Цикл трикарбоновых кислот

ЦТК – заключительный этап катаболизма углеводов, липидов и белков, в ходе которого двухуглеродный остаток ацетила разлагается до 2-х молекул углекислого газа.

1. Начальная реакция – конденсация ацетила и молекулы оксалоацетата с образование лимонной кислоты (цитрата)

Фермент: цитратсинтаза. Скорость реакции зависит от количества оксалоацетата, который является одновременно субстратом и аллостерическим активатором для цитратсинтазы.

2. Превращение лимонной кислоты в изолимонную (цитрата в изоцитрат). Реакция протекает в два этапа с образованием промежуточного продукта – цис-аконитовой кислоты.

Фермент: аконитаза. В условиях клетки равновесие в системе этих двух реакций сдвинуто в сторону образования изоцитрата, из-за постоянной его убыли в последующей реакции.

3. Окисление (дегидрирование) изолимонной кислоты (изоцитрата). Это первая реакция дегидрирования в ЦТК, которая служит потенциальным источником энергии. В ходе этой реакции происходит отщепление первой молекулы углекислого газа.

Фермент: изоцитратдегидрогеназа. В качестве кофермента содержит НАД⁺. Это основной регуляторный фермент цикла, его эффекторы: активатор – НАД⁺, ингибитор – НАДН.

Так как начальные промежуточные продукты изучаемого процесса являются трикарбоновыми кислотами, то его называют циклом трикарбоновых кислот, а по исследователю – циклом Кребса.

4. Окислительное декарбоксилирование a-кетоглутаровой кислоты. Это вторая реакция дегидрирования в ЦТК и вторая реакция, сопровождающаяся образованием конечного продукта – СО₂. Равновесие в этой реакции настолько сдвинуто вправо, что её можно считать физиологически необратимой

Фермент: мультиэнзимный комплекс a- кетоглутаратдегидрогеназа. В состав комплекса входят 3 фермента:

1. a-кетоглутаратдекарбоксилаза

2. трансацилаза

3. дигидролипоилдегидрогеназа

Комплекс включает 5 коферментов: ТДФ, липоевая кислота, НS-КоА, ФАД, НАД⁺.

5. Реакция III-го субстратного фосфорилирования

Эта реакция сопряжена с образование АТФ.

Фермент: сукцинаттиокиназа.

Субстратное фосфорилирование это способ синтеза АТФ или ГТФ за счёт энергии макроэргических молекул. Биологическая роль процесса – быстрое получение АТФ в клетке без затраты кислорода.

6. Окисление янтарной кислоты (сукцината). 3-я реакция дегидрирования.

Фермент: сукцинатдегидрогеназа. В качестве кофермента содержит ФАД. Это единственный фермент ЦТК который находится не в растворимой части матрикса, а связан с внутренней мембраной митохондрий. В качестве конкурентного ингибитора этого фермента может быть использована малоновая кислота – структурный аналог янтарной кислоты.

7. Образование яблочной кислоты (малата)

Фермент: фумараза. Этотфермент обладает стереохимической специфичностью и способен присоединять воду по двойной связи только в транс конформации.

8. Окисление яблочной кислоты (малата) – 4-я реакция дегидрирования.

Фермент: малатдегидрогеназа. В качестве кофермента содержит НАД⁺.

Образующий в ходе реакций оксалоацетат является одновременно начальным субстратом, что и делает процесс циклическим.

Биологическая роль цикла Кребса:

ЦТК это центральный метаболический путь, который связан с превращением всех остальных классов биомолекул. Выполняет две основные функции

1. энергетическая функция. ЦТК является основным поставщиком водородов в составе НАДН и ФАДН₂ в дыхательную цепь. В последующем, е, содержащиеся в составе этих водородов, переносятся при участии ферментов дыхательной цепи на кислород с образованием конечного продукта окисления – воды, а выделяющаяся при этом энергия используется на синтез АТФ. ЦТК это аэробный процесс, требующий постоянного участия кислорода. В отсутствии кислорода происходит накопление восстановленных форм НАДН и ФАДН и, как следствие торможение реакций дегидрирования ЦТК.

Кроме того, в ходе реакций ЦТК образуется 1 моль ГТФ в реакции субстратного фосфорилирования.

2. Амфиболическая функция.

Под амфиболической функцией цикла Кребса понимают использование интермедиатов (промежуточных продуктов) цикла на синтез других молекул. Например, сукцинил-КоА является исходным соединением в синтезе гема; a-кетоглутарат – аминокислот (глутамата, глутамина, пролина, гистидина).

Использование промежуточных продуктов цикла Кребса на синтетические процессы приводит к снижению уровня оксалоацетата в митохондриях, торможению цикла и нарушению энергетического обмена. Для того чтобы этого не происходило, в митохондриях существуют реакции, пополняющие фонд оксалоацетата.

Реакции, пополняющие запас оксалоацетата в митохондрии называются анаплеротическими.

1. Карбоксилирование пирувата:

Фермент: пируваткарбоксилаза

2. Трансаминирование аспарагиновой кислоты:

Аспартат + a-КГ оксалоацетат + глутамат

Фермент: аспартатаминотрансфераза.

Регуляция цикла Кребса.

Регуляция осуществляется по двум механизмам:

1. Фосфорилирование-дефосфорилирование. При высоком уровне АТФ в митохондриях происходит фосфорилирование 1-го фермента – цитратсинтазы и скорость реакций цикла Кребся снижается. При снижении АТФ и накоплении АДФ происходит дефосфорилирование фермента и его активность повышается.

2. Аллостерическая регуляция. По такому механизму осуществляется регуляция двух ферментов.

Цитратсинтаза активируется оксалоацетатом.

Изоцитратдегидрогеназа (основной регуляторный фермент) активируется НАД⁺ и ингибируется НАДН₂

a-кетоглутаратдегидрогеназа ингибируется продуктом реакции – сукцинил-КоА.

Дата добавления: 2015-07-13