BIOCHEMIJA II KOLIOKVIUMASBiologinės membranos, biologinė oksidacija. Angliavandenių apykaita. Krebso ciklas.

1. Biologinės membranos, jų struktūra ir savybės.Biologinės membranos – tai labai organizuotos struktūros skiriančios ląsteles nuo aplinkos ir užtikrina ląstelių individualumą. Plazminė membrana gaubia ląstelę ir atskiria jos vidinę terpę nuo išorinės, bei pačią ląstelę nuo kitos ląstelės. Plazminė membrana apgaubta erdvė, kurioje sukaupti organoidai, vadinama citoplazma. Eukariotų ląstelėse yra ir vidinių membranų (mitochondrijų, lizosomų, goldžio kompleksų, endoplazminio tinklo, branduolio), kurios atskiria įvarius ląstelės organoidus bei būtinos kiekvieno iš šių junginių struktūrai bei funkcijoms palaikyti. Funkcijos:

1. Atskiria ląsteles ir organėles nuo aplinkos, sudaro barjerą medžiagų judėjimui.2. Atrankiuoju laidumu, reguliuoja viduląstelinės medžiagos koncentraciją. 3. Membranose esantys fermentai vykdo energijos transformaciją.4. Membranų paviršiuje esantys receptoriai atlieka informacinę funkciją.5. Jonų gradientas dalyvauja perduodant nervinius impulsus.6. Mitochondrijų vidinėje membranoje vyksta oksidaciniai-redukciniai procesai, kurie ląstelei teikia

didesnę ATP dalį.Struktūra: Pagrindinės membranos sudėtinės dalys (baltymai ir lipidai (sudaro apie 50%) ir nedaug angliavandenių apie 5%).Savybės:Įvairių membranų struktūra ir jos funkcijos skirtingos, tačiau savybės bendros visoms membranoms.

1. Membranos yra plokščios struktūros, kelių molekulių storio. Pagal agregatinį būvį jos yra – skysčiai. 2. Membranos yra asimetriškos, jų išoriniai ir vidiniai paviršiai nevienodi.3. Jas sudaro lipidai ir baltymai (1:5 iki 5:1). Į membranos sudėtį įeina ir angliavandeniai, sujungti su

lipidais ar baltymais. Tarp membraną sudarančių lipidų ir baltymų molekulės nėra kovalentinių jėgų. Jas į bendrą struktūrą jungia nekovalentiniai ryšiai.

4. Membranų lipidai palyginti nedidelės molekulinės masės junginiai, turi hidrofilinę ir hidrofobinę dalį. Vandenyje jie spontaniškai sudaro bimolekulinius sluoksnius, nelaidžius poliniams junginiams.

5. Atskiras membranų funkcijas apsprendžia jų struktūroje esantys specifiniai baltymai. Baltymai atlieka siurblių, kanalų, receptorių, fermentų ir energijos transformatorių vaidmenis. Įterpti į dvigubą lipidinį sluoksnį.

6. Dauguma membranų yra plastiškai įkrautos – jų vidinė pusė turi neigiamą krūvį.

2. Biologinių membranų fosfolipidai ir glikolipidai, jų struktūra ir savybės.Pagrindinės membranos sudėtinės dalys: (baltymai ir lipidai).Lipidai – sudaro barjerą medžiagoms pereiti, baltymai sukelia membranos atrankų laidumą ir katalizuoja reakcijos esančios membranose. Angliavandeniai – yra mažai apie 5%, prisijungę prie lipidų ar baltymų. Membranų lipidai:

Fosfolipidai – viena iš svarbiausių visų biologinių membranų sudėtinė dalis. Fosfolipidus sudaro:

Glicerofosfolipidai (alkoholis glicerolis). Sfingolipidai (alkoholis sfingozinas)

Šiuose junginiuose yra padidėjusi hidrofilinė dalis, kurią sudaro fosforo rūgštis ir tam tikras aminoalkoholis. Dėl to fosfolipidams būdingas didesnis poliškumas, jie dar vadinami poliniais lipidais.

