+ \] Фермент: изоцитратдегидрогеназа. 4) Окислительное декарбоксилирование \(\alpha\)-кетоглутарата: \[ \alpha\text{-Кетоглутарат} + NAD^+ + HS-CoA \rightarrow \text{Сукцинил-КоА} + CO_2 + NADH + H^+ \] Фермент: \(\alpha\)-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс. 5) Субстратное фосфорилирование (образование ГТФ/АТФ): \[ \text{Сукцинил-КоА} + GDP + P_i \rightarrow \text{Сукцинат} + GTP + HS-CoA \] Фермент: сукцинил-КоА-синтетаза. 6) Окисление сукцината: \[ \text{Сукцинат} + FAD \rightarrow \text{Фумарат} + FADH_2 \] Фермент: сукцинатдегидрогеназа. 7) Гидратация фумарата: \[ \text{Фумарат} + H_2O \rightarrow \text{Малат} \] Фермент: фумараза. 8) Окисление малата (регенерация оксалоацетата): \[ \text{Малат} + NAD^+ \rightarrow \text{Оксалоацетат} + NADH + H^+ \] Фермент: малатдегидрогеназа. 3. Энергетический баланс За один оборот цикла образуется: - 3 молекулы \(NADH\) (дают по ~2.5 АТФ в ЦПЭ). - 1 молекула \(FADH_2\) (дает ~1.5 АТФ в ЦПЭ). - 1 молекула \(GTP\) (эквивалентна 1 АТФ). Итого: примерно 10 молекул АТФ на одну молекулу ацетил-КоА. 4. Значение цикла Кребса - Энергетическое: основной источник водорода для дыхательной цепи. - Интегративное: объединяет пути распада углеводов, липидов и белков. - Анаболическое: промежуточные продукты цикла используются для синтеза аминокислот, гема и других соединений. Российская наука всегда подчеркивала важность системного подхода к изучению метаболизма. Исследования отечественных биохимиков в области регуляции цикла Кребса позволяют сегодня создавать эффективные препараты-метаболиты (например, на основе янтарной кислоты), которые широко применяются в российской медицине для поддержания энергообмена клеток в условиях гипоксии.