Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (Л. Страйер - Биохимия в 3-х томах), страница 12

Н., ВепЬозч К. М., 1.. Е. Ноог). ВюсЬеппзггу: А Ргойешз АрргоасЬ (Веп)аш1п, 1974), сЬ. 9. ГЛАВА ~З Цикл трикарбоновых КИСЛОТ В предыдущей главе мы рассмотрели гликолитический путь, в ходе которого происходит превращение глюкозы в пируват. В азробных условиях следующим этапом генерирования энергии из глюкозы является окислнтельное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-СоА. Этот активированный ацетильный компонент далее полностью окисляется до СО, в цикле трикирбоновых кислот„последовательности реакций, известных также как цикл лимонной кислоты, или цикл Кребса.

Цикл трикарбоновых кисло~ представляет собою конечный общий путь окисления топливных молекул - аминокислот, жирных кислот и углеводов. Большинство топливных молекул вступают в этот цикл после превращения в ацетил- СоА, Цикл трикарбоновых кислот выполняет еще одну функцию — поставляет промежуточные продукты для процессов биосинтеза. Реакции цикла трикарбоновых кислот происходят в митохондриях в противоположность реакциям гликолиза, которые протекают в цитозоле. большой мультиферментный комплекс-- высокоинтегрированиую систему трех видов ферментов, которые детально рассматриваются в разд. 13.11. 13.2.

Общая характеристика цикла трииарбоновых кислот Общая схема цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) приведена на рис. 13.3. Четырехуглеродное соединение (оксалоацетат) хонденсируется с двухуглеродным ацетильным компонентом с образованием шестиуглеродной трикарбоновой кислоты (цитрата). Далее изомер цнтрата подвергается окнслительному декарбокснлированию. Образующееся при этом пятиуглеродное соединение (о-оксоглутарат) в результате окнслительного лекарбоксилирования превращается в четырехуглеродное соединение (сукцинат). Дальнейшие превращения сукцината приводят к регенерированию оксалоацетата. Два атома углерода вклю- 13Д, Образование ацетвлиофермента А из вирувата Окислительиое декарбоксилирование пнрувата с образованием ацетил-СоА, протекающее вмитохондриальном матриксе,служит связующим звеном между гликолизом н циклом трикарбоновых кислот: Пнруват + СоА + )ь)АО' -4 АцЕтнп-СоА + СО + )Ч)АОН.

Это необратимое включение продукта гликолиза в цикл трикарбоновых кислот катализируется виру«от-делиб рогеназным комплексом, представляющим собою очень Рве. 13.1. Модель ацетил-СоА. 13. Цикл трнкарбоиовых кислот н,с — соо- Оковяовцетвт 5 соя Ацетнл СоА О СН» — С вЂ” 5 — Сод НΠ— С вЂ” СОО СН» — СОО Цмтрнл СоА Метрике Внутренняя мнтокондрнвльнвя меморвнв с» Нвружнвя мнтокондрнельнвя мембране япн няп со, Рис. 13.2.

ряпн, няпн с, Рнс. 13.3. о о=с — соо- + с-сн, + н,о— чаются в цикл в виде ацетильного компонента, а два атома углерода покидают цикл в виде лвух молекул СО». Поскольку ацетильная группа восстановлена в большей степени, чем СО,, то в цикле трикарбоновых кислот должны иметь место окислительно-восстановительные реакции. Действительно, насчитываются четыре такие реакции. Три гидрид-иона (т.е. шесть электронов) переносятся на три молекулы ХАО', а одна пара атомов водорода (два электрона) переносится на молекулу флавинадениндинуклеотида (РАО). При окислении этих переносчиков электронов за счет О, в цепи переноса электронов образуется одиннадцать молекул аденозинтрифосфата (АТР). Кроме того, одна высокоэнергетическая фосфатная связь генерируется при каждом обороте самого цикла трикарбоновых кислот.

13.3. Оксалоацетат конденсируется с ацетил-коферментом А с образованием цитрата Цикл начинается с конденсации четырех- углеродного компонента, оксалоацетата, и двухуглеродного компонента, ацетильной группы ацетил-СоА.Оксалоацетат реагирует с ацетил-СоА и Н»О, давая цнтрат и СоА. Схематическое изображение митофондрии. Окислительное декарбоксилирование пирувата и последователыюсть реакций цикла трикарбоновых кислот происходят внутри митохондриального матрикса. Часть Н. Генерирование и хранение энергии СН,— СОО ( НΠ— С вЂ” СОО + Н5-.Соя + Н+ ( сн,— соо- цнтрет Эта реакция, представляющая собою альдольную конденсацию с последующим гидролизом, катализируется цил»рал»-си»н глазой (первоначально именовавшейся конденсируюшим ферментом).

