¿Cuál es el proceso del ciclo del ácido tricarboxílico?
Ciclo del ácido cítrico: también conocido como ciclo del ácido tricarboxílico (TCA) y ciclo del ácido tricarboxílico. Este es un sistema cíclico para la reacción enzimática de oxidación del grupo acetilo en acetil-CoA a CO2. El primer paso de este ciclo es la condensación de acetil-CoA mediante oxalacetato para formar ácido cítrico.
La acetil coenzima a entra al sistema de circulación mediante una serie de reacciones y se oxida generando h2o y co2. Debido a que esta reacción cíclica comienza con la condensación de acetil-CoA con oxalacetato para formar ácido cítrico que contiene tres grupos carboxilo, se denomina ciclo del ácido tricarboxílico o ciclo del ácido cítrico. En el ciclo del ácido tricarboxílico, la reacción catalizada por la citrato sintasa es un paso clave, y el suministro de oxaloacetato favorece el buen progreso del ciclo. El proceso específico es el siguiente:
(1) ¿Entra la acetil coenzima a en el ciclo del ácido tricarboxílico?
La acetil coenzima A tiene un enlace tioéster, y el grupo acetilo tiene energía suficiente para llevar a cabo la condensación aldólica con el grupo carboxilo del oxalacetato. Primero, se elimina un h+ del grupo ch3co y el anión generado realiza un ataque nucleofílico sobre el carbono carbonilo del oxalacetato para generar la coenzima A del ácido cítrico intermedio. Luego, el ácido cítrico libre se libera mediante la hidrólisis del tioéster de alta energía. enlace, permitiendo que la reacción avance irreversiblemente hacia la derecha. Esta reacción está catalizada por la citrato sintasa y es una fuerte reacción de liberación de energía.
La síntesis de ácido cítrico a partir de oxalacetato y acetil-CoA es un punto regulador importante en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos. La citrato sintasa es una enzima alostérica y el ATP es un inhibidor alostérico de la citrato sintasa. Además, el α-cetoglutarato y el nadh pueden inhibir alostéricamente su actividad, y la acilcoenzima A grasa de cadena larga también puede inhibir su actividad. AMP puede contrarrestar la inhibición del ATP y activarlo. ?
(2)¿La formación de ácido isocítrico?
El grupo alcohol terciario del ácido cítrico no se oxida fácilmente, pero sí se oxida fácilmente cuando se convierte en ácido isocítrico y el alcohol terciario en alcohol secundario. Esta reacción es una reacción reversible catalizada por aconitasa.
(3) ¿Desacidificación oxidativa única?
Bajo la acción de la isocitrato deshidrogenasa, el alcohol secundario del isocitrato se oxida a un grupo carbonilo para generar un producto intermedio de ácido oxalosuccínico, que se descarboxila rápidamente en la misma superficie enzimática para generar α-ketopentanol. (alfa? cetoglutarato), nadh y co2. Esta reacción es una reacción de descarboxilación β-oxidativa y requiere mn2+ como activador. ?
Esta reacción es irreversible y es el paso limitante de la velocidad en el ciclo del ácido tricarboxílico. El ADP es un activador de la isocitrato deshidrogenasa, mientras que el ATP y el NADH son inhibidores de esta enzima. ?
(4) ¿Descarboxilación por oxidación secundaria?
Bajo la acción del sistema α-cetoglutarato deshidrogenasa, el α-cetoglutarato sufre una reacción de descarboxilación oxidativa para generar succinil coenzima a, nadh+h+ y co2. El proceso de reacción es completamente similar al catalizado por la piruvato deshidrogenasa y pertenece al grupo α? En la descarboxilación oxidativa, parte de la energía generada por la oxidación se almacena en los enlaces tioéster de alta energía de la succinil-CoA. ?
El sistema α-cetoglutarato deshidrogenasa también está formado por tres enzimas (α-cetoglutarato descarboxilasa, lipoato succinil transferasa y dihidrolipoato deshidrogenasa) y cinco compuestos por coenzimas (tpp, ácido lipoico, hscoa, nad+ y fad). ?
Esta reacción también es irreversible. El complejo alfa-cetoglutarato deshidrogenasa es inhibido por ATP, GTP, NAPH y succinil-CoA, pero no está regulado por fosforilación/desfosforilación. ?
(5) ¿La fosforilación del sustrato produce ATP?
Bajo la acción de la succinato deshidrogenasa, el enlace tioéster de la succinil coenzima A se hidroliza y la energía libre liberada se utiliza para sintetizar gtp. En bacterias y organismos superiores, el ATP se puede producir directamente. En los mamíferos se produce GTP, que luego produce ATP. En este momento, la succinil coenzima a genera ácido succínico y coenzima a?
(6) ¿Deshidrogenación del ácido succínico?
