Метаболізм та втрата ваги: ​​Як ви спалюєте калорії!

Однокласники

Ви напевно чули, як багато хто називає причиною своєї надмірної ваги уповільнений обмін речовин. Чи правда, що в усьому винен обмін речовин? І якщо так, то чи можна збільшити швидкість вашого метаболізму?
Метаболізм – це процес, при якому ваш організм перетворює те, що ви їсте та п'єте в енергію.
Ви набираєте вагу, коли їсте більше калорій, ніж спалюєте або спалюєте менше калорій, ніж їсте.
Хоча ви не можете контролювати свій вік, стать і генетику, є й інші способи, щоб поліпшити ваш метаболізм.

1. Пийте більше води

Саме вода задіяна у всіх біохімічних процесах, що протікають в організмі і відіграє вирішальну та найважливішу роль у швидкості обміну речовин. Чай, кава та газовані напої не можуть заповнити необхідний нам водний баланс.

У чому причина?

По-перше – у каві, чаї та у багатьох газованих напоях міститься кофеїн, одна з основних особливостей якого – зневоднення організму. Після того як ви випили кухоль кави або зеленого/чорного чаю, з вашого організму буде виділено більше води, ніж ви випили, що призводить до непомітного, але постійного зневоднення.

По-друге, більшість людей вживають усі ці напої з цукром. Крім очевидної шкоди від додаткового введення у свій раціон легкозасвоюваних швидких вуглеводів (у вигляді цукру), які, безперечно, є головними винуватцями появи зайвої ваги, цукор викликає підвищення осмотичного тиску в клітинах організму, внаслідок чого додатково посилюється і без того чимала втрата рідини.

Що ж залишається нещасному організму, за умов постійного зневоднення? Правильно! Пристосуватися та уповільнити обмін речовин, щоб зберегти більше цінної рідини та зменшити її втрати.

Висновок очевидний - пийте чистіше питної водибез цукру та інших добавок. Зовсім відмовлятися від чаю та кави при цьому не потрібно. Просто розумно обмежте їх вживання та введіть у свій раціон чисту воду. Запам'ятайте два важливі правила:

Не варто пити багато води за один раз. Пийте воду регулярно, але невеликими порціями. В ідеалі – близько 100 мл за раз. Щоб не забувати робити це регулярно, поставте на робочий стіл пляшку з чистою водою та склянку.

Не пийте воду під час і одразу після їжі. Заведіть корисну звичку випивати 1 склянку води за 10 хвилин до їди.

Як показує практика, впровадження чистої води та скорочення споживання солодких напоїв з часом значно покращить ваше самопочуття.

2. Харчуйте 5 – 6 разів на день
Вчені довели, що коли ви робите багатогодинні перерви між їдою, ваш організм вважає, що для нього настали «голодні часи» і боячись, що його нескоро ще нагодують, починає відкладати калорії на «чорний день». Внаслідок чого ваш обмін речовин уповільнюється. І навпаки, при збільшенні кратності їди, рівень цукру в крові підтримується на досить рівному рівні, ваш метаболізм знаходиться на постійному низькому старті і ви спалюєте більше калорій протягом дня.

Також кілька досліджень показали, що ті люди, які регулярно перекушують, загалом за день з'їдають менше.
Отже, у жодному разі не дозволяйте собі голодувати!

3. Зверніть увагу на кількість вживаного вами білка

Ваше тіло перетравлює білок набагато повільніше, ніж жир або вуглеводи, тому ви довше почуваєтеся ситими (особливо, коли ви з'їдаєте велику кількість білка на сніданок). Крім того, білок допомагає прискорити ваш метаболізм. Чому? Все дуже просто. У процесі, званому термогенез, ваше тіло використовує близько 10% всіх отриманих калорій на перетравлення їжі, а спалювання білка відбувається набагато повільніше, ніж вуглеводів або жиру, і ваш організм у цьому процесі витрачає куди більше енергії. Одне недавнє дослідження в Університеті Пердью виявило ще одну перевагу дієти з високим вмістом білка - дієта багата на білок допомагає нам зберегти м'язову масу тіла, а м'язи, як відомо, навіть у спокійному стані спалюють більше калорій.

Хороші джерела білка: пісне м'ясо, індичка, риба, біле м'ясо курки, тофу, горіхи, боби, яйця, гречка, кіноа та знежирені молочні продукти.

4. Не забувайте про сніданок!

Важливо не тільки що ви їсте, а й коли. Найважливішим прийомом їжі є сніданок. Якщо ви хочете прискорити обмін речовин, запам'ятайте, що від сніданку не можна відмовлятися в жодному разі. Саме він дає потужний стартовий заряд нашого обміну речовин.