1

Streroliai yra steroidiniai alkoholiai. Bendra lipidams savybė, kad jie yra amfipoliniai junginiai ir turi hidrofolines, hidrofobines grupes. Jų molekulės vandeninėje terpėje spontaniškai orientuojasi į hidrofobines grupes.Glikolipidai – vieni paprasčiausių glikolipidų atstovų yra cerebrozidai. Tai sfingozino, riebalų ir monosacharidų dariniai (gliukozė arba galaktozė).Cholesterolis:

Tai sterolių darinys. Kai kuriose membranose cholesterolio nėra. Eukariotų membranose cholesterolio randama hidrofobine dalimi įsiterpusį tarp fosfolipidų uodegėlių. Hidrofobinė cholesterolio – OH grupė jungiasi vandeniliniu ryšiu su riebalų rūgšties deguonimi ir suvaržo molekulių judrumą. Kuo cholesterolio yra daugiau, tuo membrana yra stangresnė. Daugiausia cholesterolio kaupiasi plazminėje membranoje, o beveik nėra vidinėje mitochondrijų membranoje.

3. Membraniniai baltymai. Skirstomi: Paviršiniai Integralieji Inkariniai

Baltymų dalis membranoje yra nevienoda, pvz: nerviniame audinyje (18%), motochondrijų vidinėje membranoje (75%). Kuo didesnė baltymų dalis, tuo daugiau įvairių funkcijų atlieka membrana. Membranų lipidai lemia membranos struktūrą, o baltymai specifines jų funkcijas. Baltymų kiekis įvairiose membranose yra skirtingas. Baltymo molekulės į membranas įterptos dvejopai:

Baltymas perveria membraną taip, kad jo galai kyšo iš fosfolipido dvisluoksnio, o vidurinė dalis yra paslėpta. Šie membranų baltymai vadinami integraliniais.

Baltymas pritvirtintas prie vieno iš membranos paviršių arba tik iš dalies pasineria į fosfolipidų dvisluoksnį. Tokia baltymai vadinami periferiniais.Dauguma plazminės membranos baltymų yra glikoproteinai. Angliavandeninė dalis sustiprina tos baltymo dalies hidrofilines savybes ir yra svarbi funkciniam aktyvumui. Membranos išorėje esančios angliavandenių liekanos apsaugo membraną nuo hidrolizinių fermentų ir nuo kintančio aplinkos pH žalingo poveikio, taip pat dalyvauja ląstelinio atpažinimo procesuose.

2

4. Medžiagų transportas per biologines membranas. Viena svarbiausių membranų funkcijų yra medžiagų pernašos reguliavimas. Plazminės membranos yra atrankiai laidžios, todėl tam tikri junginiai gali pro jas prasiskverbti, o kiti yra sulaikomi. Pernašą per membranas galima suskirstyti pagal:

Pernašos mechanizmą Energijos naudojimą

Mechanizmas:

Paprastoji difuzija – į ląstelę ir iš jos pro membraną yra transportuojamos mažos molekulinės masės molekulės. H2O, CO2, O2 hidrofobinės organinės medžiagos. Difuzija vyksta iš didesnės koncentracijos į mažesnę (pasyvi pernaša) ir jos greitis priklauso nuo koncentracijos skirtumo abipus membranos. Palengvintoji difuzija – baltymai padeda hidrofilinėms medžiagoms prasiskverbti pro hidrofobinį bimolekulinį membranos sluoksnį (jonai, amino rūgštys, angliavandeniai, nukleozidai, baltymai). Difuzija niekada nenutrūksta, nes koncentracija abipus membranos neišsilygina. Patekusios į ląstelę medžiagos sunaudojamos ląstelės poreikiams.Pernašos baltymai:Kanalai – integralieji baltymai sudaryti iš vieno ar kelių subvienetų. Baltymo molekulės viduje susidaro ertmė pro kurią praeina medžiagos. Nešikliai – integralusis baltymas, kuris vienoje membranos pusėje prie savitų, substratą surišančių vietų prijungia pernešamą medžiagą. Perneša pro membraną, o kitoje membranos pusėje po komfarmacijos pasikeitimo, atpalaiduoja.Energijos naudojimas:Pasyvioji – tirpalas arba jame ištirpusios medžiagos juda koncentracijos gradiento kryptimi ir pernašos metu energija neeikvojama. Aktyvioji – medžiagos juda prieš jų koncentracijos gradientą. Pernešimui naudojama energija. Pernešime dalyvauja specialūs baltymai. Energijos šaltiniai gali būti ATP ar kitos medžiagos strautas, kuris juda pagal savo koncentracijos gradientą. Kai kurių medžiagų pernešimui naudojami joniniai siurbliai. Aktyvioji pernaša dar skirstoma į pirminę ir antrinę.

