Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Ацетильные группы находятся в составе ацетнл-СоА (СН,— — СО-Б — СоА, активного ацетата), тиоэфира кофермента А. В состав СоА входит внтамин— пантотеновая кислота. БИОМЕДИЦИНСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Главная функция цикла лимонной кислоты состоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков, поскольку в ходе метаболизма глюкоза, жирные кислоты и аминокислоты превращаются либо в ацетил-СоА, либо в промежуточные соединения рассматриваемо- КАТАБОЛИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЦИКЛА лимонной кислоты Цикл начинается с взаимодействия молекулы ацетнл-СоА с четырехуглеродной дикарбоновой кислотой — щавелевоуксусной (оксалоацетатом), в результате образуется шестиуглеродная трикавбоновая кислота, называемая лимонной.
Далее следует серия реакций, в ходе которых происходит высвобождение двух молекул СО, и регенерация оксалоацетата (рис. 17.1). Поскольку количество оксалоацетата, необходимое для превращения большого числа ацетнльных единиц в СО„весьма невелико, можно считать, что оксалоацетат выполняет каталитическую роль. Цикл лимонной кислоты является механизмом, обеспечивающим улавливание большей части свободной энергии, освобождаемой в процессе окисления у) леводов„липидов и белков.
В процессе окисления ацетил-СоА благодаря активности ряда специфических дегидрогеназ происходит образование восстановительных эквивалентов в форме водорода или электронов. Последние поступают в дыхательную цепь; прн функционировании этой цепи происходит окнслительное фосфорнлнрование, т.е.
синтезируется АТР (рис. 17.2; см. также гл. 13), Ацетил-СоА )С1) Оксалоацетат )С.) Цитрат (Са) Ряс. 17Л. Цикл лнмонной кислоты; рисунок иллюстрирует каталитический роль оксалоацетата. Цикл лимонной кисло<им; катоб«лизм аце<пи.<-СоА Белки <"<ипияь< Е:::::Л Ацетил.Со А (С21 Ю Оксапоацатат икл лимонной КИСЛОТЫ 1се1 н о Н2 Иаоцитрат 2Н Фумарат 2 а.Катогпутарат (Се) В1Аа со, цниат Сукцинип-СоА 1С,1 2Н Окиси итапьноа фоеФорипированив с:==:-',~>- лыхаткпьиая цепь ФП вЂ” Ч'левон ротеин Цит — Цитвхром "го -®- Вь<сснаэиергетический <рассрат Рис.
$7.2. Цикл лимонной кислоты — главный катаболический путь ацстил-СоА у аэробных организмов. АцетилСоА — продукт катаболизма углеводов, белков и липидов вступает в цикл вместе с Н,О и окисляется до СО,, посгавляя восстановительные эквиваленты (2Н), Последующее окисление 2Н в дыхательной цепи йроисхолит в условиях сопрях<ения с фосфорилнрованием А1ЭР. За один оборот цикла 11 связей Де образуется путем окислительного фосфорилирования и одна связь ® образуется на субстратном уровне при превращении сукцинил-СоА в сукцинат. <',з — дыхательная цепь, <рП вЂ” флавопротеин, Цит — цитохром, - Ол — высокоэнергетический фосфат.
174 Глава 17 Ферменты цикла лимонной кислоты локализованы в митохоидриальиом матриксе, где они находятся либо в свободном состоянии, либо на внутренней поверхности внутренней митохондриальной мембраны; в последнем случае облегчается перенос восстановительных эквивалентов иа ферменты дыхателыюй цепи, локализованные во внутренней митохондриальной мембране. РЕАКЦИИ ЦИКЛА ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ (рис. 17.3)' Начальная реакция — конденсация ацетил-СоА и оксалоацетата, приводящая к образованию цитрата, катализируется конденсирующим ферментом, цитратсиитазой, при этом происходит образование связи углерод-углерод между метильным 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 направо до ее завершения: Ацетил-СоА + Оксалоацетат + Н,Π— Цитрат + СоА.БН Превращение цитрата в изоцитрат катализируется акоиитазой (аконитаттидратазой), содержащей железо в Ре"-состоянии.
Эта реакция осуществляется в две стадии: сначала происходит дегидратация с образованием иис-аконитата (часть его остается в комплексе с ферментом), а затем — гидратация и образование изоцитрата: НитРат цис-Аконнтат Изоцитрвт (в комплексе с ферментом) 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, меченных изотопом "С, показывают, что аконитаза взаимодействует с цитратом асимметрично: она всегда действует на ту часть молекулы цитрата, которая образовалась из оксалоаце- ' Согласно рекомендациям, принятым Комитетом редакторов биохимических журналов (1975 г.), окончание а>и (например, пальмитвт) обозначает смесь свободной кислоты и ее иоиизированиой формы (при рассматриваемом рН) без указания природы присутствующих катионов. Это положение принято в тексте для всех кврбоиовых кислот.
