Биохимия 2 (1984) (1128710), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Комплекс теряет ферментативиую активность, когда специфический остаток серииа пируват-дегидрогеназного компонента фосфорилируется АТР. Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях АТРгА(гР, ацетил-СОАгСоА, )ЧАРН515(АВ' и ингибируется пируватом. Ферментный комплекс вновь активируется, если фосфорильная группа гидролизуется специфической фосфатазой. Дефосфорилироваиие усиливается при высоком содержании пирувата. Ковилентная людификация представляет собою ваисный механизм регуляции фермеитативнай активности. Мы вновь встретимся с регуляторной ролью реакций фосфорилирования и дефосфорилироваиия, когда будем рассматривать синтез и распад гликогеиа. 13.18, Регуляции цикла трииарбоиовых кислот Скорость функционирования цикла трикарбоновых кислот точно пригнана к потребности клеток в АТР.
Ваик55ай регулятарной реакцией цикла является синтез цитрап5а из оксалаацетата и ацетил-СаА. АТР— аллостерический ингибитор цитрат-синтазы. Его действие заключается в повышении К„лля апетил-СоА. Таким образом, с увеличением содержания АТР снижается насыщение фермента ацетил-СоА и в результате уменьшается образование цитрата. 13.
Цикл трикарбоиовых кислот 65 Пируввт Иигибирувтея Атр, Т. Вцвтия-Соя и МаРН Ацвтия.СоА т И »гиви руятея АТР Окевяовцвтвт Мвявт цнс-Аконитвт Фунврвт Иьоцитрвт Сукцинвт а-Океогяутврвт л~~~.г ,,Ъ~ Ингибирувтся Сукцииия- ь Рис. 13.16. Регуляция цикла трикарбоиовых кислот и окислительного декарбоксилирования пиру- вата: звездочкой в квадрате указаны стадии, на которых требуется акцептор электронов (Ь)А)3' или РАО), регенерируемый в дыхательной цепи. Вторая регуляторная реакция — это реакция, кагпализируемая изоцитрат-дггидрогеназой. Фермент аллостерически стимулируется АОР, который повышает его сродство к субстратам.
Между связыванием изоцитрата, ХАО", Мя~ и А)3Р существует взаимная кооперативность. В отличие от этого )ь)А)3Н ингибируег изоцитратдегидрогеназу путем прямого вьпеснения ХА!У+. Третьей регуляторнпй реакцией цикла трикарбоновых кислот является реакция, ката.тэируемая з-оксоглутаранг — дегидрогеназой. Регуляция на этом этапе в некоторых отношениях подобна регуляции на уровне пируват-дегидрогеназного комплекса, как и можно было ожидать, исходя из их структурной гомологпи. а-Оксоглутарат— дегидрог еназа ингибируется сукцинил-СОА и ХА)3Н, т.е. продуктами катализируемой Часть П.
Генерирование и хранение энергии ею реакции. Она ингибируется также высоким энергетическим зарядом. Коротко говоря, поступление двухуглеродных фрагментов в цикл трикарбоновьгх кислот и скорость цикла снижаются при высоком содержании АТР в клетке. Эта регуляция достигается участием ряда комплементарных механизмов на различных стадиях цикла (рис. 13.1б). !3.19. Открытие цикла Кребсом «Меня часто спрашивали, как возникло и развивалось исследование цикла трикарбоновых кислот.
Была ли эта концепция результатом внезапного вдохновения и предвидения?» «Ничего подобного,— отвечает Ганс Кребс (Напк КгеЬз),— это был очень медленный эволюционный процесс, развивавшийся в течение пяти лет начиная с 1932 г, (когда я включился в зту работу)...» Кребс вначале изучал скорость окисления различных соединений, используя срезы почек и печени. Он выбирал вещества, представлявшие собою возможные промежуточные продукты при окислении пищевых веществ. Кребс предполагал, что такие вещества булут быстро окисляться, а следовательно, их легко будет идентифипировать. Были получены важные данные: цитрат, сукцинат, фумарат н ацетат очень быс~ро окислялись в различных тканях. Существенный вклад в изучение этой проблемы внес Альберт Сент-Дьердьи (А!Ьегг бхепг-Оуогйу)) в 1935 г.
Он исследовал окисление различных веществ, используя суспензии измельченной грудной мышцы ~олубя. Эта очень активная летательная мышца обладает исключительно высокой скоростью окислнтельных процессов, что ускоряло ход эксперимента. Сент-Дьердьи обнаружил, что добавление некоторых Сд-дикарбоновых кислот повышало потребление О, в гораздо большей степени, чем это требовалось для их прямого окисления. Иными словами, они каталитически (а не стехиометрически) увеличивали потребление Ог. Такая каталитическая стимуляция дыхания наблюдалась в присутствии сукцината, фумарата и малата.