5. Natrio siurblys –aktyvaus transporto per membranas mechanizmasGeriausiai ištirtas plazminėje membranoje Na+/K+ siurblio darbas. Na+/K+ siurblys – tai membraninis baltymas – fermentas, kuris specifiškai prisijungia jonus ir hidrolizuoja ATP.Fermentas hidrolizuodamas viduląstelinį ATP, tris Na jonus išneša iš ląstelės, o du K jonai keliauja į ląstelės vidų. Jis palaiko skirtingą K ir Na jonų koncentraciją ląstelės išorėje ir viduje. Išorėje Na daugiau nei K, o viduje atvirkščiai. Baltymas - fermentas sugeba keisti koncentraciją (t.y. vidinę struktūrą) ir atsidaryti vienoje ar kitoje ląstelės pusėje. Mechanizmas:

1. Baltymas – fermentas prijungia tris Na jonus. Šių jonų prijungimas aktyvuoja fermentą, jis hidrolizuoja ATP, panaudodamas jo fosfatinį likutį savo OH grupės fosforilinimui.

2. Fosfatinto baltymo konformacija pakinta t.y. jis užsidaro iš vidinės membranos pusės ir atsidaro iš išorės. Taip sumažėja baltymo sugebėjimas surišti Na jonus, jie atskyla nuo baltymo ir išstumiami į ląstelės išorę. Atsiranda galimybė surišti K jonus, prie specialių centrų prijungiami du K jonai.

3. K jonų prijungimas skatina fosfoesterinės jungties hidrolizę. Pasikeičia baltymo konformacija: kanalas užsidaro iš išorinės pusės ir atsidaro iš vidinės. Du K jonai išstumiami į ląstelės vidų ir ciklas kartojasi.

Pernaša

Paprastoji difuzija

Palengvintoji difuzija

Kanalai Nešikliai

3

6.Membraninis potencialas, jo biologinė reikšmė.Na ir K jonų koncentracija tarpląsteliniame skystyje ir citozolyje labai skiriasi. Skirtingai jonų koncentracijai abipus membranos palaikyti išeikvojama daug energijos. Skirtinga jonų koncentracija būtina elektriniams reiškiniams atsirasti membranose, tam, kad ląstelės taptų jautrios elektronų impulsams ir pačios galėtų juos degeneruoti. Elektrinių impulsų dėka vyksta informacijos perdavimas tarp ląstelių, ypač nervinio audinio, raumenų ir vidinių sekrecijos liaukų. K teigiamą krūvį ląstelėje kompensuoja organinių rūgščių anijonai, Na jonai tarpląsteliniame skystyje, Cl jonai. Membranose yra įvairių jonų (K, Na, Ca, Cl) kanalai. Ląstelei esant ramybės būsenoje, dalis K jonų yra atidaryti, o Na jonų kanalai uždaryti. K per kanalus iš ląstelės veržiasi į tarpląstelinį skystį, tačiau koncentracija išsilyginti negali, nes stambūs organinių rūgščių anijonai nepraeina pro membraną ir susikaupia vidinėje membranos pusėje, suteikdami jai neigiamą krūvį. K negali nutolti nuo ląstelės, nes juos veikia elektrostatinės traukos jėgos, todėl K jonai laikosi prie membranos išorinės pusės, suteikdami jai teigiamą krūvį. Taip atsiranda membraninis potencialas , kuris ramybės būklėje siekia 60-70 milivoltų. Sudirginta nervinio audinio ląstelė, išskiria mediatorių – organinį junginį, kuris atidaro Na kanalo vartus, membraninis potencialas mažėja, ląstelė iš ramybės būsenos pereina į veikimo būklę. Na srautas – tai elektros srovė, ląstelė pati generuoja elektrinį signalą, kaimyninėms audinių ląstelėms ir taip perduoda nervinėms ląstelėms duotą komandą.