Зверніть увагу, щоб ваш ранковий прийом їжі був багатий на поживні речовини і особливо білком. Це може бути вівсянка з ягодами та мигдальним горіхом, омлет зі шпинатом, нежирним сиром та шматочком цільнозернового хліба або сир з ягодами.

5. Включіть у свій раціон цитрусові
Апельсини, мандарини, лимони, грейпфрути – всі ці соковиті фрукти мають стати важливою частиною вашого харчування. А все тому, що крім вітамінів та інших корисних речовин, вони містять лимонну кислоту.

Лимонна кислота відіграє ключову роль в енергетичному циклі, який був названий на честь вченого, який його відкрив та отримав за це Нобелівську премію – Циклом Кребса або циклом лимонної кислоти. Цикл Кребса - це ключовий етап дихання всіх клітин, що використовують кисень, центр перетину множини метаболічних шляхів в організмі.

Якщо ви маєте проблеми з травленням, не варто їсти цитрусові на голодний шлунок – це може загострити наявні нездужання.

6. Наростіть м'язову масу
Ваше тіло постійно спалює калорії, навіть коли ви нічого не робите. Ми вже говорили, що швидкість метаболізму у людей з вищою м'язовою масою помітно вища. Кожен кілограм м'язів спалює близько 13 калорій на день тільки підтримувати себе, в той час як кожен кілограм жиру спалює тільки 5 калорій на день. Після сеансу силових тренувань, м'язи всього тіла активуються і починають спалювати більше калорій, тим самим прискорюючи обмін речовин.

7. Змінюйте інтенсивність фізичних навантажень
Наступного разу, коли ви відправитеся в спортзал, басейн або на пробіжку навколо будинку, зверніть особливу увагу на темп навантаження. Спробуйте наростити темп виконуваних вами дій протягом 30 – 60 секунд, потім поверніться до нормальної швидкості на 90 секунд. Повторюйте цю послідовність 5 разів, 2 рази на тиждень. Використовуючи цю стратегію, ви споживаєте більшу кількість кисню, від цього збільшується кількість мітохондрій і більш ефективно спалюєте калорії протягом дня.

Аеробні вправи не допоможуть вам наростити великі м'язи, але вони точно збільшать швидкість вашого метаболізму протягом декількох годин після тренування. Вправи високої інтенсивності забезпечують більш тривале підвищення рівня метаболізму, ніж тренування з низьким чи середнім рівнем інтенсивності.

8. Включіть у свій раціон продукти, що містять Омега-3
Присутні у великій кількості в рибі, рослинних оліяхі деяких горіхах незамінні кислоти Омега-3 допомагають регулювати рівень гормону лептину в нашому організмі, який неабияк впливає на швидкість, з якою наше тіло спалює жир.

Включаючи у свій раціон продукти, багаті на жирні кислоти Омега-3, ви підстегнете свій обмін речовин і збільшите жироспалительную здатність організму. Візьміть у звичку приймати риб'ячий жиркожен день. Ну а якщо риб'ячий жир і його запах викликають у вас непереборну огиду, то включіть у своє харчування такі продукти, як жирні сорти риби (лосось, форель, тунець, сардини та скумбрія), лляна та ріпакова олія, волоські горіхи.

В результаті дослідження з ожиріння проведеного на щурах, було доведено, що щури, які приймають риб'ячий жир перед фізичним навантаженням, значно втрачали більше ваги, ніж ті, які приймали.

9. Уникайте суворих дієт
Під строгими дієтами ми тут розуміємо дієти зі зниженням споживаних калорій на день до 1200 (для жінок) та 1800 (для чоловіків). Якщо ви хочете прискорити свій метаболізм, такі дієти не для вас. Незважаючи на те, що подібні дієти можуть допомогти вам скинути кілька зайвих кілограмів, вони мають і зворотний бік медалі. При цих дієтах висока ймовірність втрати м'язової масиА це, як ми вже говорили, уповільнить ваш метаболізм. У результаті ваш організм починає спалювати менше калорій, ніж до початку дієти і після її закінчення насилу втрачені кілограми дуже швидко повертаються.

У таких дієтах важливо дотримуватися одного простого правила - з'їдайте достатню кількість калорій для підтримки нормальної швидкості метаболізму в спокої.

Як визначити свою швидкість обміну речовин у стані спокою? Ознайомившись із формулами, ви виявите цікавий факт- Чим більша ваша вага, тим швидше обмін речовин. Ми радимо вам використовувати формулу Маффіна-Джеора, оскільки вона вважається надійнішою, ніж формула Харріса-Бенедикта. БСМ - Базальна швидкість метаболізму (обмін речовин). Це енергія, яка потрібна організму без будь-яких інших фізичних навантажень, тобто метаболізм спокою.

Якщо ви хочете розрахувати все самі, то ось ця формула:
ЛШМ = (9.99*М) + (6.25*Р) – (4.92*В) + (166*П) - 151М = ваша вага в кілограмах
Р = ваше зростання в сантиметрах
В = ваш вік
П = коефіцієнт статі. 1 – для чоловіків, 0 – для жінок.

10. Не забувайте про нічний сон

Фахівці медичного дослідницького центруу Портленді (США) виявили, що люди, які сидять на дієті, але сплять лише шість годин, втрачають на 55 відсотків менше жиру, ніж ті, хто спить не менше восьми.

При нестачі сну організм виробляє менше лептину – гормону ситості – і більше греліну – гормону голоду. І тоді людина їсть більше, ніж слід. Висновок: що більше ви спите вночі, то активнішим буде обмін речовин протягом дня.

Важливо також, з яким настроєм ви лягаєте спати. Якщо перенервували, переглянули важкий фільм, організм вироблятиме гормон стресу кортизол, який уповільнює обмінні процеси.

На ніч краще немає вуглеводи, оскільки тоді організм може навіть блокувати обмінні процеси, і ви ризикуєте додати у вазі.

Висновок.
Необов'язково суворо дотримуватися всіх перерахованих вище правил. Але якщо ви хочете прискорити свій обмін речовин і скинути зайві кілограми, то вам слід взяти на замітку щонайменше деякі з них.

Кожному відомо, що для нормальної роботи організм потребує регулярного надходження цілого ряду поживних речовин, які потрібні для здорового метаболізму і, відповідно, балансу процесів вироблення та витрачання енергії. Процес вироблення енергії, як відомо, протікає в мітохондріях, які завдяки цій особливості й одержали назву енергетичних центрів клітин. А послідовність хімічних реакцій, що дозволяє отримати енергію до роботи кожної клітини тіла, називається циклом Кребса.

Цикл Кребса - чудеса, що відбуваються в мітохондріях

Енергія, одержувана за допомогою циклу Кребса (також ЦТК – цикл трикарбонових кислот), йде на потреби окремих клітин, які у свою чергу складають різні тканини та, відповідно, органи та системи нашого організму. Оскільки без енергії організм просто не може існувати, мітохондрії постійно працюють над тим, щоб безперебійно постачати до клітин необхідну їм енергію.

Аденозин трифосфат (АТФ) - саме ця сполука є універсальним джерелом енергії, необхідною для протікання всіх біохімічних процесів у нашому організмі.

ЦТК – це центральний метаболічний шлях, в результаті якого завершується окислення метаболітів:

• жирних кислот;
• амінокислот;
• моносахаридів.

У процесі аеробного розпаду ці біомолекули розщеплюються на менші молекули, які використовуються для одержання енергії або синтезу нових молекул.

Цикл трикарбонових кислот складається із 8 етапів, тобто. реакцій:

1. Утворення лимонної кислоти:

2. Утворення ізолімонної кислоти:

3. Дегідрування та пряме декарбоксилювання ізолімонної кислоти.

4. Окислювальне декарбоксилювання α-кетоглутарової кислоти

5. Субстратне фосфорилювання

6. Дегідрування янтарної кислоти сукцинат-дегідрогеназою

7. Утворення яблучної кислоти ферментом фумаразою

8. Освіта оксалацетату

Таким чином, після завершення реакцій, які складають цикл Кребса:

• одна молекула ацетил-КоА (утворена внаслідок розпаду глюкози) окислюється до двох молекул вуглекислого газу;
• три молекули NAD відновлюються до NADH;
• одна молекула ФАД відновлюється до ФАДН 2;
• утворюється одна молекула ГТФ (еквівалент АТФ).

Молекули НАДН та ФАДН 2 діють як переносники електронів та використовуються для утворення АТФ на наступній стадії метаболізму глюкози - окисному фосфорилюванні.

Функції циклу Кребса:

• катаболічна (окислення ацетильних залишків паливних молекул до кінцевих продуктів обміну);
• анаболічна (субстрати циклу Кребса – основа для синтезу молекул, у т.ч. амінокислот та глюкози);
• інтегративна (ЦТК - сполучна ланка між анаболічними та катаболічними реакціями);
• водорододонорна (постачання 3 НАДН.Н+ та 1 ФАДН 2 на дихальний ланцюг мітохондрій);
• енергетична.

