Биологическое окисление

поступают в дыхательную цепь; при функционировании этой цепи

происходит окислительное фосфорилирование, то есть синтезируется АТФ.

Ферменты цикла лимонной кислоты локализованы в митохондриальном

матриксе, где они находятся либо в свободном состоянии, либо на внутренней

поверхности внутренней митохондриальной мембраны; в последнем случае

облегчается перенос восстановительных эквивалентов на ферменты

дыхательной цепи, локализованные во внутренней митохондриальной

мембране.[11, 1989]

Реакции ЦТК.

Начальная реакция - конденсация ацетил-СоА и оксалоацетата,

катализируется конденсирующим ферментом, цитратсинтетазой, при этом

происходит образование связи углерод-углерод между метальным углеродом

ацетил-СоА и карбонильным углеродом оксалоацетата. За реакцией конденсации,

приводящей к образованию цитрил-СоА, следует гидролиз тиоэфирной связи,

сопровождающийся потерей большого количества свободной энергии в форме

теплоты; это определяет протекание реакции слева на право до ее завершения:

Ацетил-СоА + Оксалоацетат + Н2О > Цитрат + CoA-SH

Превращение цитрата в изоцитрат катализируется аконитазой, содержащей

железо в двухвалентном состоянии. Эта реакция осуществляется в две стадии:

сначала происходит дегидратация с образованием цис-аконитата (часть его

остается в комплексе с ферментом), а затем - гидратация и образование

изоцитрата:

Цитрат ? цис -Аконитат ? Изоцитрат – Н2О

Реакция ингибируется фторацетатом, который сначала превращается во

фторацетил-СоА; последний конденсируется с оксалоацетатом, образуя

фторцитрат. Непосредственным ингибитором аконитазы является

фторцитрат, при ингибировании накапливается цитрат.

Эксперименты с использованием промежуточных соединений показывают,

что аконитаза взаимодействует с цитратом ассиметрично: она всегда действует

на ту часть молекулы цитрата, которая образовалась из оксалоацетата.

Возможно, что цис-аконитат не является обязательным интермедиатом между

цитратом и изоцитратом и образуется на боковой ветви основного пути.

Далее изоцитратдегидрогеназа катализирует дегидрогенирование с

образованием оксалосукцината. Описаны три различных формы

изоцитратдегидрогеназы. Одна из них, НАД-зависимая, найдена только в

митохондриях. Две другие формы являются НАДФ-зависимыми, причем одна из них

также находится в митохондриях, а другая в цитозоле. Окисление изоцитрата,

связанное с работой дыхательной цепи, осуществляется почти исключительно

НАД-зависимым ферментом:

Изоцитрат + НАД+ ? Оксалосукцинат (в комплексе с ферментом) ?

альфакетоглутарат + СО2+ НАДН2

Рисунок 5. Реакции цикла Кребса.[10,1993]

Далее следует декарбоксилирование с образованием

альфакетоглутарата, которое также катализируется

изоцитратдегидрогеназой. Важным компонентом реакции

декарбоксилирования являются ионы Mg2+ (или Мn2+). Судя по имеющимся

данным, оксалосукцинат, образующийся на промежуточной стадии реакции,

остается в комплексе с ферментом.

Альфакетоглутарат, в свою очередь, подвергается окислительному

декарбоксилированию, сходному с окислительным декарбоксилированием

пирувата: в обоих случаях субстратом является альфакетокислота. Реакция

катализируется альфакетоглутаратдегидрогеназным комплексом и требует

участия того же набора кофакторов - тиаминдифосфата, липоата, НАД+, ФАД и

СоА; в результате образуется сукцинил-СоА - тиоэфир, содержащий

высокоэнергетическую связь.

?-кетоглуторат + НАД+ + CoA-SH > Сукцинил-СоА + СО2 + НАДН+Н+

Равновесие реакции настолько сильно сдвинуто в сторону образования

сукцинил-СоА, что ее можно считать физиологически однонаправленной. Как и

при окислении пирувата, реакция ингибируется арсенатом, что приводит к

накоплению субстрата (альфакетоглутарат).