Следующим шагом вперед явилась расшифровка биологического пути окисления цнтрата Карлом Мартиусом и Францем Кноопом (Саг1 Маггшв, Ргапг Кпоор) в 1937 г. Они показали, что цитрат изомеризуется в изоцитрат через цис-аконитат и что изоцитрат подвергается окислительному де- карбоксилированию в а-оксоглутарат. Возможность окисления и-оксоглутара ~ а в сукцинат тогда уже была известна, и, итким образом, это открытие позволило успвновить путь от циврата до сукцинати. Оно подоспело в нужный момент, так как теперь Кребс смог объяснить свое недавнее наблнь дение, что цитрат каталитически усиливие<п дыхание измельченной грудной мышцы голубя.
СОО СН СН ( СОО стачнпат СОО СН СОО" Наявнат Дополнительная важная информация была получена в результате использования малоиата, специфического ингибитора сукципат-дегидрогепазы. Малонат является конкурентным ингибитором этого фермента,поскольку он структурно очень близок сукцинагу. К этому времени было известно, что малинов служит дыхательпы.и ядом. Кребс пришел к выводу, что сукцннат-дегидрогеназа может, таким образом, играть ключевую роль в дыхании. В пользу этого предположения говорил тот факт, что при добавлении нитрата к мышце, отравленной малонатом, в ней накапливается сукцинат. Более того, накопление сукципата в такой мышце происходило также при добавлении фумарата. Первый из этих экспериментов указывает на физиологическую значимость пути от цитрата до сукцината.
Второй эксперимент раскрывает существование пути от фумарата до сукциназа, отличающегося от реакции, катализирусмой сукцинат-дегидрогеназой. Кребс установил далее, что цитрат быстро образуется в мышечной суспснзии при добавлении оксалоацстата. Открьппие сипвези цитрата из ок<алоацетита позволило Кребсу построить полнуя< схему процесса. Постулированный им цикл трикарбоновых кислот сразу создал ясную картину окисления углеводов. В этой картине нашли свое точное место многие экспериментальные факты — такие, например, как каталитическое усиление дыхания сукцинатом и другими промежуточными подуктами.
Примечательно,что цикл трикарбоновых кислот-не единственный и не первый метаболический цикл, раскрытый Кребсом. Шестью годами ранее он показал, что мочевина превращается по циклическому метаболическому пути, названному орнитиновым циклом (гл. 18). Таким образом, концепция циклического метаболического пути уже была полностью осознана Кребсом, когда он анализировал данные и определял ход экспериментов, которые привели к предложенному им циклу трикарбоновых кислот. Заключение Цикл трикарбоновых кислот представляет собою конечный общий путь лля окисления топливных молекул.
Он служит также источником строительных блоков для процессов биосинтеза. Большинство топливных молекул вступают в цикл в виде ацетил- СоА. Окислителы<ос декарбоксилирование пирувата, приводящее к образованию ацетил-СоА, является связующим звеном между гликолизом и циклом трикарбоновых кисло~. Эта реакция и все реакции никла протекают в митохонлриях в отличие от гликолиза, который происходит в цитозоле. Цикл начинается с конденсации оксалоацетата (С ) и ацетил-СоА (Сз ) с образованием цитрата (С ), который нзомеризуется в нзоцитрат (Св ). Окислительное декарбоксилирование изоцитрата дает о-оксоглутарат (С, ).
Вторая молекула СО, выделяется в следующей реакции, в которой о-оксоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию в сукцинил-СоА (С, ). Тиоэфирная связь сукцинил-СоА в присутствии Р, расщепляется с образованием сукцината и одновременным генерированием высокоэнергетической фосфатной связи в форме ОТР или АТР. Сукцинат окисляется в фумарат (Сл), который за~ем гидратируется в малат (С„]. Наконец, малат окисляется, приводя к регенерированию оксалоацстата (С,). Таким образом.
два атома углерода гзоступают в цикл в вндс апетил- СоА и два атома углерода покидают пикл в виде СОг при последовательных реакциях декарбоксилнрования„каталнзнруемых 13. Цикл трнкарбоновых кислот 67 нзоцитрат-дегидрогеназой и и-оксоглутарат- — дегилрогеназой. В четырех окислительно-восстановительных реакциях цикла три пары электронов переносятся на ХАР и олна пара — на РАР. Эти восстановленные переносчики электронов окисляются затем в цепи переноса электронов, что сопровождается генерированием одиннадцати молекул АТР. Кроме того, одна высокоэнергетическая фосфатная связь образуется непосредственно в цикле трикарбоновых кислот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