Нестача елементів, необхідних для нормального перебігу циклу Кребса, може призвести до серйозних проблем в організмі, пов'язаних із нестачею енергії.

Завдяки метаболічній гнучкості організм здатний використовувати як джерело енергії не тільки глюкозу, але і жири, розщеплення яких також дає молекули, що утворюють піровиноградну кислоту (задіюється в циклі Кребса). Таким чином, ЦТК, що протікає належним чином, забезпечує отримання енергії та будівельних блоків для утворення нових молекул.

У еукаріотів всі реакції циклу Кребса протікають усередині мітохондрій, причому каталізуючі їх ферменти, крім одного, знаходяться у вільному стані в мітохондріальному матриксі. У прокаріотів реакції циклу протікають у цитоплазмі. При роботі циклу Кребса окислюються різні продукти обміну, зокрема токсичні недоокислені продукти розпаду алкоголю, тому стимуляцію циклу Кребса можна як міру біохімічної детоксикації.

СубстратиПродуктиФерментТип реакціїКоментар 1 Оксалоацета т + Ацетит H2 O Цитрат цис-2 гідратація ізоцитратдегі дрогеназу декарбоксиліруюча Окислення 4 Ізоцитрат + NAD + Оксалосукцинат + NADH + H + 5 Оксалосукцінат α-кетоглутарат + CO 2 декарбокси лювання необоротна стадія, утворюється C 5

СубстратиПродуктиФермент Тип реакції Коментар 6 α- кетоглутар ат + NAD + + CoA-SH сукциніл- CoA + NADH + H + + CO 2 альфакетоглу таратдегідро геназний комплекс (3 ферменти) Окислювальне декарбокси лювання утворюється NADH, еквівалентно ланцюга (звільняється CoA-SH) 7 сукциніл- CoA + GDP + P i сукцинат + CoA-SH + GTP сукцинілкоф ермент А синтетаза субстратне фосфорилування АДФ->ATP, утворюється 1 ATP (або 1 GTF) 8 сукцинат + убіх ) фумарат + убіхінол (QH 2) сукцинатдеги дрогеназу Окислення використовується FAD як простетична група (FAD->FADH 2 на першій стадії реакції) у ферменті, утворюється еквівалент 1.5 ATP ATP, утворюється 1 ATP (або 1 GTF) 8 сукцинат + убіхінон (Q) фумарат + убіхінол (QH 2) сукцинатдеги дрогеназу Окислення використовується FAD як простетична група (FAD->FADH 2 на першій стадії реакції) у ферменті, утворюється еквівалент 1 . ">

СубстратиПродуктиФермент Тип реакції Коментар 9 фумарат + H 2 O L-малатфумараза H 2 O- приєднання 10 L-малат + NAD + оксалоаце тат + NADH + H + малатдегідро геназа окислення утворюється NADH (еквівалентно 2е5а Ацетил-КоААцетил-КоА 2CO 2 + КоА + 8e КоАe

Цикл Кребса регулюється "за механізмом негативного зворотного зв'язку", за наявності великої кількості субстратів, цикл активно працює, а при надлишку продуктів реакції гальмується. Регуляція здійснюється за допомогою гормонів. Такими гормонами є: інсулін та адреналін. Глюкагон стимулює синтез глюкози та інгібує реакції циклу Кребса. Зазвичай робота циклу Кребса не переривається рахунок анаплеротичних реакцій, які поповнюють цикл субстратами: Пируват + СО 2 + АТФ = Оксалацетат(субстрат циклу Кребса) + АДФ + Фн.

1.Інтегративна функція цикл є сполучною ланкою між реакціями анаболізму та катаболізму. 2.Катаболічна функція перетворення різних речовин на субстрати циклу: Жирні кислоти, піруват,Лей,Фен Ацетил-КоА. Арг, Гіс, Глу -кетоглутарат. Фен, тир фумарат. 3.Анаболічна функція використання субстратів циклу на синтез органічних речовин: Оксалацетат глюкоза, АСП, Асн. Сукциніл-КоА синтез гему. CО 2 реакції карбоксилювання.

1.Водорододонорная функція цикл Кребса постачає на дихальний ланцюг мітохондрій протони у вигляді трьох НАДН.Н + та одного ФАДН 2. 2.Енергетична функція 3 НАДН.Н + дає 7.5 моль АТФ, 1 ФАДН 2 дає 1. Крім того в циклі шляхом субстратного фосфорилування синтезується 1 ГТФ, а потім з нього синтезується АТФ за допомогою трансфосфорилування: ГТФ + АДФ = АТФ + ГДФ.