7. Energijos reikšmė gyvybei. Energijos šaltiniai. Fototrofai ir chemotrofai. 8. ATP struktūra ir jos reikšmė energijos apykaitoje.

Tam tikrų ląstelei reikalingų medžiagų biosintezei iš pirmtakų, medžiagų pernašai pro membraną, prieš koncentracijos gradientą, bei mechaniniam judėjimui naudojama energija išskirianti ATP hidrolizės metu. ATP yra svarbiausias ląstelės energijos šaltinis. Daugelis procesų naudoja ATP skilimo metu išsiskiriančią energiją. Pati ATP sisidaro fosforilinant ADP.ATP metabolizmas:

Gliukozė Oksidacinis fosforilinimas Biosintezė Aktyvatorių pernaša Mechaninis darbas Metabolizmo valdymas Substratinis fosforilinimas

ATP sintezė nėra savaiminis procesas. Reakcijai reikia 31kJ energijos. ADP+H3PO4 – ATP+H2O

4

ATP gaunama: Substratinis fosforilinimas – ADP fosforilinimas susietas su kito didžiaenerginio junginio hidrolize. Oksidacinis fosforilinimas – naudojant mitochondrijų oksidacijos procesuose išsiskyrusią energiją.

9. Biologinės redokso sistemos, jų potencialai. Redokso reakcijų energija.Oksidoreduktazių klasės fermentų kompleksų visuma vidinėje mitochondrijų membranoje vadinama kvėpavimo grandine. Jos komponentai yra išsidėstę didėjančio redokso potencialo link.Redokso potencialas – tai toks potencialas, kurį suteikia H+ elektrodui tam tikra redokso sistema (kurią sudaro dalis medžiagų oksiduotoj formoj, dalis redukuotoj). Jei redokso sistema veikia H+ elektrodą oksiduojančiai, tai tos redokso sistemos potencialas įgauna teigiamą, o jei redukuojančiai – neigiamą ženklą.Pradiniai komponentai turi neigiamiausią potencialą, galinis komponentas (O2) turi teigiamiausią potencialą. Kvėpavimo grandinė sąlyginai suskirstoma į 4 fermentų kompleksus. Fermentų kompleksai sąveikauja vienas su kitu dalyvaujant judriems elektronų nešikliams.

10. Kvėpavimo grandinės fermentai, jų lokalizacija ląstelėse.Prie mitochondrinės ATP sentezės komplekso viduje, vidinėje membranoje yra keturi fermentų kompleksai. Kiekvienas jų sudaryti iš oksidoreduktazių klasės fermentų.

Trys iš žinomų baltymų klasės fermentų kompleksų yra integraliniai ir atlieka H jonų siurblių funkcijas Protonai yra išstumiami iš mitochondrijų matrikso į tarpmembraninę ertmę. Susidaro elektrocheminių protonų gradientas: išorinė membranos pusė įgyja teigiamą krūvį dėl H jonų