тата. Это сначала было трудно объяснить, так как лимонная кислота является внешне симметричным соединением. Однако положение в пространстве двух групп — СН,СООН лимоннои кислоты относительно групп — ОН и — СООН неидентично. Об асимметричном действии а кон итазы свидетельствует «судьба» меченого ацетил-СоА (т.е. положение атомов '4С) в интермедиатах цикла лимонной кислоты (рис.
17.3). Возможно, что цис-аконитат не является обязательным интермедиатом между цитратом и изоцитратом и образуется на боковой ветви основного пути. Далее изоцитратдегидрогеиаза катализирует дегидрогенирование с образованием оксалосукцината. Описаны три различных формы изоцитратдегидрогеназы. Одна из них, НАР'-зависимая, найдена только в митохондриях. Две другие формы фермента являются КАОР+-зависимыми, причем одна из них также находится в митохондриях, а другая в цитозоле. Окисление изоцитрата, связанное с работой дыхательной цепи, осуществляется почти исключительно 1ЧА1:1+-зависимым ферментом: Изопитрат + ХАР+ Оксалосукцинат (в комплексе с ферментом) + а-Кетоглутарат + СО, + ХАЕН + Н+.
Далее следует декарбоксилирование с образованием а-кетоглутарата, которое также катализируется изоцитратдегидрогеназой. Важным компонентом реакции декарбоксилирования являются ионы Мп'+ (или, Мя2+). Судя по имеющимся данным, оксалосукцинат, образующийся на промежуточной стадии реакции, остается в комплексе с ферментом. а-Кетоглутарат в свою очередь подвергается окислительиому декарбоксилироваиию„сходному с окислительным декарбоксилированием пирувата (см. рис. 13.5): в обоих случаях субстратом является а-кетокислота. Реакция катал изируется а-кетоглутаратдегидрогеиазным комплексом и требует участия того же набора кофакторов — тиаминдифосфата, липоата, 1ЧАО', ГА1) и СоА; в результате образуется сукцинил-СоА — тиоэфир, содержащий высокоэнергетическую связь.
а-Кетоглутарат + ИАР+ + СоА.ЯН - СукцинилСоА + СО, + АРАОН + Н'. Равновесие реакции настолько сильно сдвинуто в сторону образования сукцинил-СоА, что ее можно считать физиологически однонаправленной. Как и при окислении пирувата (см. с. 186), реакция ингибируется арсенатом, что приводит к накоплению субстрата (а-кетоглутарата). Продолжением цикла является превращение сукцинил-СоА в сукцинат, катализируемое сукцииаттиокиназой (сукцииил-СоА-сиитетазой): Сукцинил-СоА + Р, + ООР -- Сукцинат + ОТР + СоА.БН !75 Цикл лимонной кислоты: катаболизм ааитил-СоА о 1! с — соо! СН вЂ” СОО н Океааоацатат 2 но — с — сооСНз — СОО Ццтра 1 -Манат Фторацата 20 с — соо!! сн — сооЦис аконитат сн-соо! но-сн соо- с тио Рис. 17.3. Цикл лимонной кислоты (цикл Кребса).
Окисление ХАЕН и РАВН, в дыхательной цепи сопровождается геиерированием АТР путем окнслительного фосфорилнрования. Чтобы проследить судьбу ацетил-СоА в ходе цикла, карбокснльный углерод двухуглеродного ацетильного радикала помечен звездочкой, а метильный углерод — точкой. Два атома углерода, которые уходят в виде СО за один оборот цикла. принадлежат не молекуле ацетил;СоА, только что вступившей в цикл, а той части молекулы цнтрата, которая образовалась из оксалоацетата. Однако по завершении одного оборота меченые атомы углерода оказываются в регенерируемом оксалоацетате и далее, в ходе второго оборота цикла, попадают в СО,. Сукцннат является симметричным соединением, и две его карбоксильные группы для сукцинатдегндрогеназы неразличимы, поэтому на данной стадии происходит «рандомизацня» (случайное распределение). метки.
н после одного цикла все четыре атома углерода молекулы оксалоацетата оказываются мечеными. В процессе глюконогенеза часть метки из оксалоацетата включается в глюкозу и в гликоген (см. рнс. 20.1). Обсуждение стереохнмических аспектов цикла лимонной кислоты приведено в обзоре Гревилля ((Згет(йе, 1968). На рисунке показаны также места ингибнрования цикла (О) фторацетатом, малонатом и арсенатом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