Для легшого запам'ятовування кислот, що у циклі Кребса, існує мнемонічне правило: Цілий Ананас І Шматок Суфле Сьогодні Фактично Мій Обід, що відповідає ряду цитрат, (цис-)аконітат, ізоцитрат, (альфа-)кетоглутарат, сукциніл-CoA, сукцинат, фумарат, малат, оксалоацетат.

Існує також наступний мнемонійний вірш: Щуку ацетил лимоніл, А нарциса кінь боявся, Він над ним ізолімонно Альфа-кето-глютарався. Сукцинився коензимом, Янтарився фумарово, Яблучко припас на зиму, В щуку звернувся знову. (Щавельнооцтова кислота, лимонна кислота, цис-аконітова кислота, ізолімонна кислота, α-кетоглутарова кислота, сукциніл-CoA, бурштинова кислота, фумарова кислота, яблучна кислота, щавлевооцтова кислота).

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ (ЦИКЛ КРЕБСА)

Гліколіз перетворює глюкозу на піруват і продукує дві молекули АТФ з молекули глюкози - це невелика частина потенційної енергії цієї молекули.

При аеробних умовах піруват з гліколізу перетворюється на ацетил-КоА і окислюється С0 2 в циклі трикарбонових кислот (цикл лимонної кислоти). При цьому електрони, що звільняються в реакціях цього циклу, проходять НАДН і ФАДН 2 на 02 - кінцевий акцептор. Електронний транспорт пов'язаний зі створенням протонного градієнта мембрани мітохондрій, енергія якого потім використовується на синтез АТФ в результаті окисного фосфорилювання. Розглянемо ці реакції.

В аеробних умовах піровиноградна кислота (1-й етап) піддається окисному декарбоксилюванню, більш ефективному, ніж трансформація в молочну кислоту, з утворенням ацетил-КоА (2-й етап), який може окислюватися до кінцевих продуктів розпаду глюкози - С02 і Н2 0 (3-й етап). Г. Кребс (1900-1981), німецький біохімік, вивчивши окислення окремих органічних кислот, об'єднав їхні реакції у єдиний цикл. Тому на його честь цикл трикарбонових кислот часто називають циклом Кребса.

Окислення піровиноградної кислоти до ацетил-КоА відбувається в мітохондріях за участю трьох ферментів (піруватде-гідрогеназа, ліпоаміддегідрогеназа, ліпоілацетилтрансфера-за) і п'яти коферментів (НАД, ФАД, тіамінпірофосфат, Амід). У складі цих чотирьох коферментів знаходяться вітаміни групи В (Вх, В2, В3, В5), що свідчить про необхідність цих вітамінів для нормального окислення вуглеводів. Під впливом цієї складної ферментної системи піруват в реакції окисного декарбоксилювання перетворюється на активну форму оцтової кислоти - ацетил-коензим А:

За фізіологічних умов піруватдегідрогеназу - виключно незворотний фермент, що пояснює неможливість конверсії жирних кислот у вуглеводи.

Наявність макроергічного зв'язку в молекулі ацетил-КоА вказує на високу реакційну здатність цієї сполуки. Зокрема, ацетил-КоА може виступати в мітохондріях для генерації енергії, у печінці надлишок ацетил-КоА надходить на синтез кетонових тіл, у цитозолі бере участь у синтезах складних молекул, таких як стериди та жирні кислоти.

Отриманий у реакції окисного декарбоксилування піровиноградної кислоти ацетил-КоА вступає в цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса). Цикл Кребса – фінальний катаболічний шлях окислення вуглеводів, жирів, амінокислот, є по суті «метаболічним котлом». Реакції циклу Кребса, що протікають виключно в мітохондріях, також називають циклом лимонної кислоти або циклу трикарбонових кислот (ЦТК).

Однією з найважливіших функцій циклу трикарбонових кислот є генерація відновлених коферментів (3 молекули НАДН + Н + та 1 молекула ФАДН 2) з подальшим перенесенням атомів водню або їх електронів до кінцевого акцептора - молекулярного кисню. Цей транспорт супроводжується великим зменшенням вільної енергії, частина якої використовується у процесі окисного фосфорилювання для запасання у формі АТФ. Зрозуміло, що цикл трикарбонових кислот є аеробним, залежним від кисню.

1. Початкова реакція циклу трикарбонових кислот представляє конденсацію ацетил-КоА та щавлево-оцтової кислоти за участю ферменту цитратсинтази мітохондріального матриксу з утворенням лимонної кислоти.

