Цикл трикарбоновых кислот.

Активированный ацетильный комплекс далее полностью окисляется до СО₂ и Н₂О, вовлекаясь в так называемый цикл трикарбоновых кислот (ЦТК). Этот цикл известен под названием также цикла лимонной кислоты или цикла Кребса названного в честь Ганса Кребса (лауреата Нобелевской премии 1953 г.), определившего последовательность реакций цикла. Сущность цикла и заключается в окислительном разложении ацетильного остатка, в результате чего освобождаемая энергия запасается в виде АТР.Цикл трикарбоновых кислот состоит из 8 стадий, катализируемых 8 специфическими ферментами.

Первой реакцией цикла является конденсации ацетильного остатка (ацетил-СоА) с оксалоацетатом, в результате чего образуется цитрат. Эта реакция катализируется цитратсинтазой. Необходимая энергия для образования С-С связи обеспечивается гидролизом тиоэфирной связи ацетил-СоА.

Вторая реакция цикла - обратимое превращение цитрата в изоцитрат. Реакция протекает через стадию образования цис-аконитата и катализируется аконитазой. Под действием этого фермента цитрат теряет молекулу воды и превращается в ненасыщенный цис-аконитат, который, не отделяясь от активного центра аконитазы, вновь присоединяет воду, но уже иным путём и образует изоцитрат.

Третья реакция цикла - окислительное декарбоксилирование изоцитрата под действием фермента изоцитратдегидрогеназы, в результате чего образуется α-кетоглутарат:

Это первая окислительно-востановительная реакция в цикле трикарбоновых кислот; она играет основную регуляторную роль. NAD-зависимая изоцитратдегидрогеназа, функционирующая в ЦТК, является олигомерным ферментом, состоит из 8 субъединиц, имеет молекулярную массу 330000. Её активатором является АДР, ингибитором - NADH.

Четвёртая реакция цикла - окислительное декарбоксилирование а-кетоглутарата с образованием сукцинил-СоА. Реакция катализируется мультиферментным комплексом, аналогичным пируватдегидрогеназному комплексу, называемым а-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом.

Пятая реакция цикла - превращение сукцинил-СоА в сукцинат -осуществляется при участии фермента сукцинил-СоА-синтетазы:

Выделяющая при этом энергия сохраняется путём образования GTP. Эта реакция является реакцией субстратного фосфорилирования, протекает в три стадии, в которых участвует один и тот же фермент Е.

Образовавшийся GTP при участии митохондриальной нуклеозиддифосфаткиназы вступает в реакцию перефосфорилирования с ADP, в результате чего образуется АТР:

Шестая реакция цикла - дегидрирование сукцината до фумарата под действием фермента сукцинатдегидрогеназы. Акцептором атомов водорода в этой реакции является FAD; поскольку FAD ковалентно связан с боковой цепью сукцинатдегидрогеназы, этот фермент часто называют флавопротеином. Атомы водорода от молекулы сукцината отщепляются только в транс-положении и поэтому образуется только фумарат. Сукцинатдегидрогеназа это единственный фермент ЦТК, который локализован во внутренней мембране митохондрий.

Седьмая реакция цикла - гидратация фумарата с образованием малата, катализируемая фумаразой (фумаратгидротазой).

Восьмая реакция - регенерация исходного соединения цикла -оксалоацетата в результате окисления малата под действием малатдегидрогеназы:

Образовавшийся оксалоацетат вступает в реакцию конденсации с новой молекулой ацетил-СоА и начинается следующий виток цикла.

Регуляция превращения пирувата в ацетил-СоА и цикла трикарбоновых кислот.

Важную роль в регуляции ацетил-СоА в ЦТК играет ковалентная модификация пируватдегидрогеназного комплекса. В качестве вспомогательны; ферментов в регуляции этого комплекса служат киназа пируватдегидрогеназы, фосфотаза фосфопируватдегидрогеназы.

Когда концентрация АТР в митохондриях относительно велика и когда ацетил-СоА, а также промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот имеются в достаточном количестве, обеспечивающем удовлетворение энергетических нужд клетки, дальнейшее образование ацетил-СоА приостанавливается. При этих условиях АТР является активатором киназы пируватдегидрогеназы. Этот фермент использует АТР для фосфорилирования остатка серина в активном центре пируватдегидрогеназы, в результате чего образуется неактивная форма фермента фосфопируватдегидрогеназы.

Активация неактивной фосфопируватдегидрогеназы осуществляется при снижении уровня АТР в клетке. При этом происходит отщепление фосфатной группы от серинового остатка этого фермента под действием фосфотазы фосфопируватдегидрогеназы (ФФПДГ). Активаторами ФФПДГ являются ионы кальция, концентрация которых в клетке увеличивается когда возникает потребность в АТР.

Пируватдегидрогеназный комплекс регулируется также путём аллостерической модуляции. Сильное ингибирующее действие (помимо АТР) оказывают на него ацетил-СоА и NADH, которые являются продуктами пируватдегидрогеназной реакции.

Общая скорость функционирования ЦТК во многих тканях определяется первой реакцией образования цитрата. Скорость цитрат-синтазной реакции регулируется концентрацией её субстратов ацетил-СоА и оксалоацетата. Установлено, что АТР повышает константу Км для ацетил-СоА; по другому говоря с увеличением концентрации АТР снижается насыщение фермента ацетил-СоА в результате чего уменьшается скорость синтеза цитрата. Ингибиторами этого фермента являются также сукцинил-СоА, СоА-производные жирных кислот и NADH.Второй регуляторной реакцией является окисление изоцитрата катализируемого изоцитратдегидрогеназой. Активность этого фермента усиливается ADP.

Третьей регуляторной реакцией ЦТК является окислительное декарбоксилирование а-кетоглутарата, катализируемое а-кетоглутаратдегидроге-назным комплексом. Ингибиторами этого комплекса являются сукцинил-СоА и NADH.

Таким образом, когда величины NADH/NAD⁺, ATP/ ADP, ацетил-CoA/CoA, сукцинил-СоА/СоА высоки, клетки в достаточной мере обеспечены энергией и поток превращаемых соединений в цикле замедлен. Если эти соотношения низки, клетка испытывает потребность в энергии, и этот поток веществ через цикл ускоряется.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: