Для выполнения данного практикума я выбрала цикл Кребса, он же ЦТК (цикл трикарбоновых кислот), он же цитратный цикл. Это один из наиболее известных (по другим курсам и чуть ли не по школьной программе) метаболических путей, но, как оказалось, я далеко не всё про него знала.
Цикл Кребса - один из центральных метаболических путей. В нем ацетильные остатки расщепляются до углекислого газа и воды. Ацетильные остатки берутся как из катаболизма углеводов (в частности, из начального этапа дыхания - гликолиза), так и из катаболизма жирных кислот (в том числе из бета-окисления). В ходе цикла образуется молекула АТФ (у растений ГТФ), электроны восстанавливают коферменты NAD и FAD.
Рисунок 1. Цикл Кребса на сайте KEGG PATHWAY. Идентификатор карты - map00020. Цветом выделены метаболические пути и вещества, через которые соединется с ними связь.
Важно, что в цикле ацетильные остатки окисляются не напрямую, а в составе органических кислот из четырех-шести углеродных атомов разной структуры. Именно это делает цикл Кребса одним из центральных метаболических путей организма, связывая его со множеством других метаболических путей. Это, во-первых, дает возможность окислять не только ацетильные остатки, но и "загружать" в цикл другие соединения, являющиеся его метаболитами, и образовавшиеся в результате деградации многих соединений, например, аскорбата и альдолата, и многих аминокислот (аргинин, аланин, аспартат, глутамат, валин, лейцин, изолейцин) Во-вторых, многие метаболиты этого органического пути используются в других метаболических путях как субстраты. Т.е. цитратный цикл - источник многих органических фрагментов. Например, оксоглутарат является начальным веществом в синтезе аминокислот аргинина, аланина, глутамата. Вещества, через которые осуществляется связь с другими метаболическими путями, выделены цветом; названия этих путей выделены соответствующими цветами.
Рисунок 2. Цикл Кребса у человека (Homo sapiens) Здесь и далее зеленым выделены те ферменты, которые у данного организма есть. Видно, что отсутствующих ферментов совсем немного. В основном это дублирующие ферменты и ферменты, осуществляющие обходные пути, например, нет фермента, осуществляющего превращения между пироватом и ацетил-КоА напрямую, без промежуточных стадий. "Основной" цикл осуществляется полностью.
Рисунок 3. Цикл Кребса у анаэробной бактерии из рода Bacteroides. Bacteroides (не очень говорящее название) - довольно распространенный род грамотрицательных анаэробных палочковидных бактерий семейства Bacteroidaceae, в норме входят в состав микрофлоры кишечника человека. Отсутствуют многие ферменты, в том числе не могут происходить некоторые реакции в цикле, поэтому цикл Кребса не работает как этап дыхания (что логично, ведь род облигатно анаэробный). Тем не менее, некоторые реакции могут осуществляться с целью получения некоторых метаболитов. Так, в одну сторону в цикле реакции идут вплоть до оксоглутарата. Видимо, это связано с тем, что он необходим для синтеза некоторых аминокислот. В "обратном направлении по циклу" реакции могут идти вплоть до сукцината, позволяя, в том числе, получать фумарат для синтеза тирозина и аргинина.
Рисунок 4. Цикл Кребса у археи из рода Methanococcoides (тип Эвриархеоты, Класс Methanomicrobia). Карта очень похожа на предудущую (карту для анаэробной бактерии): полный оборот цикла Кребса не осуществляется, но многие соединения могут быть получены как метаболиты для других путей. Можно сделать вывод, что данная архея не получает энергию аэробным дыханием, что логично (она ведь метаногенная, а все метаногены вроде анаэробы).
В качестве реакции для выполнения задания была выбрана последняя реакци в цикле Кребса - окисление малата до оксалоацетата (спиртовая группа окисляется до альдегидной). Реакция проводится ферментом малатдегидрогеназой, сопряженная рекция - восстановление NAD+ до NADH.
На рисунке 1 эта реакция выделена оранжевым цветом (изображение было получено командой "User data mapping" > R00342 #FF9900,black). В базе KEGG имеет идентификатор R00342 ( ссылка на страницу данной реакции в базе KEGG).
Рисунок 5. Реекция окисления малата до оксалоацетата. Рисунок получен из баз данных KEGG. Стоит отметить, что как исходное вещество, так и продукт реакции приведены в своей протонированной форме, хотя в физиологических условиях в клетке эти кислоты депротонированы.
Вернуться на страницу семестра
© potapenko 2017-2019