2. Під впливом ферменту аконітази, що каталізує видалення молекули води з цитрату, останній перетворюється

в цис-аконітову кислоту. Вода комбінує з цис-аконітової кислотою, перетворюючись на ізолімонну.

3. Потім фермент ізоцитратдегідрогеназу каталізує першу дегідрогеназну реакцію циклу лимонної кислоти, коли ізолімонна кислота перетворюється на реакції окисного декарбоксилювання в а-кетоглутарову:

У цій реакції утворюється перша молекула С0 2 і перша молекула НАДН 4 Н + циклу.

4. Подальше перетворення а-кетоглутарової кислоти на сукциніл-КоА каталізується мультиферментним комплексом а-кетоглутарової дегідрогенази. Ця реакція хімічно є аналогом піруватдегідрогеназної реакції. У ній беруть участь ліпоєва кислота, тіамінпірофосфат, HS-KoA, НАД+, ФАД.

В результаті цієї реакції знову утворюється молекула НАДН + Н + і С02.

5. Молекула сукциніл-КоА має макроергічний зв'язок, енергія якого зберігається у наступній реакції у формі ГТФ. Під впливом ферменту сукциніл-КоА-синтетази сукциніл-КоА перетворюється на вільну бурштинову кислоту. Зазначимо, що янтарна кислота також може бути одержана з метилмалоніл-КоА при окисленні жирних кислот з непарним числом атомів вуглецю.

Ця реакція є прикладом субстратного фосфорилювання, оскільки макроергічна молекула ГТФ у разі утворюється без участі ланцюга транспорту електронів і кисню.

6. Бурштинова кислота окислюється в фумарову кислоту в сукцинатдегідрогеназної реакції. Сукцинатдегідрогеназа, типовий залізосеромісткий фермент, коферментом якого є ФАД. Сукцинатдегідрогеназа - єдиний фермент, що фіксується на внутрішній мітохондріальній мембрані, тоді як всі інші ферменти циклу знаходяться в мітохондріальному матриксі.

7. Потім гідратація фумарової кислоти в яблучну кислоту під впливом ферменту фумарази в оборотній реакції за фізіологічних умов:

8. Фінальною реакцією циклу трикарбонових кислот є малатдегідрогеназна реакція за участю активного ферменту мітохондріальної НАД~-залежної малатдегідрогенази, в якій утворюється третя молекула відновленого НАДН + Н + :

Утворенням щавлево-оцтової кислоти (оксалоацетату) завершується один оберт циклу трикарбонових кислот. Щавлево-оцтова кислота може бути використана в окисленні другої молекули ацетил-КоА, і цей цикл реакцій може неодноразово повторюватися, постійно призводячи до отримання щавлево-оцтової кислоти.

Таким чином, окислення в ЦТК однієї молекули ацетил-КоА як субстрату циклу призводить до отримання однієї молекули ГТФ, трьох молекул НАДФ + Н + та однієї молекули ФАДН 2 . Окислення цих відновників у ланцюгу біологічного окис-

лення призводить до синтезу 12 молекул АТФ. Цей розрахунок зрозумілий з теми «Біологічне окислення»: включення однієї молекули НАД + у систему транспорту електронів супроводжується зрештою утворенням 3 молекул АТФ, включення молекули ФАДН 2 забезпечує утворення 2 молекул АТФ та одна молекула ГТФ еквівалентна 1 молекулі АТФ.

Зазначимо, що два атоми вуглецю адетил-КоА вступають у цикл трикарбонових кислот і два атоми вуглецю залишають цикл у вигляді С0 2 у реакціях декарбоксилювання, що каталізуються ізоцитратдегідрогеназою та альфа-кетоглутарат-дегідрогогеназою.

При повному окисленні молекули глюкози в аеробних умовах до С02 і Н20 освіта енергії у формі АТФ становить:

• 4 молекули АТФ при конверсії молекули глюкози в 2 молекули піровиноградної кислоти (гліколіз);
• 6 молекул АТФ, що утворюються в 3-фосфогліцеральдегід-дегідрогеназної реакції (гліколіз);
• 30 молекул АТФ, що утворюються при окисленні двох молекул піровиноградної кислоти в піруватдегідрогеназної реакції та в подальших перетвореннях двох молекул ацетил-КоА до С02 і Н20 у циклі трикарбонових кислот. Отже, загальний вихід енергії за повного окислення молекули глюкози може становити 40 молекул АТФ. Однак слід взяти до уваги, що при окисленні глюкози на стадії перетворення глюкози на глюкозо-6-фосфат і на стадії перетворення фруктозо-6-фосфату на фруктозо-1,6-дифосфат витрачено дві молекули АТФ. Тому чистий вихід енергії при окисленні молекули глюкози становить 38 молекул АТФ.

