Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 13
Текст из файла (страница 13)
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+. В реакциях такого типа функцию акцептора электронов почти всегда несет ГА(У. В молекуле сукцинат-дегидрогеназы изоаллоксазиновое кольцо ГА(л ковалентно связано с боковой цепью гистидина, входящего в состав фермента (Š— ГАВ).
сравнимо с этой величиной для АТР ( — 7,3 икал/моль). Расщепление тиоэфирной связи сукцинил-СоА сопряжено с фосфорилированием гуаиозиндифосфата (ОЛЭР)п: Сукцинил-СоА + Р, .+ + ООР Сукцинат + ОТР + СоА. Эта легкообратимая реакция (Лбе' = = — 0,8 ккал/моль) катализируется сукцинил-Сел — синтетазой. Фосфорильная группа гуанозинтрифосфата (ОТР) в ходе реакции, катализируемой нуклвозиддифосфокиназой, легко переносится на аденозиндифосфат (АОР) с образованием АТР, ОТР + АОР СОР + АТР.
Образование высокоэнергетической фосфатной связи из сукцинил-СоА представляет собою пример субстратного фосфорилирования. В самом деле, это единственная реакция цикла трикарбоновых кислот, непосредственно приводящая к образованию высокоэнергетической фосфатной связи. По контрасту с нею, в процессе фосфорилирования, связанного с дыхательной целью (называемого также окислительным фосфорилированивм), образование АТР сопряжено с окислением ХА(УН или ГА(УНг под действием О,. Мы уже встречались ранее с субстратным фосфорилированием при анализе двух реакций гликолиза: окисления глицеральдегнд-3-фосфата и превращения фосфоенолпирувата в пируват.
Окислительному фосфорилированию посвящена следующая глава. 13.8. Регенериронаиие оксалоацетата нри окислении сукцнната Реакции соединений, содержащих четыре атома углерода, составляют последнюю Н Н ! РАО +  — С вЂ” С вЂ” В' ! Н Н ' В мышечной ткани голубя с АОР;Прим. ред. Часть П. Генерирование 52 н хранение энергии ЕАОНг +  — С=С вЂ” Я' ! Н Н нунврвт Последняя стадия цикла карбоновых кислот: от кцината к оксалоацетату. Š— ГА(3 + Сукцинат Š— ГА(УНг + Фумарат. Молекула сукцинат-дегидрогеназы содержит кроме флавина четыре атома железа и четыре неорганических сульфида.
Гем в состав этого фермента не входит. Атомы железа связаны с неорганическими сульфидами. Белки такого типа известны как железосеронротеииы (Ге-Я-белки), или белки, содержащие негемовов железо. Железосеропротеины играют важную роль в электронтранспортных системах митохондрий и хлоропластов (разд, 14.4 и 19.9). Сукцинат-дегидрогеназа состоит из компонен- та 70 кДа, включающего ГАО и два кластера Геб-белков, и компонента 27 кДа, содержащего единичный кластер белков. Этот фермент в отличие от других ферментов цикла трикарбоновых кислот является интегральным белком внутренней мембраны митохондрий.
Сукцинат-дегидрогеназа непосредственно связана с цепью переноса электронов. ГА(ЗНз, образовавшийся при окислении сукцината, не отделяется от фермента (в противоположность )з(АВН). Два электрона ГА(ЗХз прямо переносятся на атомы Ге" фермента. Конечным акцептором этих электронов служит молекулярный кислород, что будет рассмотрено в гл. 14.
Следующий этап цикла — гидратацня фумарата с образованием ь-маната. Фумараза катализирует стереоспецифическое транс-присоединение Н и ОН, как было показано в исследованиях с использованием в качестве метки дейтерия. Поскольку ОН-группа присоединяется только с одной стороны двойной связи фумарата, образуется исключительно ь-изомер малата, Н, СОО С ООС н Н, О1 СОО- н С, ООС 00 В конце концов малат окисляется, образуя оксалоацетат. Эта реакция катализируется молот-дегидрогеяазой, и роль акцедтора электронов в ней опять выполняет )з)АВ '.
Малат + ХАЮ' Оксалоацетат + + )з)АОН + Н 13.9. Стехиометрии цикла трнкарбоновых Суммарная реакция никла трикарбоновых кислот имеет следующий внд: Ацетил-СоА + ЗИАД' + ГАВ + + ОВР + Р, + НзО -' 2СОз + ЗЯАВН + + ГАВНг + ОТР + 2Н + СоА. 13. Цикл трнкарбоновых кислот 53 Такая стехиометрия цикла трикарбоновых кислот (рис. 135 и табл. 13.1) обусловлена следующими реакциями. 1. Два атома углерода включаются в цикл при конденсации ацетильного компонента (из ацетил-СОА) с оксалоацетатом. Два углеродных атома покидают цикл в форме СО, в ходе последующих реакций декарбоксилирования, катализируемых изоцитрат-дегндрогеназой н и-оксоглутарат-дегидрогеназой.
Как будет вкратце обсуждаться ниже, атомы углерода, покидающие цикл, отличны от тех, которые в него включились, 2. Четыре пары атомов водорода покидают цикл в ходе четырех окислительных реакций. Две молекулы ХАЮ восстанавливаются в реакциях окислительного карбоксилирования изоцитрата и и-оксоглутарата, одна молекула ГАО восстанавливается прн окислении сукцинатв и одна молекула ХА(3 ' восстанавливается при окислении малага. 3. Одна высокоэнергетическая фосфатная связь (в форме СТР или АТР) генерируется из богатой энергией тиоэфирной связи сукцинил-СоА.
4. Потребляются лве молекулы воды: одна в синтезе цитрата при гидролизе цитрил-СоА, вторая — при гидратации фумарата. Заглядывая вперед, скажем, что ХА(зН н ГАЕ>Нз, образующиеся в цикле трикарбоновых кислот, окисляются в цепи переноса электронов (гл. 14). Генерирование АТР происходит прн транспорте электронов от этих переносчиков на О , их конечный акцептор.
На кажлую молекулу )з)АВН в митохондрии образуются три молекулы АТР, на каждую молекулу ГА(ЗНз — две молекулы АТР. Отметим, что только одна высокоэнергетическая фосфатная связь в расчете на один ацетильный ос~атак образуется непосредственно в цикле трикарбоновых кислот. Олиннадцать фосфатных связей, более богатых энергией, генерируются при окислении трех молекул ХАЕН и одной молекулы ГАРН, в цепи переноса электронов. Молекулярный кислород непосредственно не участвует в цикле трикарбоновых кислот. Однако цикл функционирует лишь в азробных условиях, поскольку ХАО " СООСН,— С— СН, СН, СОО- СН, л ! НΠ— С вЂ” СОО ! СОО- С-СООС=О 1 цнтрат НС СН, СОО- цно-аконнтат Окоааоацатат з~ НАОН 9 СОО СОО СН НΠ— С вЂ” Н 1 Н вЂ” С вЂ” СОО СН НΠ— С вЂ” Н СОО СОО Итоцнтрат ,1в Н,О 4 СО л НАОН СООСОО ! СН СН а НС СН СОО С=О Фуна рот СОО о Окоотаутарат СОО 7 АОН. С вЂ” 8 — СоА 5 СН СН СН7 СНт г сьь- СОО НАОН Сукцннат Сукцннна Соа Часть Н.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
