62. Цикл Кребса. Механизмы регуляции цикла.
В начале цикла трикарбоновых кислот ацетил-кофермент А (ацетил-КоА) отдаёт свою ацетильную группу четырёхуглеродному соединению — оксалоацетату(щавелевоуксусной кислоте), при этом образуется шестиуглеродный цитрат (лимонная кислота). Ацетил-КоА является продуктом окисления таких соединений, как глюкоза, аминокислоты и жирные кислоты [6] . Цитрат затем изомеризуется в изоцитрат (изолимонную кислоту), который далее дегидрируется и декарбоксилируется до пятиуглеродной кислоты — α-кетоглутарата. α-Кетоглутарат вновь декарбоксилируется, превращаясь в четырёхуглеродный сукцинат (янтарная кислота). Сукцинат затем в три этапа ферментативно превращается в четырёхуглеродный оксалоацетат, который готов прореагировать с новой молекулой ацетил-КоА. В каждый оборот цикла одна ацетильная группа (то есть два атома углерода) приходит в цикл в виде ацетил-КоА, и два же атома углерода покидают цикл в виде двух молекул CO2; одна молекула оксалоацетата используется для образования цитрата, и одна же впоследствии регенерируется. Оксалоацетат не покидает цикл, и одна молекула оксалоацетата теоретически может связывать неограниченное количество ацетильных групп и, на самом деле, оксалоацетат присутствует в клетках в очень низких концентрациях. Четыре из восьми стадий цикла представляют собой окислительные процессы, выделяющаяся при этих процессах энергия окисления эффективно запасается в виде восстановленных коферментов НАДН и ФАДH2 [5] .
Дальнейшее использование образующегося из пирувата ацетил-СоА зависит от энергетического состояния клетки. При малой энергетической потребности клетки дыхательным контролем тормозится работа дыхательной цепи, а следовательно, реакций ЦТК и образования интермедиатов цикла, в том числе оксалоацетата, вовлекающего ацетил-СоА в цикл Кребса. Это приводит к большему использованию ацетил-СоА в синтетических процессах, которые также потребляют энергию.
Особенностью регуляции ЦТК является зависимость всех четырех дегидрогеназ цикла (изоцитратдегидрогеназы, а-кетоглутаратдегидрогеназы, сукцинатдегидрогеназы, малатдегидрогеназы) от отношения [NADH]/[NAD + ]. Активность цитратсинтазы тормозится высокой концентрацией АТР и собственным продуктом — цитратом. Изоцитратдегидрогеназа ингибируется NADH и активируется цитратом. а-Кето-глутаратдегидрогеназа подавляется продуктом реакции — сукцинил-СоА и активируется аденилатами. Окисление сукцината сукцинатдегидрогеназой тормозится оксалоацетатом и ускоряется АТР, ADP и восстановленным убихиноном (QH2). Наконец, малатдегидрогеназа ингибируется оксалоацетатом и у ряда объектов — высоким уровнем АТР. Однако степень участия величины энергетического заряда, или уровня адениновых нуклеотидов, в регуляции активности цикла Кребса у растений до конца не выяснена.
Регулирующую роль может играть также альтернативный путь транспорта электронов в растительных митохондриях. В условиях высокого содержания АТР, когда активность основной дыхательной цепи снижена, окисление субстратов через альтернативную оксидазу (без образования АТР) продолжается, что поддерживает на низком уровне отношение NADH/NAD+ и снижает уровень АТР. Все это позволяет циклу Кребса функционировать.
Источник
Цикл трикарбоновых кислот
Цикл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты, цитратный цикл), серия последовательных ферментативных превращений три- и дикарбоновых кислот и их производных, протекающих в клетках аэробных организмов (у прокариот в цитоплазме , у эукариот в матриксе митохондрий ).
Цикл трикарбоновых кислот – общий конечный этап окисления до углекислого газа (СО2) и воды (Н2О) углеводов (преимущественно глюкозы ), жиров ( жирных кислот ) и белков ( аминокислот ), т. к. в ходе их распада образуется ряд метаболитов (в том числе пировиноградная , щавелевоуксусная и α-кетоглутаровая кислоты, сукцинил-КоА, ацетил-КоА ), которые включаются в цикл, где и происходит их последующее окисление.
Цикл трикарбоновых кислот – основной процесс, обеспечивающий снабжение клеток энергией в аэробных условиях и поставляющий различные промежуточные продукты для многочисленных биосинтетических реакций . Открыт Х. А. Кребсом и американским биохимиком У. А. Джонсоном в 1937 г.
Цикл трикарбоновых кислот начинается с образования лимонной кислоты при конденсации ацетильной группы ацетил-КоА и щавелевоуксусной кислоты. Лимонная кислота превращается в цис-аконитовую и далее в изолимонную кислоту, в ходе окислительного декарбоксилирования которой происходит восстановление НАД (до НАДН) и образование α-кетоглутаровой кислоты.
Последующее окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты сопровождается восстановлением НАД и образованием макроэргического соединения сукцинил-КоА; его превращение в реакции субстратного фосфорилирования приводит к синтезу из гуанозиндифосфата (ГДФ) при участии неорганического фосфата (Фн) гуанозинтрифосфата (ГТФ) и образованию янтарной кислоты . Последняя в реакции дегидрирования при участии ФАД-зависимого фермента сукцинатдегидрогеназы превращается в фумаровую кислоту ( ФАД восстанавливается до ФАДН2), из которой затем образуется яблочная кислота .
На заключительном этапе в результате дегидрирования яблочной кислоты происходит восстановление ещё одной молекулы НАД и образование щавелевоуксусной кислоты, которая вновь конденсируется с ацетильной группой молекулы ацетил-КоА. Уравнение суммарной реакции полного оборота цикла трикарбоновых кислот выглядит так:
Ацетил-КоА+3НАД+ФАД+ГДФ+Фн→2СО2+3НАДН+ФАДН2+ГТФ.
Образующаяся в ходе реакций цикла трикарбоновых кислот энергия аккумулируется в форме восстановительных эквивалентов НАДН и молекулы ФАДН2 и далее используется митохондриальной цепью переносчиков электронов в дыхательные цепи , где и происходит синтез АТФ .
Поскольку промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот могут вовлекаться клетками в синтез других веществ, например глюкозы, аминокислот, жирных кислот, кетоновых тел , стероидов , порфиринов и др., их восполнение, необходимое для нормального функционирования цикла трикарбоновых кислот, осуществляют т. н. анаплеротические реакции , которые обеспечивают сопряжённый с гидролизом АТФ синтез щавелевоуксусной и/или яблочной кислот из пировиноградной кислоты и CO2.
Ацетил-КоА, вступающий в цикл трикарбоновых кислот, образуется при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты, в реакциях β-окисления жирных кислот и др. Другие промежуточные продукты, образующиеся в многочисленных реакциях обмена (например, α-кетоглутаровая кислота из глутаминовой кислоты ), могут вступать в цикл трикарбоновых кислот на более поздних этапах, и в их превращении участвуют не все ферменты, поэтому возможно функционирование неполного цикла. У высших растений и некоторых микроорганизмов , использующих уксусную кислоту в качестве единственного источника углерода , цикл трикарбоновых кислот видоизменён в глиоксилатный цикл .
Медведев Алексей Евгеньевич . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2016.
Источник