Можна порівняти енергетику анаеробного гліколізу та аеробного катаболізму глюкози. З 688 ккал енергії, теоретично укладених в 1 г молекули глюкози (180 г), 20 ккал знаходяться у двох молекулах АТФ, що утворюються в реакціях анаеробного гліколізу, і 628 ккал теоретично залишаються у формі молочної кислоти.

В аеробних умовах із 688 ккал грам-молекули глюкози у 38 молекулах АТФ отримано 380 ккал. Таким чином, ефективність використання глюкози в аеробних умовах вища, ніж в анаеробному гліколізі, приблизно в 19 разів.

Слід зазначити, що всі реакції окислення (окислення триозофосфату, піровиноградної кислоти, чотири реакції окислення циклу трикарбонових кислот) конкурують у синтезі АТФ з АДФ та Ф неор (ефект Пастера). Це означає, що молекула НАДН + Н +, що утворюється, в реакціях окислення має вибір між реакціями дихальної системи, що переносять водень на кисень, і ферментом ЛДГ, що передає водень на піровиноградну кислоту.

на ранніх стадіяхциклу трикарбонових кислот його кислоти можуть виходити з циклу для участі у синтезі інших сполук клітини без порушень функціонування самого циклу. Різні фактори залучаються до регуляції активності циклу трикарбонових кислот. Серед них у першу чергу слід назвати надходження молекул ацетил-КоА, активність піруватдегідрогеназного комплексу, активність компонентів дихального ланцюга та пов'язане з ним окисне фосфорилювання, а також рівень щавлево-оцтової кислоти.

Молекулярний кисень безпосередньо не бере участі в циклі трикарбонових кислот, проте його реакції здійснюються тільки в аеробних умовах, так як НАД і ФАД можуть бути регенеровані в мітохондріях лише при перенесенні електронів на молекулярний кисень. Слід підкреслити, що гліколіз, на відміну від циклу трикарбонових кислот, можливий і при анаеробних умовах, оскільки НАД регенерується при переході піровиноградної кислоти в молочну.

Крім утворення АТФ, цикл трикарбонових кислот має ще одне важливе значення: цикл забезпечує структурами-посередниками різноманітні біосинтези організму. Наприклад, більшість атомів порфіринів походить із сукциніл-КоА, багато амінокислот є похідними а-кето-глутарової та щавлево-оцтової кислот, а фумарова кислота має місце в процесі синтезу сечовини. У цьому вся проявляється інтегральність циклу трикарбонових кислот обміні вуглеводів, жирів, білків.

Як показують реакції гліколізу, здатність більшості клітин генерувати енергію полягає в їх мітохондріях. Число мітохондрій у різних тканинах пов'язане з фізіологічними функціями тканин та відображає їхню можливість участі в аеробних умовах. Наприклад, еритроцити не мають мітохондрій і, отже, не мають здатності генерувати енергію, використовуючи кисень як кінцевий акцептор електронів. Однак у серцевому м'язі, що функціонує в аеробних умовах, половина об'єму цитоплазми клітин представлена ​​мітохондріями. Печінка також залежить від аеробних умов для своїх різних функцій і гепатоцити ссавців містять до 2 тис. мітохондрій в одній клітині.

Мітохондрії включають дві мембрани - зовнішню та внутрішню. Зовнішня мембрана більш проста, що складається з 50% жирів та 50% білків, має порівняно мало функцій. Внутрішня мембрана структурно та функціонально видається складнішою. Приблизно 80% її обсягу становлять білки. Вона містить більшість ферментів, що беруть участь в електронному транспорті та окисному фосфорилюванні, метаболічні посередники та аденін-нуклеотиди між цитозолем та мітохондріальним матриксом.

Різні нуклеотиди, що залучаються в окислювально-відновні реакції, такі як НАД + , НАДН, НАДФ + , ФАД і ФАДН 2 не проникають крізь внутрішню мітохондріальну мембрану. Ацетил-КоА не може надходити з мітохондріального відділу в цитозоль, де він потрібний для синтезу жирних кислот або стеролів. Тому внутрішньомітохондріальний ацетил-КоА конвертується у цитрат-синтазну реакцію циклу трикарбонових кислот і в такому вигляді надходить у цитозоль.

У 30-х роках ХХ століття німецький учений Ганс Кребс разом зі своїм учнем займається вивченням циркуляції сечовини. Під час Другої світової війни, Кребс перебирається в Англію, де і приходить до висновку, що деякі кислоти каталізують процеси в нашому організмі. За це відкриття йому було вручено Нобелівську премію.

