ТД характеристика окисления пировиноградной кислоты в цикле Кребса. Расчёт КПД

Цикл трикарбоновых кислот открыт англ. биохимиком Г. Кребсом. Значение данного цикла: полного сгорания пирувата, главным источником кот. является гликолитическое превращение углеводов. В дальнейшем было показано, что цикл трикарбоновых кислот является тем центром, в котором сходятся практически все метаболические пути. Цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть орг. м-л, играющих роль «клеточного топлива»:углеводов, жирных кислот и аминокислот.

!!! Пример ферментативной р-ции: Фермент (E) + субстрат (S) → ES → P(уходит) + E (фермент остаётся). Относится к циклическим пр-сам, выгодно, т.к. затратно каждый раз делать новые ферменты, малодоступны, витамины.

ПВК (образовался при гидролитическом расщеплении глюкозы) окисляется до ацетил – СоА и СО₂ при участии ферментов (они наз-ся пируватдегидрогеназный комплекс). Происходит окислительное декарбоксилирование ПВК. ∆G₀ (свободная энергия)= -8 ккал/моль («-» т.к. выделяется).

Если в пpоцессе гликолиза (по данным A.L. Lehninger, 1972) пpи pаспаде 1 моля глюкозы высвобождается 50 ккал, или 208 кДж свободной энеpгии, то пpи окислительном pаспаде 1 моля глюкозы в ЦТК – около 689 ккал, или 2883 кДж свободной энеpгии.

Образуется 12 молекул АТФ при сжигании 1 молекулы ацетильного радикала.

Скорость протекания хим. процессов определяется уровнем температуры.

Цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из 8 последовательных реакций. В результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и Н2О, а молекула оксалоацетата регенерируется.

Весь оборот цикла Кребса приводит к исчезновению одной молекулы ПВК, причем углерод и кислород выделяются в виде углекислого газа, а отщепляемый от органического субстрата водород подвергается дальнейшим превращениям, и в конечном счете, будучи энергетически обесцененным, соединяется с молекулярным кислородом, образуя воду.

28. ТД полного окисления глюкозы. Расчёт эффективности (КПД) биологического окисления глюкозы.(см. вопрос 24)

При окислении глюкозы до СО₂ и Н₂О высвобождается больше Е, чем при гликолизе. При гликолизе: глюкоза → 2 лактат^- + 2Н⁺, ∆G₀ (свободная энергия) = -47,0 ккал/моль («-» т.к. выделяется). При полном окислении: глюкоза + 6О₂ → 6СО₂ + 6Н₂О, ∆G₀= -686 ккал/моль. При гликолизе лактат содержит ≈ 93% той Е, которая была заключена в исходной м-ле глюкозы. Т.к. молочная к-та – сложное соединение, при глиголизе не происходит реального окисления. Вся био доступная Е высвобождается из глюкозы лишь в том случае, если все водородные атомы, связанные с углеродом, будут удалены и заменены кислородом с обр-нием СО₂.

Итог: 2 м-лы АТФ, 2 ПВК (дальнейшая судьба ПВК зависит от условий: если О2 нет - брожение), 2 НАД•Н + Н+ (источник протонов, накапливаются в перемитохондриальном пространстве), 80кДж накапливается (идет на синтез АТФ), остальная энергия рассеивается в виде тепла; 3) кислородный — (клеточное дыхание) дальнейшее превращение ПВК в условиях О2 происходит в митохондриях. Суть: полное окисление глюкозы до СО2 и Н2О. Стадии: 1) окислительное декарбоксилирование ПВК; 2) цикл Кребса = цикл трикарбоновых кислот . Итог 1 и 2: на 1 молекулу ПВК – 3 СО2 (в атмосферу), 8 НАД•Н + Н+, 1 ФАД•Н + Н+, 2 АТФ; 3) электрон-транспортная цепь. Условие – мембраны митохондрий не должны быть повреждены. Проходит на мембранах крист. Итог: запасается 55% энергии и 45 % рассеивается в виде тепла. 34 АТФ.

Суммарное уравнение всего энергетического обмена:

С6Н12О6 + 6О2 + 6Н2О + 38АДФ + 38Н3РО4 > 6СО2 + 12Н2О + 38АТФ.

При окислении глюкозы до СО2 и Н2О высвобождается больше Е, чем при гликолизе. При гликолизе: глюкоза > 2 лактат- + 2Н+, ?G0 (свободная энергия) = -47,0 ккал/моль («-» т.к. выделяется). При полном окислении: глюкоза + 6О2 > 6СО2 + 6Н2О, ?G0= -686 ккал/моль. При гликолизе лактат содержит ? 93% той Е, которая была заключена в исходной м-ле глюкозы. Т.к. молочная к-та – сложное соединение, при глиголизе не происходит реального окисления. Вся био доступная Е высвобождается из глюкозы лишь в том случае, если все водородные атомы, связанные с углеродом, будут удалены и заменены кислородом с обр-нием СО2.

Конечным продуктом гликолиза является молочная кислота. Суммарное уравнение:

C₆H₁₂O₆ + 2 АДФ + 2 Ф_н → 2СН₃СН(ОН)СООН (молочная к-та) + 2АТФ + 2 Н₂О.

Это уравнению можно разбить на 2: 1) глюкоза → 2 лактат^- + 2Н⁺, ∆G₁ (свободная энергия) = -47,0 ккал/моль («-» т.к. выделяется); 2) 2 АДФ + 2 Ф_н → 2АТФ + 2 Н₂О, ∆G₂ = +2 +7,3=+14,6 ккал/моль (т.к. требует затрат Е). Эти процессы сопряжены. Превращение 1 моль глюкозы в лактат в станд. усл. приводит к высвобождению гораздо большего кол-ва св. Е (47,0 ккал), чем необх. для обр. АТФ из АДФ (14,6 ккал). В живой кл. при истинных внутрикл. концентрациях АТФ, АДФ и Ф_н, глюкозы и лактата эффективность запасания высвобождающейся при гликолизе Е превышает 60%.

Определим общее изменение станд. свободной Е: ∆G_s= ∆G₁ + ∆G₂ = -47 +14.6 = -32.4 ккал/моль. => суммарная р-ция гликолиза сопровождается очень большим снижением свободной Е. При гликолизе лактат содержит ≈ 93% той Е, которая была заключена в исходной м-ле глюкозы. Т.к. молочная к-та – сложное соединение, при глиголизе не происходит реального окисления.Благодаря гликолизу организм чела и животных в определен. период может осуществлять ряд физиолог. функций в условиях недостаточности кислорода. КПД = 40% (36%), 80 кДж.