Е. Бессолицына - Биохимия метаболизма. Учебное пособие

Все последующие реакции относятся ко второму этапу цикла – регенерации оксалоацетата.

Продолжением цикла является превращение сукцинил-СоА в сукцинат, катализируемое сукцинаттиокиназой (сукцинил-СоА-синтетазой).Одним из субстратов реакций является ГДФ (или ИДФ), из которого в присутствии неорганического фосфата образуется ГТФ (ИТФ). Это – единственная стадия цикла лимонной кислоты, в ходе которой генерируется высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне; при окислительном декарбоксилировании α-кетоглутарата потенциальное количество свободной энергии достаточно для образования NADH и высокоэнергетической фосфатной связи. В реакции, катализируемой фосфокиназой, АТФ может образовываться как из ГТФ, так и из ИТФ.

Сукцинаттиокиназа – фермент, располагающийся в печени. В альтернативной реакции протекающей во всех других тканях кроме печени и катализируемой сукцинилСоА-ацетоацетат-СоА-трансферазой(тиофоразой), сукцинил-СоА превращается в сукцинат сопряженно с превращением ацетоацетата в ацетоацетил-СоА. В данной реакции нуклеозидтрифосфаты не образуются, но эта реакция используется для активации ацето-ацетата, что важно для обмена липидов, который будет подробно рассмотрен ниже.

Далее сукцинат дегидрогенируется с образованием фумарата. Дегидрогенирование катализируется сукцинатдегидрогеназой, связанной с внутренней поверхностью внутренней митохондриальной мембраны. Это единственная дегидрогеназная реакция цикла лимонной кислоты, в ходе которой осуществляется прямой перенос водорода с субстрата на флавопротеин без участия NAD +. Фермент содержит FAD +и железо-серный (Fe-S) белок. В рзультате окисления сукцината до фумарата образуется FADH 2. Добавление малоната или оксалоацетата ингибирует сукцинатдегидрогеназу, что приводит к накоплению сукцината.

Фумараза (фумаратгидратаза)катализирует присоединение воды к фумарату с образованием малата. Фумараза специфична к L-изомеру малата, она катализирует присоединение компонентов молекулы воды по двойной связи фумарата в транc-конфигурации. Образовавшийся малат окисляется с образованием оксалоацетата, в результате происходит замыкание цикла трикарбоновых кислот.

Реакцию окисления малата осуществляет малатдегидрогеназа. Малатдегидрогеназа катализирует превращение малата в оксалоацетат, реакция идет с участием NAD +. Хотя равновесие этой реакции сильно сдвинуто в направлении малата, реально она протекает в направлении оксалоацетата, поскольку он вместе с NADH постоянно потребляется в других реакциях.

Ферменты цикла лимонной кислоты, за исключением α-кетоглутарат и сукцинатдегидрогеназы, обнаруживаются и вне митохондрий. Однако некоторые из этих ферментов (например, малатдегидрогеназа) отличаются от соответствующих митохондриальных ферментов.

Таким образом, два атома углерода поступают в цикл в виде ацетил-СоА и два атома углерода покидают цикл в виде СО 2при последовательных реакциях декарбоксилирования.

Суммарная реакция цикла трикарбоновых кислот:

Ac-СoA+3NAD ++FAD ++ГДФ →2CO 2+3NADH+FADH 2+ГТФ

Суммарная реакция полного окисления глюкозы до CO 2:

Регуляция скорости цикла трикарбоновых кислот осуществляется на уровне регуляции скорости нескольких реакций цикла. В большинстве случаев скорость функционирования метаболических циклов определяется их начальными этапами.

Полагают, что так же обстоит дело и в случае цикла лимонной кислоты. Общая скорость его функционирования во многих тканях определяется первой реакцией: синтезом цитрата. Разумеется, скорость цитратсинтазной реакции регулируется концентрацией ее субстратов, в частности концентрацией ацетил-СоА, а она в свою очередь зависит от активности пируватдегидрогеназного комплекса. Регулируется эта реакция также концентрацией второго субстрата – оксалоацетата; возможно даже, что этот фактор играет главную роль, поскольку концентрация оксалоацетата в митохондриях очень низка и зависит от метаболических условий. На активность цитратсинтазы влияет также концентрация сукцинил-СоА, одного из более поздних промежуточных продуктов цикла. Как только концентрация сукцинил-СоА превышает нормальный стационарный уровень, цитратсинтаза сразу же ингибируется, поскольку сукцинил-СоА понижает ее сродство к ацетил-СоА, то есть сукцинил-СоА является отрицательным аллостерическим регулятором (ингибитором) цитратсинтазы, уменьшающим ее активность. Жирные кислоты, служащие предшественниками ацетил-СоА тоже ингибируют цитратсинтазу, являясь отрицательными аллостерическими эффекторами. В некоторых клетках роль аллостерических ингибиторов цитратсинтазы играют цитрат и NADH.