Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_1 (1123309), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Как только пируват (или другой потенциальный источник ацетил-СоЛ) поступает внутрь матрнкса митохондрии, весь цикл протекает внутри этого отсека. Относительно немногие субстраты пь метАБОлизм могут пересекать внутреннюю мембрану митохондрии благодаря простой диффузии. Липидный бислой и связанные с ним белки представляют собой эффективный барьер для большинства органических соединений и для ионов. Вход внутрь матрикса митохондрии или выход из него совершается либо посредством облезченного обмана на специфическом белке, который служит в качестве носителя (раэд. 11.3.2), либо посредством активного транспорта (равд.
11.3.2). Пока еще нет достаточно подробного представления о том, каким образом группа переносчиков во внутренней мембране сообща поддерживает на соответствующих уровнях концентрапин различных субстратов цикла лимонной кислоты в митохондрпальном матрнксе. Но очевидно, что эти устройства эффективны и, например, нс допускают избыточного внутримнтохондрпального накопления пирувата или цитрата, когда эти вещества не окисляются, илп не препятствуют входу малата извне, если он требуется для поддержания работы цикла, На рнс. 12.6 показаны основные механизмы регуляторного контроля цикла.
В некоторых участках стимуляция или ингибнрованпе определяется относительными концентрациями [ХАРН1/[г)АР'1, [АТР)/[АВР1 или [АМР1, [ацетил-СОА1/[СОА1 или [сукцинил-СОА]/[СОА). Когда этн отношения высоки, клетка достаточно обеспечена энергией и поток через цикл замедлен; когда же онн низки, клетка испытывает потребность в энергии, и поток через цикл ускоряется. Как необратил1ал реакция, соединяющая метаболизм углеводов с циклом лимонной кислоты, пируватдегидрогеназная реакция должна хорошо контролироваться.
Это достигается двумя способами. Во-первых, фермент, который активируется несколькими интермсдпатамн глнколиза, конкурентно ингибируется своими собственнымн продуктами — АРАОН и ацетнл-СоА. При прочих равных условиях увеличение отношения [КАВН1/[ХА0'1 от 1 до 3 вызывает 90%-ное снижение скорости реакции, а увеличение отношения [ацетнл-СОА1/[СОА) приводит к количественно подобному эффекту. Эффект проявляется мгновенно. Медленнее возникают, но дольше действу|от эффекты другого регуляторного устройства.
С сердцевиной каждой «молекулы» дигидролипоилтрансацетилазы связано около пяти молекул киназы ппруватоегидрогеназы, которая за счет АТР катализнрует фосфорилированне серинового остатка в а-цепи пируватдегндрогеназного компонента. Ъудучи фосфорнлнрован, фермент не способен декарбоксилнровать пируват. Л для связывания тиаминпирофосфата возрастает в несколько раз, начиная от 50 нмоль/л, и добавленный оксиэтнлтиаминпнрофосфат не может отдать свой Сз-фрагмент остатку липоевой кислоты. Кпназа, как и сама дегидрогеназа, чувствительна и к [й)АРНЯМАР+1, и к [ацетил-СОА1/[СОА1, но в этом случае ХАЕН н ацетнл-СоА высту. лают как стимуляторы киназы; то же относится н к АТР.
Вместе 1В. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ, 1 хррунплппахфОСФзхп лирупат алаацапаа 1чАВН ЛТР + И-нсапглу3пврпа х — — — — 1 — — -1 1 х + сунцинил-СоА —.1-— сунцинвпх Х Фнмарахл иалва $ пнсалпацпналп — — 1 Рис. 12.6. Некоторые аспекты саморегутяции цикла лкнонноа кислоты; 1 — сти- муляция; 2 — нигнбирование. с тем с трансацетилазой связано несколько молекул Саа"-Мпс"-зависимой фосфатазы, действие которой восстанавливает активность пируватдегпдрогеназы. Когда происходит окисление жирных кислот, пцруватдсгидрогеназа заметно ингибируется. По-видимому, это явление объясняется сопутствующими процессу окисления высокими концентрациями АТ11, ацетпл-СоА и 111АОН.
Большинство тканей содержит избыток пируватдегидрогепазы, так что после приема корма в печени, а также в мышце и в жировой ткани у животных в состояини покоя лишь 40, 15 и 10% ппруватдегидрогеиазы соотвстствриоо на- 4!б ш. мвтлволизм ходится в активной, иефосфорнлированной форме. Когда возрастает потребность в АТР, концентрации 1чАВ+, СоА и АВР возрастают за счет использования й1ЛВН, ацетил-СоЛ и АТР, а кнназа ннактивнруется. Однако фосфатаза продолжает функпионировать, вновь активируя дегндрогеназу. Повышение [Са'+~ может активировать митохондриальную фосфатазу, уменьшая даже в 20 раз эффективную К по фосфорилированному ферменту, выступающему в качестве субстрата для фосфатазы. Синтез нитрата — стадия, лимитирующая скорость цикла лимонной кислоты.