pertekliaus. Matrikso viduje susidaro H jonų trūkumas, membranos vidus įgyja

Mitochondrijų kvėpavimo grandinė:Oksidoreduktazių klasės fermentų kompleksų visuma vidinėje mitochondrijų membranoje vadinama kvėpavimo grandine. Mitochondrijų kvėpavimo grandinė sudaryta iš protonų nešiklių. Nešikliai – integralieji baltymai, kurių kofermentas gali prijungti ar atiduoti elektronus ar H. Oksiduojantis substratams elektronai ar H perduodami NAD arba FAD. Nuo jų redokso ekvivalentu perduodami kvėpavimo grandinės žemėjančio redukcinio potencialo kryptimi. Kvėpavimo grandinė sąlyginai skirstoma į 4 kompleksus. Kompleksai sąveikauja vienas su kitu dalyvaujant judriems elektronų nešikliams: CoQ ir citochromui Cč kuris yra periferinis baltymas.Kompleksas INADH – ubichinono oksidoreduktazėKompleksas kanalizuoja redukuotą NAD oksidaciją ir CoQ redukciją.

Didžiausias fermentų kompleksas, kurį sudaro apie 40 polipeptidinių grandinių.Jį sudaro:

Flavino mononukleotidas FMN (prijungia H nuo NADH). Geležies sieros centrai Fe-S (prijungia elektronus nuo redukuoto flavinmononukleotido FMNH2)

Geležies – S centruose Fe atomai suporuoti su S atomais ir sudaro kūbo formos struktūrą, kovalentinėmis jungtimis sujungtą su baltymų. Mitochondrijoje yra kelių tipų Fe-S centrai, kurie skiriasi Fe ir cisteino sieros atomų skaičiumi.

5

Kofermentas Q yra vienintelis grandinės komponentas, nesusijęs su baltymu. Jis hidrofobinės nedidelės molekulinės masės, aromatinis junginys, judrus nedideliame lipidų membranos sluoksnyje. Jis jungia kompleksus I ir II su III.

Fe-S centrų redukcijos metu protonai (H) išstumiami į tarpmolekulinę erdvę, o oksiduojantis šiems centrams elektronai yra perduodami CoQ. Tad šis kompleksas veikia kaip protonų siurblys. Pirmame kvėpavimo grandinės komplekse vyrauja keturios redokso sistemos. Pirmosios sistemos NAD/NADH – N plius redokso potencialas E=0,32V, ketvirtosios CoQ/CoQH2 E=0,1V.Komplekse I išsiskiria 81kJ energijos. Dalis jos panaudojama aktyviam protonų transportui, o kita dalis virsta šiluma. Kompleksas IISukinato – CoQ reduktazėTai vienintelis trikarboksi rūgščių ciklo fermentas susijungęs su membrana. Kompleksas perneša elektronus ir protonus nuo sukinato ant CoQ.

Komplekso sudėtin įeina įvairūs flavoprotinai ir Fe-S centrų turintys baltymai. Jis išsidėstęs vidinėje membranos pusėje ir perduoda elektronus nuo FADH2 ubichinonui CoQ. Kitaip nei komplekse I, protonai nėra išstumiami, nes jis yra paviršinis baltymas ir redokso reakcijų metu išsiskiria nedaug energijos.Kompleksas IIIUbichinolis – citochromo C reduktazėElektronus nuo CoQH2 per citochromą b, Fe-S baltymus ir citochromas C1 keliauja ant citochromo C.

Citochromai – baltymai, turintys prijungtą hemą ir pernešantys elektronus. Jie yra vidinės mitochondrijos membranoje. Išskiriamos kelios klasės. Jie skiriasi baltymo dalimi, kuri turi įtakos redokso potencialo dydžiui. Kvėpavimo grandinėje citochromai išdėstyti didėjančio redokso potencialo tvarka. Kompleksą III sudaro 8 polipeptidinės grandinės, kurios sugrupuotos dimerais. Kiekvienas jų turi 3hemus ir 1 Fe-S centrą. Komplekse vykstančių redokso reakcijų išsiskiriančios energijos dalis išnaudojama aktyviam protonų transportavimui į tarpmembraninę terpę. Kompleksas III – antrasis H jonų siurblys kvėpavimo grandinėje. Citochromas C yra hidrofilinis paviršinis baltymas silpnai prisitvirtinęs prie išorinės membranos pusės. Jis jungia kompleksą III su kompleksu IV. Kompleksas IV.Citochromo C oksidazėKetvirtas kompleksas kanalizuoja molekules. O2 molekulės yra redukuojama prijungiant keturis protonus ir keturis elektronus. Susidaro vandens molekulė.