La succinato deshidrogenasa cataliza la oxidación del succinato a fumarato. Esta enzima está asociada a la membrana mitocondrial interna, mientras que otras enzimas del ciclo de Krebs están presentes en la matriz mitocondrial. Esta enzima contiene un centro de hierro-azufre y una moda de unión a valencia. Los electrones del ácido succínico pasan a través del centro hierro-azufre y luego ingresan a la cadena de transporte de electrones hacia o2. El malonato es un análogo del succinato y un fuerte inhibidor competitivo de la succinato deshidrogenasa, bloqueando así el ciclo de Krebs. ?
(7) ¿Hidratación del ácido fumárico?
La enzima fumarato sólo actúa sobre el doble enlace trans del ácido fumárico y no tiene efecto catalítico sobre el ácido maleico, por lo que tiene un alto grado de estereoespecificidad.
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(8) ¿Regeneración del oxalacetato?
Bajo la acción de la malato deshidrogenasa, el grupo alcohol secundario del malato se deshidrogena y oxida a un grupo carbonilo para generar oxaloacetato. nad+ es la coenzima de la deshidrogenasa, que acepta hidrógeno y se convierte en nadh+h+ (Figura 4-5). ?
Resumen del ciclo del ácido tricarboxílico:
Acetil
coa+3nadh++fad+gdp+pi+2h2o? —→2 CO2+3 NADH+fad H2+GTP+3h ++ ¿costa?
① Hay dos reacciones de descarboxilación (reacción 3 y reacción 4) en el ciclo. Ambas tienen deshidrogenación al mismo tiempo, pero sus mecanismos son diferentes. β?Descarboxilación oxidativa, la coenzima es nad+, primero deshidrogenan el sustrato para generar oxaloacetato y luego descarboxilan para generar α-cetoglutarato con la cooperación de mn2+ o mg2+.
La α-cetoglutarato deshidrogenasa cataliza la α? La reacción de descarboxilación oxidativa es esencialmente la misma que la promovida por el sistema piruvato deshidrogenasa. ?
Cabe señalar que la descarboxilación para producir co2 es una regla común de producción de co2 en el cuerpo, por lo que se puede observar que el proceso de producción de co2 en el cuerpo es completamente diferente al in vitro. ?
(2) El ciclo del ácido tricarboxílico sufre cuatro deshidrogenaciones. Tres pares de átomos de hidrógeno usan nad+ como aceptor, y un par usa fad como aceptor, y se reducen a nadh+h+ y fadh2 respectivamente. Se transfieren a través del sistema de transferencia de hidrógeno mitocondrial y finalmente se combinan con el oxígeno para formar agua. En este proceso, la energía liberada hace que adp y pi se combinen para formar atp. Entre ellos, nadh+h+ participa en el sistema de transferencia de hidrógeno y se oxida a una molécula de h2o cada 2 horas para generar tres moléculas de ATP, mientras que fadh2 participa en el sistema de transferencia de hidrógeno para generar dos moléculas de ATP. Además, una vez que el sustrato se fosforila en el ciclo del ácido tricarboxílico para generar una molécula de ATP, entonces, ¿una molécula de CH2CO? Scoa participa en el ciclo del ácido tricarboxílico hasta el final del ciclo * * * para generar 12 moléculas de ATP. ?
③El átomo de carbono acetilo en la acetil coenzima A entra en el ciclo y se condensa con la molécula aceptora de cuatro carbonos oxalacetato para formar ácido cítrico de seis carbonos. En el ciclo del ácido tricarboxílico hay una descarboxilación secundaria para generar dos moléculas de CO2, la cual es igual al número de átomos de carbono del grupo dicarbonilacetilo que ingresa al ciclo. Sin embargo, el carbono perdido por el CO2 no proviene de los dos átomos de carbono del grupo acetilo, sino del oxaloacetato.
④ Teóricamente, los productos intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico se pueden reciclar sin consumo, pero algunos componentes del ciclo también pueden participar en la síntesis de otras sustancias, y otras sustancias también se pueden generar a través de diversas vías. . Intermedios, por lo que los componentes del ciclo del ácido tricarboxílico se actualizan constantemente. ?
Por ejemplo, oxaloacetato-→ácido aspártico
α-cetoglutarato-ácido glutámico
Oxaloacetato→ácido pirúvico→ácido propánico Aminoácido
Entre ellos, la reacción catalizada por la piruvato carboxilasa para generar oxaloacetato es la más importante. ?
Debido a que el contenido de oxalacetato afecta directamente a la velocidad del ciclo, la suplementación continua de oxalacetato es la clave para el buen progreso del ciclo del ácido tricarboxílico. ?
El ácido málico y el oxaloacetato producidos en el ciclo del ácido tricarboxílico también pueden descarboxilarse para generar piruvato, que luego participa en la síntesis o posterior oxidación de muchas otras sustancias. ?