Оксалоацетат вначале конденсируется с ацетил-СоА, образуя цил»рил-СоА, который затем гидролизуется на цитрат и СоА. Гидролиз цитрил-СоА приводит к тому, что суммарная реакция оказывается сдвинутой в направлении синтеза цитрата. 13.4. Цитрат изомеризуется в нзоцитрат Для того чтобы стало возможным окислительное декарбоксилирование шестиуглеродного соединения, цитрат должен быть изомеризован в изоцитрат. Изомеризацня нитрата осуществляется путем дегидра»нации с последующей гидра»нацией.

В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН. Фермент, катализирующий обе реакции, назван акоиин»азой, поскодьку предполагаемый промежуточный продукт представляет собою цис-аконин»ал». Общая схема цикла трикарбо- новых кислот. соон — с — он ООС вЂ” С вЂ” Н ! сн, ! соо- соо- Н вЂ” С вЂ” Н -ООС вЂ” С вЂ” ОН ! сн, соо- Цитрат Ивоцитрвт Соо- СН Н вЂ” С вЂ” СОО ! Н вЂ” С Он ! СОО Окевпооукцинвт Иввцитрат 51 Соон — с но 2 -~— -оос — с сн, сооцнв.акоиитвт 13.5.

Изоцнтрат окнсляется и декарбокся- лируетси в альфа-оксоглутарат Мы подошли теперь к первой из четырех окислнтельно-восстановительных реакций цикла трикарбоновых кислот. Окислитель- ное декарбоксилирование изоцитрата ката- лизируется изоцитрапт-дегидрогеназой: Изоцнтрат + ХАП а-Оксоглутарат + + СО + АРАОН. Промежуточный продукт этой реакции-оксалосукцинат, который быстро теряет СОт при связывании с ферментом и образовании а-оксоглутарата. СОО »о. Жййй + и СН, ! Н вЂ” С вЂ” СОО С СОО Скорость образования а-оксоглутарата играет важную роль в регуляции обшей скорости цикла, что мы рассмотрим позднее (разд. 1338). Следует также отметить, что имеются два вида изоцитрат-дегидрогеназ: одна зависимая от ХАП", вторая-от никотннамиддинуклсотидфосфатл (НАПР ), )ь)АП'-эависимзай фермент, локализованный в митохондрнях, имеет важное значение для цикла трикарбоновых кислот, КАОР -зависимый фермент, присутствующий и в мнтохондриях, и в цитоплазме, играет иную метаболнческую роль.

13.6. При окислителыюм декарбоксилирова- мм альфа-оксоглутарата образуется сукцииял-СоА За превращением изоцитрата в а-оксоглу- тарат следует вторая реакция окислитель- ного декарбоксилирования — образование сукцинил-СоА из а-оксоглутарата: а-Оксоглутарат + ХАП+ + СоА — Сукцинил-СоА + СО, + АРАОН. Реакция катализнруется а-оксаглуптарапь дегидрогеназным комплексом, организованным ансамблем, состоящим из трех видов ферментов. Механизм этой реакции очень сходен с механизмом превращения пирувати в ацвтил-СоА. В обоих случаях используются одни и те же кофакторы: ХА)3, СоА, тиамннпирофосфат, лнпоамид и ГАП.

Пируват-дет идрогеназный комплекс н а-оксоглутарат-дегидрогеназный комплекс имеют в действительности СОО ! и со, СН ! — — Н вЂ” С вЂ” Н с О СОО а- Оквотвутарвт ряд общих структурных особенностей (разд. 13.11). 13.7. Генерироваяие высокоэнергетической фосфатной связи из сукцинилкофермеита А В сукцинильном тиоэфире СоА имеется связь, богатая энергией.

6' для гидролиза сукцнннл-СоА около — 8 ккал/моль, что СОО СН ! СОО 2 СН сн С=О сн Я вЂ” СоА СОО Сукин нив Сва Сувципвт 13. Цикл трикарбоновых кислот сооно — с — н н — с — н ! соо- соосн, сн, ! сооСукцнивт Рис. 13.4. соо- соо- нло' ь и соо- Мвявт Окевяевцвгаг три- стадию цикла трикарбоновых кислот су- (рис. 13.4). Сукцинат превращается в оксалоацетат в три этапа: окисление, присоединение молекулы воды (гидратация) и вторая реакция окисления. Таким образом, при каждом обороте цикла происходит регенерирование одной молекулы оксалоацетата и одновременно улавливание энергии в форме ГАРН и АРАОН.

Сукцинат окисляется в фумарат сукцинат-дегидрогеназой. Акцептором водорода в этой реакции служит ГАО, а не ХА(У, который используется в трех других окислительных реакциях цикла. Роль акцептора водорода в этой реакции выполняет ГАО, потому что изменение свободной энергии оказывается недостаточным для восстановления ХА(У+.