6

Kompleksas IV didelės molekulinės masės baltymų kompleksas, kuris skersai kerta vidinės mitochondrijos membraną. Jis sudarytas iš dviejų dalių, kiekviena turi 9 polipeptidines grandines, tarp kurių yra 2 citochromai, žymimi a ir a3.Citochromoksidazė kanalizuoja O2 redukcijos reakciją, kurios metu susidaro vanduo. Į citochromoksidazės sudėtį įeina bimetalinis centras, kurį sudaro hemo...Šis kompleksas yra trečioji kvėpavimo grandinės vieta, kur protonai pernešami pro vidinę membraną iš matrikso į tarpmembraninę terpę. Citochromoksidazė redukuoja apie 90% viso ląstelės O2 kiekio, paversdamos jį vandeniu. Jei pakanka O2 ir oksiduojamų substratų, mitochondrijos vidinėje membranoje susidaro beveik pastovus elektronų srautas, tekantis kvėpavimo grandine. 11. Kvėpavimo grandinės dehidrogenazių ir citochromų kofermentai, jų struktūra, vandenilio atomų prisijungimo vietos.Elektronams tekant kvėpavimo grandine, laisvoji energija išsilaisvina netolygiai. Daugiausia jos išlaisvina tie kompleksai, kuriuose vyksta protonų pernaša (I, III, IV). Oksiduojantis NADH visi trys protonų siurbliai yra aktyvūs, o oksiduojantis FADH2, tik du protonų siurbliai perneša protonus į tarpmembraninę ertmę. Siurblių pernešti protonai energiją naudoja ATP azei. Vykstant NADH – H vieno mol oksidacijos trys protonų siurbliai sukuria pakankamą 2,5 mol ATP sintezei, o vykstant FADH2 oksidacijai – 1,5mol ATP sintezės. Dydžiai apvalinami.

12. Redokso reakcijų kvėpavimo grandinėje lygtys ir protonų transportas per membraną.13. Oksidacinis fosforininimas. Redukuotų dehidrogenazių oksidacijos energetinis efektas.Oksidacinis fosforilinimas – yra procesas, kurio metu išsiskyrusi energija oksiduojantis redukuojantiems nukleotidams NADH ir FADH2, naudojama ATP sintezei iš ADP ir fosforo rūgšties.Oksidacinį fosforilinimą vykdo 2 fermentinės sistemos:

Kvėpavimo ATP sintezė (ATPazė).

Oksidacinis fosforilinimas yra daug kartų efektyvesnis nei substracinis fosforilinimas. Jis vyksta mitochondrijose.Mitochondrija – organėlės, kuriose vyksta oksidacinis fosforilinimas, trikarboksi rūgščių ciklas, riebalų rūgščių skaidymas ir kitos reakcijos. Mitochondrijos savybės:

Vidinė membranos vieta nelaidi H, Na, K, Cl, ATP, ADP, piruvatai ir kt. Vidinėje membranoje yra kvėpavimo grandinė ir ATP sintezė. Jų baltymai sudaro pusę vidinės

membranos baltymų. Užpilde (matrikse) yra trikarboksi rūgščių ciklo fermentai, vyksta riebalų rūgščių oksidacija.

ATP sintezė:Membranos integralinis baltymas sudarytas iš dviejų dalių:

Fo dalis – kompleksą fiksuoja membranoje, F1 dalis – sudaryta iš trijų alfa, trijų beta ir vieno γ, vieno δ, vieno ε subvienetų.

Tarpmembraninėje citoplazmoje, vandenilinių jonų koncentracija yra 25 kartus didesnė už užpile. Vidinė membrana vandeniliui yra nelaidi. H į užpildą gali patekti tik per ATP azę. H srautas duoda energijos ATP sintezei iš ADP ir fosfatinės grupės. ATP sintezės mechanizmas:Mitochondrinė ATP sintezė turi tris aktyvius centrus (beta) subvienetuose netoli nuo srities, jungiantis juos su (alfa) vienetais. Visų aktyvių centrų konformacija yra sudėtinga, bet funkcija tokia pati.ATP aktyvaus centro mechanizmas:Prie aktyvaus centro dalyje F1 prisijungia substratai ADP ir Pi. Prijungus substratus pasikeičia aktyvaus centro erdvinė struktūra (iš L į T). Tuo pačiu sumažinama fosfatinių grupių disociacija reikalinga energija nuo 45kJ/mal iki 4kJ/mal. Susiformuoja hidrofobinė niša, substratai atsiranda nuo fermento vyksta reakcija tarp ADP irPi. Susidaręs vanduo išstumiamas iš hidrofobinės nišos.

7

Įvykus reakcijai vėl pasikeičia aktyvaus centro konformacija (ji pereina iš T į O). ATP lengvai atsiskiria nuo fermento komplekso. ATP pasišalina iš baltymo, o aktyvus centras grįžta į laisvą formą L, ir pasiruošia priimti naują „porciją“ substratų.Aktyvaus centro erdvinės struktūroms reikia energijos, kurią suteikia H jonų srautas. Pokyčiams įtakos turi kaimyniniai aktyvūs centrai. Jei reakcijos vyksta kituose centruose ji pagreitėja milijoną kartų. 14. Substratinis fosforilinimas. Energija turtingi junginiai.Vienai molekulei ATP susidaryti reikia hidrolizuoti vieną molekulę kito didžiaenerginio junginio molekulę.Didžiaenerginis junginys – turintis didžiaenerginius ryšius. Substratai gali būti ir energijos ir fosfato donorai.

Tik energijos donorai:

Medžiagų apykaitos metu susidaro įvairūs didžiaenerginiai junginiai:

14. Krebso ciklas, jo reakcijos? Krebso ciklas — tai procesas teikiantis kvėpavimo grandinei didžiausią dalį substratų. Jis vyksta

mitochondrijų matrikse. Jo metu aktyvinta acto rūgštis suskyla į CO2 ir H2O, vandens susidarymui būtini kvėpavimo grandinės fermentai. CH3-C=O aktyvinta acto rūgštis.

|S-CoA S-CoA

REAKCIJOS:1. vyksta acetil-CoA aldoninė kondensacija su oksalacetatu, susidaro citratas (citrinų rūgšties jonas)

S-CoA COO - ك COO -

| C=O + H2O | C=O | CH2

| CH3 | kondensacija CH2 ----------------------> HO – C – COO - | | COO - katalizuoja CH2

citratsintazė | CoA-SH COO –

Oksalocitratas citratas

8

2. toliau citratas dehidratuojamas, nuo jo atskyla H2O, susidaro izocitratas, iš citrato pirmiau susidaro cis-akonitatas:

COO - COO -

| | CH2 H2O CH2

| |HO – C – COO - C – COO - dehidratacija | akonitazė || CH2 CH | | COO – COO -

citratas cis- akonitatas

COO - COO -

| |CH2 H2O CH2

| |C – COO - H – C – COO - hidratacija || akonitazė |CH HO – C – H | |COO - COO -

cis- akonitatas izocitratasAbi šias reakcijas katalizuoja tas pats fermentas — akonitazė. Jos metu veikimas grįžtamas, todėl tarp

visų trikarboksirūgščių nusistovi pusiausvyra kur būna citrato 90%, cis-akonitato 4%, izocitrato 6%.3. Izocitratą oksiduoja izocitratdehidrogenazė, kurios kofermentas yra NAD, susidaro oksalosukcinatas

(nepatvarus): COO -

| CH2

NAD+

| H – C – COO -

|HO – C – H NADH+ + H+

| COO - izocitratdehidrogenazė izocitratas

oksalosukcinatasJis savaime dekarboksilinasi:

COO-

|CH2

|CH2

CO2 |C=O

9

COO - | α - ketoglutaratasIzocitratdehidrogenazės aktyvumui reikia Mg +2 ar Mn+2 jonų.