Продолжением цикла является превращение сукцинил-СоА в сукцинат,

катализируемое сукцинаттиокиназой (сукцинил-СоА-синтетазой):

Сукцинил-СоА + ФН + ГДФ? Сукцинат + ГТФ + CoA-SH

Одним из субстратов реакций является ГДФ (или ИДФ), из которого в

присутствии неорганического фосфата образуется ГТФ (ИТФ). Это -

единственная стадия цикла лимонной кислоты, в ходе которой генерируется

высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне; при

окислительном декарбоксилировании ?-кетоглутарата потенциальное количество

свободной энергии достаточно для образования НАДН и высокоэнергетической

фосфатной связи. В реакции, катализируемой фосфокиназой, АТФ может

образовываться как из ГТФ, так и из ИТФ. Например:

ГТФ+АДФ (ГДФ+АТФ.

В альтернативной реакции, протекающей во внепеченочных тканях и

катализируемой сукцинил-СоА-ацетоацетат-СоА-трансферазой, сукцинил-СоА

превращается в сукцинат сопряженно с превращением ацетоацетата в

ацетоацетил-СоА. Впечени имеется диацилазная активность,

обеспечивающая гидролиз части сукцинил-СоА с образованием сукцината и СоА.

Далее сукцинат дегидрогенируется, затем присоединяется молекула воды, и

следует еще одна стадия дегидрогенирования, приводящая к регенерации

оксалоацетата:

Сукцинат + ФАД ( Фумарат + ФАДН2

Первое дегидрогенирование катализируется сукцинатдегидрогеназой,

связанной с внутренней поверхностью внутренней митохондриальной мембраны.

Это единственная дегидрогеназная реакция ЦТК, в ходе которой осуществляется

прямой перенос с субстрата на флавопротеин без участия НАД+. Фермент

содержит ФАД и железо-серный белок. В результате дегидрогенирования

образуется фумарат. Как показали эксперименты с использованием изотопов,

фермент стереоспецифичен к транс-атомам водорода метиленовых групп

сукцината. Добавление малоната или оксалоацетата ингибирует

сукцинатдегидрогеназу, что приводит к накоплению сукцината.

Фумараза (фумаратгидротаза) катализирует присоединение воды к фумарату

с образованием малата:

Фумарат +Н2О ( L-малат

Фумараза специфична к L-изомеру малата, она катализирует присоединение

компонентов молекулы воды по двойной связи фумарата в транс-конфигурации.

Малатдегидрогеназа катализирует превращение малата в оксалоацетат, реакция

идет с участием НАД+:

L-малат + НАД+ ( 0ксалоацетат + НАДН2

Хотя равновесие этой реакции сильно сдвинуто в направлении малата,

реально она протекает в направлении оксалоацетата, поскольку он вместе с

НАДН постоянно потребляется в других реакциях.

Ферменты цикла лимонной кислоты, за исключением

альфакетоглутарат- и сукцинатдегидрогеназы, обнаруживаются и вне

митохондрий. Однако некоторые из этих ферментов (например,

малатдегидрогеназа) отличаются от соответствующих митохондриальных

ферментов.

Энергетика цикла лимонной кислоты.

В результате окисления, катализируемого дегидрогеназами ЦТК, на каждую

катаболизируемую за период одного цикла молекулу ацетил-СоА образуются три

молекулы НАДН и одна молекула ФАДН2. Эти восстановительные эквиваленты

передаются в дыхательную цепь, локализованную в митохондриальной мембране.

При прохождении по цепи восстановительные эквиваленты НАДН

генерируют три высокоэнергетические фосфатные связи посредством

образования АТФ из АДФ в процессе окислительного фосфорилирования. За счет

ФАДН2 генерируется только две высокоэнергетические фосфатные связи,

поскольку ФАДН2 переносит восстановительные эквиваленты на кофермент Q и,

следовательно, в обход первого участка цепи окислительного

фосфорилирования в дыхательной цепи. Еще один высокоэнергетический фосфат

генерируется на одном из участков цикла лимонной кислоты, то есть на

субстратном уровне, при превращении сукцинил-СоА в сукцинат. Таким образом,

за период каждого цикла образуется 12 новых

высокоэнергетических фосфатных связей.

Регуляция цикла лимонной кислоты.

Основные процессы, которые поставляют и запасают энергию в клетках,

могут быть в общей форме изображены следующим образом:

глюкоза пируват ( ацетил-СоА жирные кислоты

AДФ

АТФ

С02

Регуляция этой системы inter alia должна гарантировать постоянное

поступление АТФ соразмерно с существующими в данный момент энергетическими

потребностями, обеспечивать превращение избытка углеводов в жирные кислоты

через пируват и ацетил-СоА и наряду с этим контролировать экономное

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10