До некоторой степени регуляция на этой стадии совершается благодаря небольшому, но достаточно значимому нигибированию цитрат-синтазы посредством о1АВН и сукциинл-СоЛ, одновременное связывание которых с ферментом вызывает повышение К зцетнл-СоА. Но основное влияние на скорость синтеза цитрата оказывает поступление субстрата. Если запас ЛТР по,полняется, то связанное с этим увеличение [ХЛВЩ([МАВ+] автоматически вызывает повышение отношения [малат~/[оксалоацетат1, сильно уменьшая подачу того субстрата, который в любом случае должен возвращаться из более ранних стадий цикла. так как цикл «протекает». только если НА0+ и АВР легко доступны.
Активность изоцитратдегидрагеназы регулируется в зависимости от концентраций Мд'+, изоцнтрата, ЫЛВ+, ФАВН и АМР. Кроме субстратсвязывающих центров для ХЛВ+, изоцитрата и Мй'" фермент имеет еще и положительные, и отрицательные эффекторные участки. Изоцитрат — положительный эффектор", его связывание кооперативно, т. е. связывание на каком-либо одном участке облегчает связывание на других. Оба участка связывания для АМР стимулируют активность фермента, Когда они заполнены, -сиязывание изоцитрата облегчается. В направлении уменьшения активности работают четыре участка, которые могут заполняться или ФАВН.
или АТР, повышая таким образом К для язоцитрата на субстратных центрах. Таким образом, ферментативиая активность определяется отношениями [ХЛВ+~ЯХАВН1 и [АМРЯАТР1. АМР— положительный эффектор комплекса а-кетоглутаратдегидрогспазы, который в этом отношении напоминает изоцитратдегидрогеназу.
Связывание ЛМР уменьшает К для а-кетоглутарата в 1О раз. В области физиологических концентраций и сукцннил-СоА, и ФАВН обладают ингибирующим действием, причем концентрация сукцянил-СоЛ, по-видимому, главный фактор, управляющий скоростью процесса. Сукцииатдегидрогеназа напоминает изоцитратдегидрогеиазу в том отношении, что субстрат(сукцинат) "выполняет функцию положительного аллостерического эффектора. Оксалоацетат — мощный иигибнтор, однако неясно, действует ли этот контроль в нормальных условиях.
!з Биологгиеское окисление 1 417 12.3. Структура митохондрии Превращения глюкозы в результате завершения цикла лимонной кислоты можно представить следукцппм образом: глюкоза,' 10ЫЛО++. 2ГЛ0 — ~ 6СО -,' 10ХЛОН+ 2ГЛГЗН )АТР, получающаяся при гликолизе (разд. !4.4.3) и прп превращениях сукцинил-СоЛ, образующегося в цикле лимонной кислоты (разд. 12.2.2), в этом уравнении не принимается во внимание.] Реакции цикла лимонной кислоты каталнзируются ферментами, из которых все, кроме сукцинатдегидрогеназы, растворены в жидкости митохондриального матрикса.
Напротив, реакции, прн которых ХАРН и ГАРНз окисляются и большая часть сопряженно выделяющейся свободной энергии сохраняется в результате синтеза АТР, катализируются ферментами, которые либо являются частью митохондриальной внутренней мембраны, либо прочно прикреплены к ней. Поэтому ниже в общих чертах рассмотрена эта структура. Митохондрии, обнаруженные во всех клетках животных и растений, как правило, представляют собой тельца продолговатой формы размером 0,5ХЗ мкм. В живой клетке форма отдельных митохондрий может варьировать от нитей до палочек, петель и сфер.
В некоторых тканях митохондрии выстраиваются в клетках таким образом. чтобы облегчить доставку ЛТР к использующим энергию структурам. Так, например, они располагаются в ряд вдоль сократительных волокон мышечных клеток, сосредоточиваются в соответствии с направлением движения секрета в ацинарпых клетках поджелудочной железы или обволакивают своеобразной оболочкой (от середины до основания) структуры хвостов сперматозоидов. Число митохондрий варьирует в зависимости от размера и энергетических потребностей клетки. Так, в одной клетке спермы может содержаться 250, в клетке печени — от 500 до 2000, а в клетке гигантской амебы СЬаоз сйаоз — 500000 митохондрий.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