(2) Importancia fisiológica de la oxidación aeróbica del azúcar
1. El ciclo del ácido tricarboxílico es la principal forma que tiene el cuerpo de obtener energía. Después de la fermentación anaeróbica de 1 molécula de glucosa, solo se producen 2 moléculas de ATP, mientras que la oxidación aeróbica puede producir 38 ATP, 24 de los cuales se producen en el ciclo del ácido tricarboxílico. En condiciones fisiológicas normales, muchos tejidos y células obtienen energía de la oxidación aeróbica de los azúcares. La oxidación aeróbica del azúcar no solo tiene una alta eficiencia de liberación de energía, sino que también libera energía gradualmente y la almacena en moléculas de ATP, por lo que la tasa de utilización de energía también es alta. ?
2. El ciclo del ácido tricarboxílico es una * * * vía cometabólica utilizada para la oxidación completa del azúcar, las grasas y las proteínas del organismo. La acetil coenzima A es el iniciador del ciclo de los ácidos tricarboxílicos. No es solo el producto de la descomposición oxidativa del azúcar, sino también el producto metabólico del glicerol, los ácidos grasos y algunos aminoácidos de las proteínas. Por lo tanto, el ciclo del ácido tricarboxílico es en realidad una vía común para la oxidación y el suministro de energía de tres sustancias orgánicas principales del cuerpo. Se estima que dos tercios de la materia orgánica del cuerpo humano se descompone mediante el ciclo del ácido tricarboxílico. ?
3. El ciclo de los ácidos tricarboxílicos es un mecanismo combinado de tres sustancias orgánicas importantes del organismo.
Debido a que el azúcar y el glicerol se metabolizan en el cuerpo, los productos intermedios del ciclo del ácido tricarboxílico, como el α-cetoglutarato y el oxaloacetato, se pueden convertir en ciertos aminoácidos, pero algunos aminoácidos se pueden convertir en α-ceto a través de diferentes vías; Luego, el ácido y el oxaloacetato se convierten en azúcar o glicerol mediante gluconeogénesis. Por lo tanto, el ciclo del ácido tricarboxílico no es sólo la vía final e idéntica de catabolismo de los tres compuestos orgánicos principales, sino también el mecanismo de enlace para su transformación mutua. ?
(3) ¿Regulación de la oxidación aeróbica del azúcar?
Como hemos mencionado anteriormente, la oxidación aeróbica del azúcar se divide en dos etapas. En la primera fase, la regulación de la vía glucolítica se ha comentado en Glucólisis. La segunda etapa analiza principalmente la regulación de una serie de reacciones en las que el ácido propiónico se descarboxila oxidativamente en acetil-CoA y entra en el ciclo del ácido tricarboxílico. El complejo piruvato deshidrogenasa, la citrato sintasa, la isocitrato deshidrogenasa y el complejo α-cetoglutarato deshidrogenasa son las enzimas limitantes de la velocidad de este proceso. ?
El complejo de piruvato deshidrogenasa está regulado por regulación alostérica y modificación química, y el complejo enzimático está fuertemente inhibido por sus productos catalíticos ATP, acetil-CoA y nadh. Los ácidos grasos de cadena larga pueden potenciar esta inhibición alostérica. Cuando la acetil-CoA que ingresa al ciclo del ácido tricarboxílico disminuye y se acumulan amp, coa y nad+, el complejo enzimático se activa mediante regulación alostérica. Además de la regulación alostérica antes mencionada, los vertebrados también tienen un segundo nivel de regulación, que es la modificación química de las proteínas enzimáticas. Pdh contiene dos subunidades. Después de la fosforilación de un residuo de serina específico en una subunidad, se inhibe la actividad enzimática y se restablece la actividad de desfosforilación. La fosforilación-desfosforilación es catalizada por fosfoquinasas y fosfoproteínas fosfatasas específicas, que en realidad son componentes del complejo de piruvasa, es decir, la quinasa se activa mediante ATP. Cuando el ATP es alto, la PDH se fosforila y se activa. Cuando la concentración de ATP disminuye, la quinasa se activa. ?
La regulación de la citrato sintasa, isocitrato deshidrogenasa y α-cetoglutarato deshidrogenasa en el ciclo del ácido tricarboxílico se logra principalmente mediante la inhibición por retroalimentación de los productos. La circulación es la vía principal para la productividad de los organismos. Por lo tanto, la proporción de ATP/ADP a NADH/NAD+ es el principal factor regulador. El aumento de la relación ATP/ADP inhibe las actividades de la citrato sintasa y la isoleucina deshidrogenasa, mientras que la disminución de la relación ATP/ADP activa las dos enzimas anteriores. El aumento de la relación nadh/nad+ inhibe las actividades de la citrato sintasa y la α-cetoglutarato deshidrogenasa. Además de ATP/ADP y NADH/NAD+, otros metabolitos también afectan la actividad enzimática, como el ácido cítrico inhibe la actividad de la citrato sintasa y la succinil coenzima A inhibe la actividad de la α-cetoglutarato deshidrogenasa. En definitiva, los metabolitos de los tejidos determinan la velocidad de las reacciones circulatorias, regulando así las concentraciones de ATP y NADH y asegurando el suministro energético del organismo.