Fiziologie, articolul ciclului Krebs
Fiziologie, ciclul Krebs
Introducere
Ciclul acidului tricarboxilic (TCA), cunoscut și sub denumirea de ciclul Krebs sau ciclul acidului citric, este centrul metabolic al unei celule importante. Este compus din opt enzime, toate aflate în matricea mitocondrială, cu excepția succinat dehidrogenazei anterioare, care este legată de lanțul respirator de pe membrana mitocondrială internă. Ciclul servește ca o poartă de acces pentru metabolismul aerob pentru moleculele care se pot transforma într-o grupă acetil sau acid dicarboxilic. Reglarea ciclului TCA are loc în trei puncte distincte care includ următoarele trei enzime: citrat sintază, izocitrat dehidrogenază și alfa-cetoglutarat dehidrogenază. Ciclul joacă, de asemenea, un rol în completarea precursorilor pentru forma de stocare a combustibililor, cum ar fi aminoacizii și colesterolul. [1]
Probleme de îngrijorare
Ciclul Krebs, în sine, nu necesită prezența oxigenului; acest element este necesar pentru ultima etapă a respirației celulare aerobe, adică fosforilarea oxidativă.
Moleculele organice dotate cu energie (carbohidrați, lipide, proteine) sunt împărțite în reacțiile anterioare. Înainte de a intra în ciclul Krebs, acestea se transformă în acetil-CoA, o moleculă formată dintr-o grupare acetil (CH3CO-) și de un transportor de acil, numit coenzima A.
Cu toate acestea, sursa preferată de acetil-CoA rămâne glicoliza. Gruparea acetil este apoi oxidată, iar energia obținută este utilizată pentru sinteza ATP, în cooperare cu fosforilarea oxidativă. În eucariote, reacțiile ciclului Krebs au loc în matricea mitocondrială, o soluție densă care înconjoară crestele mitocondriilor: pe lângă apă, matricea conține toate enzimele necesare reacțiilor biochimice ale ciclului, coenzimele și fosfații.
Ciclul Krebs este controlat și reglementat de disponibilitatea substraturilor NAD + și FAD, în timp ce concentrațiile ridicate de NADH îl inhibă.
Celular
Metabolizarea glucozei are loc în citosol fără a fi nevoie de oxigen printr-un proces de glicoliză denumită. Produce o cantitate mică de ATP și piruvatul compus din trei carbon. După transportul piruvatului în mitocondrii, complexul piruvat dehidrogenazei (PDC) facilitează conversia piruvatului în acetil-CoA și CO2. Fiecare moleculă de acetil-CoA care intră în ciclul TCA produce 12 molecule de ATP. (PDC) are trei subunități proteice și necesită cinci cofactori pentru funcția sa enzimatică. Cerința cofactorilor asigură capacitatea complexului de a fi reglementată. La niveluri ridicate de zahăr din sânge, cea mai mare parte a acetil-CoA va fi derivată din glucoză, mai precis, piruvat. Cu toate acestea, în stare de foame sau de post, beta-oxidarea contribuie la producerea de acetil-CoA. Acetil-CoA suferă oxidare la CO2 în opt etape, iar energia produsă din aceste reacții este stocată în NADH + H +, FADH2 și GTP. NADH + H + și FADH2 se oxidează apoi în lanțul de transport al electronilor (lanț respirator mitocondrial), terminând în sinteza ATP. [2]
Intermediați din ciclul TCA sunt precursori atât pentru procesele catabolice, cât și pentru cele anabolice. Conectează mai multe procese metabolice (de exemplu, glicoliză, gluconeogeneză, ketogeneză, lipogeneză). [3]
Aceste trei mecanisme reglează activitatea complexului piruvat dehidrogenazei (PDC): modificarea covalentă fiind forma primară de reglare, reglarea alosterică, reglarea transcripțională. Modificarea covalentă are loc atunci când prima subunitate a PDC, piruvatul decarboxilază, este fosforilată. Această fosforilare are ca rezultat scăderea activității PDC și o creștere a ADP sau piruvat (semnalând cerința pentru mai mult acetil-CoA în ciclul TCA, care reglează în jos PDC). Ionii de calciu reglează în sus activitatea fosfatazei, fosfataza, la rândul său, defosforilează PDC, făcându-l activ. Reglarea alosterică a PDC implică mecanismul direct de activare a substratului sau de inhibare a produsului. De exemplu, atunci când există o eliberare în exces de acetil-CoA din E2 sau NADH din E3, aceste produse acționează pentru a inhiba direct PDC. În schimb, o creștere a nivelurilor de CoASH (precursor al acetil-CoA) sau NAD + va activa direct PDC. Ultimul tip de reglare a activității PDC este reglarea transcripțională, care este dependentă de numărul de enzime produse în condiții de post și hrănire. În starea de hrănire, producția de enzime crește datorită efectului insulinei, dar se reduce în starea de post. [4]
Dezvoltare
Ciclul Krebs este, de asemenea, crucial în timpul dezvoltării. Pentru a face un exemplu, energia obținută din această cale metabolică este esențială pentru o creștere adecvată a sistemului endotelial, care va ghida formarea vaselor de sânge și limfatice.
Dacă diferitele faze ale ciclului Krebs nu sunt prezente în perioada fetală, inima bebelușului poate avea probleme la naștere. Modificarea ciclului determină o creștere a cortizolului, care alterează metabolismul placentei și al dezvoltării fetale, inclusiv o funcție corectă a inimii viitorului copil. Aceste modificări pot duce la moarte.
Sisteme de organe implicate
Ciclul Krebs este prezent în fiecare celulă care folosește oxigenul pentru a produce energie. Această cale metabolică este utilizată ca principiu celular anabolic, dar și în prezența catabolismului.
Funcţie
Sinteza citratului
Enzima citrat sintază catalizează formarea citratului din acetil CoA și oxaloacetat, adesea considerat ca primul pas al ciclului TCA. Această reacție este practic ireversibilă și are un delta-G-prim de -7,7 Kcal/M care favorizează puternic formarea citratului. Disponibilitatea de substraturi și produse reglementează activitatea citratului sintază. De exemplu, citratul însuși acționează ca un inhibitor al citratului sintază, în timp ce legarea oxaloacetatului la acesta își mărește afinitatea pentru acetil-CoA. Se menționează că fosfofructokinaza-1 în glicoliză este inhibată de citrat, în timp ce activează acetil-CoA carboxilaza pentru sinteza acizilor grași. Acest punct ilustrează interconectivitatea ciclurilor noastre metabolice. [5]