4. Oksidacinis α – ketorūgšties dekarboksilinimas. Jį katalizuoja α – ketoglutaratdehidrogenazė.

COO- COO -

| CoA-SH NAD+ |CH2 CH2

| |CH2 CH2 oksidacinis | | dekarboksilinimasC=O C=O | CO2 NADH++H+ |COO - S - CoAα - ketoglutaratas sukcinil – CoA

Jį sudaro 3 fermentai ir 5 kofermentai tiaminpirofosfatas, lipoinės rūgšties amidas, CoA, FAD, NAD.

5. Sukcinil-CoA yra turtingas energija, jos hidrolizės metu išsiskirianti energija panaudojama GDP fosforilinimui, susidaro GTP molekulė vertinga energija. GTP hidrolizės sąskaita susidaro ATP:

COO - ATP ADP COO -

| |CH2 GDP GTP CH2 substratinis | + | fosforilinimasCH2 Pi CH2

| |C=O COO -

| CoA-SHS - CoA Sukcinatassukcinil – CoA

Tai vienintelis substratinio fosforilinimo atvejis trikarboksirūgščių cikle, kurio metu susidaro ATP.6. Sukcinatas veikiant sukcinatdehidrogenazei, kofermentas yra FAD, oksiduojamas iki fumarato.

COO - COO -

| FAD |CH2 CH| || oksidacijaCH2 CH | FADH2 |COO - sukcinatdehidrogenazė COO -

Sukcinatas fumaratas7. Fumaratas veikiant fumarazei prisijungia H2O molekulę, virsta malatu (obuolių rūgšties jonu):

COO - COO -

| H2O |CH HO – C – H || | hidratacijaCH fumarazė H – C – H | |COO - COO -

fumaratas malatas

10

8. Malatą oksiduoja malatdehidrogenazė:

COO - NAD+ COO -

| |HO – C – H C=O | | oksidacija H – C – H CH2

| NADH++H+ | COO - COO -

malatas oksaloacetatas

Oksalo acetatas gali įtraukti naują acetil-CoA molekulę į Krebso ciklą.

Molekulinis deguonis betarpiškai Krebso cikle nedalyvauja, tačiau ciklas funkcionuoja tik deguoninėmis sąlygomis.

Redukuotas NAD oksiduojamas kvėpavimo grandinėje regeneruoja energiją 3ATP molekulių sintezei, o redukuotas FAD — 2ATP. Todėl galima paskaičiuoti, kiek ATP molekulių duoda acetil CoA skilimas Krebso cikle. Bendroje sumoje susidaro 12 ATP molekulių.

TKR biologinė reikšmė:1. TKR ciklas yra energijos tiekėjas. TKR ciklas yra paskutinė maisto medžiagų, angliavandenių, riebalų ir

baltymų katabolizmo stadija. Nors tiesiogiai jo metu susidaro tik viena makroenerginio fosfato (GTP) molekulė, tačiau greta susidaro ir redukuoti kofermentai NADH ir FADH2, kurie naudojami dideliems ATP kiekiams gaminti oksidacinio fosforilinimo sistemoje:

3 molekulės NADH oksidacinio fosforilinimo metu duoda 9ATP1molekulė FADH2 oksidacinio fosforilinimo metu duoda 2ATPTuomet sumuojant gauname:1GTP =1ATP+ATP+ATP=ATPTaigi energijos gamyba yra viena svarbiausių šio ciklo funkcijų.

2. TKR ciklas yra svarbus biosintezei. TKR ciklo tarpiniai junginiai yra naudojami biosintezės procesuose: gliukoneogenezėje (gliukozės sintezėje, vykstančioje kepenų ląstelėse), pakeičiamų aminorūgščių sintezėje, riebalų rūgščių sintezėje (citratas-acetilo grupės pernašai iš mitochondrijos į citoplazmą).

11