Як відомо, енергетичний потенціал організму залежить від глюкози, яка міститься у нашій крові. Також, клітини людського організмумістять мітохондрії, які допомагають у переробці глюкози з метою її перетворення на енергію. Після деяких перетворень глюкоза перетворюється на речовину під назвою «аденозинтрифосфат» (АТФ) – головне джерело енергії клітин. Його структура така, що може вбудовуватися в білок, і це з'єднання забезпечуватиме енергією всі системи органів людини. Безпосередньо глюкоза не може стати АТФ, тому використовуються складні механізми для отримання потрібного результату. Ним і є цикл Кребса.

Якщо говорити зовсім простою мовою, то цикл Кребса — це ланцюжок хімічних реакцій, що відбуваються в кожній клітині нашого тіла, який називається циклом тому, що триває безперервно. Кінцевим результатом даного циклу реакцій є виробництво аденозинтрифосфату - речовини, яка є енергетичною основою життєдіяльності організму. Інакше цей цикл називається клітинним диханням, оскільки більшість його стадій відбуваються з участю кисню. З іншого боку, виділяють найважливішу функцію циклу Кребса – пластичну (будівельну), оскільки під час циклу виробляються важливі життєдіяльності елементи: вуглеводи, амінокислоти тощо.

Для здійснення всього вищевикладеного потрібна наявність більше ста різних елементів, у тому числі вітамінів. За відсутності чи нестачі хоча одного з них цикл буде недостатньо ефективним, що призведе до порушення метаболізму у всьому тілі людини.

Етапи циклу Кребса

1. Перший етап полягає у розщепленні молекул глюкози на дві молекули піровиноградної кислоти. Пировиноградна кислота виконує важливу метаболічну функцію, від її дії залежить робота печінки. Доведено, що ця сполука міститься в деяких фруктах, ягодах і навіть у меді; її успішно застосовують у косметології, як спосіб боротьби з відмерлими клітинами епітелію (гоммаж). Також, в результаті реакції може утворитися лактат (молочна кислота), яка є в поперечному мускулатурі, крові (точніше в еритроцитах) і мозку людини. Важливий елемент у роботі серця та нервової системи. Відбувається реакція декарбоксилювання, тобто відщеплення карбоксильної (кислотної) групи амінокислот, у процесі якої утворюється кофермент А – він виконує функцію транспортування вуглецю у різних обмінних процесах. При поєднанні з молекулою оксалоацетату (щавлевої кислоти) виходить цитрат, який фігурує в буферних обмінах, тобто «на собі» переносить корисні речовини в нашому організмі та допомагає їм засвоюватись. На даному етапі кофермент А повністю вивільняється, плюс ми отримуємо молекулу води. Ця реакція є незворотною.
2. Друга стадія характеризується дегідруванням (відщепленням молекул води) від цитрату, що дають нам цис-аконітат (аконітову кислоту), який допомагає в утворенні ізоцитрату. За концентрацією цієї речовини, наприклад, можна визначити якість фруктів чи фруктового соку.
3. Третій етап. Тут від ізолімонної кислоти відокремлюється карбоксильна група, що в результаті дає кетоглутарову кислоту. Альфа-кетоглутарат бере участь у поліпшенні всмоктування амінокислот з їжі, що надходить, покращує метаболізм і попереджає появу стресів. Також утворюється NADH - речовина необхідна для нормального перебігу окислювальних та обмінних процесів у клітинах.
4. На наступному етапі при відділенні карбоксильної групи утворюється сукциніл-КоА, який є найважливішим елементом утворення анаболічних речовин (білків тощо). Виникає процес гідролізу (з'єднання з молекулою води) та вивільняється енергія АТФ.
5. На наступних етап цикл почне замикатися, тобто. сукцинат знову втратить молекулу води, що перетворює його на фумарат (речовина, що сприяє перенесенню водню до коферментів). До фумарату приєднується вода та утворюється малат (яблучна кислота), вона окислюється, що знову призводить до появи оксалоацетату. Оксалоацетата, у свою чергу, виступає в ролі каталізатора у вищевказаних процесах, його концентраціях у мітохондріях клітин постійна, але, при цьому, досить низька.

Таким чином можна виділити найважливіші функції цього циклу:

• енергетична;
• анаболічна (синтез органічних речовин – амінокислот, жирних білків тощо);
• катаболічна: перетворення деяких речовин на каталізатори – елементи, що сприяють виробленню енергії;
• транспортна, переважно відбувається транспортування водню, що у диханні клітин.