З. Реакция окислительного декарбоксилирования изоцитрата

 

В этой реакции одновременно осуществляется и окисление изоцитрата и его декарбоксилирование с высвобождением первой молекулы СО₂и образованием восстановленного кофермента НАДН+Н ⁺. Реакция сопряжена с окислительным фосфорилированием, т.е. НАДН+Н⁺ снабжает дыхательную цепь 2Н⁺ и 2ē.

 

Изоцитрат α-кетоглутарат

 

НАД⁺ НАДН СО₂

Реакция катализируется регулируемым ферментом НАД⁺-зависимой изоцитратдегидрогеназой.

4. Реакция окислительного декарбоксилирования α-кетоглутарата (α-КГ)

α-КГявляется аналогом пирувата.Реакция катализируется α – кетоглутаратным

мультиэнзимным комплексом.

 

α-KГ + KoA-SH Сукцинил-S-КоА

 

НАД⁺ НАДН + Н⁺СО₂

В результате реакции высвобождается вторая молекула СО₂и образуется восстановлен­ный кофермент НАДН+Н⁺, который снабжает дыхательную цепь 2Н⁺ и 2ē. Продуктом реакции является сукцинил-S-КоА,имеющий богатую энергией тиоэфирную связь, так как ΔG= - 32,2 кДж/моль

 

1. Реакция субстратного фосфорилирования.

Фермент—сукцинил-S-КоА – синтетаза (фермент назван по обратной реакции сукцинаттиокиназа).

Сукцинил-S-KoA + ГДФ + Фн сукцинат + ГТФ+ KoA-SH

За счет энергии гидролиза макроэргического соединения происходит синтез ГТФ. Это единственная реакция ЦТК, в которой непосредственно синтезируется макроэргический трифосфат.

 

Реакция окисления.

Сукцинат фумарат

 

ФАД ФАДН₂

Реакция катализируется ФАД-зависимой сукцинатдегидрогеназой.Фермент обладает абсолютной стереоспецифичностью. Продуктом реакции является фумарат (транс-изомер). Восстановленный кофермент ФАДН₂ снабжающий дыхательную цепь 2Н⁺ и 2ē для генерации АТФ

Реакция гидратации

Фумарат +Н₂О → малат

Присоединение воды к фумарату катализируется фумаразой(традиционное название фермента). Продукт реакции – гидроксикислота - малат(яблочная кислота).

Реакция окисления.

Малат ОАА

 

 

НАД⁺ НАДН+Н⁺

Реакция катализируется малатдегидрогеназой НАД⁺ -- зависимой.

ОАА включается в реакцию конденсации с новой молекулой ацетил-КоА, т.е. ЦТК за­мыкается. Восстановленный кофермент НАДН+Н⁺снабжает дыхательную цепь 2Н⁺ и 2ē и участвует в процессе окислительного фосфорилирования.

 

Стехиометрия ЦТК.

СН₃-СО-S-KoA + 2Н₂О +ЗНАД⁺ + ФАД + ГДФ + Н₃РО₄→2СО₂ + 3НАДН+ЗН⁺ +ФАДН₂, +ГТФ + KoA-SH, ΔG=-40,0 кДж/моль

Таким образом, в результате одного оборота цикла от ацетил-КоА отщепляется KoA-SH, а ацетильный остаток расщепляется до 2-х молекул СО₂. Этот метаболический процесс сопровождается:

• образованием 4-х восстановленных коферментов: 3-х молекул НАДН +Н⁺ и 1 молекулы ФАДН ₂;

• синтезом одной молекулы ГТФ, который далее фосфорилирует АДФ с образованием АТФ.

ГТФ + АДФ→ГДФ +АТФ

Энергетический эффект ЦТК.

За счет окислительного фосфорилировапия:

3НАДН + Н⁺ → (6Н⁺и 6ē) ЦПЭ → 3 х ЗАТФ = 9 АТФ

ФАДН₂ → 2Н⁺и 2ē → ЦПЭ → 2АТФ.

АТФ

За счет субстратного фосфорилирования – 1 АТФ

Итого: при окислении 1 молекулы Ацетил-КоА, при условии сопряжения реакций окис­ления с окислительным фосфорилированием генерируется 12 молекул АТФ.

Регуляция ЦТК на уровне самого цикла.

Ферменты, катализирующие необратимые реакции цикла, являются регулируемыми алло-стерическими ферментами:

1. E₁ – цитратсинтаза – фермент лимитирующий скорость всего цикла. Отрицательные модуляторы: АТФ, НАДН, ацил-КоА, сукцинил-КоА. Положительные модуляторы: АМФ, АДФ.

Активность ферментов зависит и от концентрации субстратов – ацетил-КоА и ОАА.В фи­зиологических условиях концентрация ОАА очень мала. В условиях достаточного снабжения глю­козойОАА образуется из ПВК в реакции карбоксилирования:

ПВК + СО₂+ АТФ→ОАА +АДФ

при действии биотинзависимого фермента пируваткарбоксилазы. Это анаплероти -ческаяреакция является уникальным процессом превращения трехуглеродной кислоты, в четырсхуглеродную за счет энергии гидролиза АТФ. При дефиците глюкозы в клетке концентрация ОАА будет низка,что приведет к снижению скорости ЦТК и накоплению ацетил-КоА в клетке.

2. Е₂—изоцитрагдегидрогеназа.

З. Ез — α-КГ-дегидрогеназа.

Отрицательные модуляторы: АТФ, НАДН.

Положитеоьные модуляторы: АДФ, АМФ.

 

Анаболическая функция ЦТК.

ЦТК служит источником интермедиатов (промежуточных метаболитов), которые яв­ляются субстратами многих биосинтетических реакций.

1. Сукцинил-КоА является субстратом для биосинтеза порфиринов. Внедрение в пор-фирин катиона железа приводит к образованию гема– простетической группы гемопротеидов (ге­моглобина, миоглобина, каталазы, цитохромов и др.).

2. Цитрат может с помощью белков-переносчиков транспортироваться из матрикса митохондрий в цитоплазму, где при действии фермента цитратлиазы расщепляться с образованием цитозольного ацетил-КоА - субстрата для синтеза холестерина, ВЖК.

Цитрат + АТФ + КоА → ОАА + Ацетил-КоА + АДФ + Н₃РО₄.

З. ОАА - с помощью малат-аспартатного челночного механизма транспортируется из матрикса митохондрий в цитоплазму, где в реакции трансаминирования превращается в аспартат., в свою очередь, может трансформироваться в другие аминокислоты и участвовать в биосинтезе белка. Аспартат используется и в синтезе азотистых оснований и, таким образом, участвует в синтезе нуклеотидов и нуклеиновых кислот. ОАА (оксал-ацетат) в цитоплазме может подвергаться декарбоксилированию при действии фосфоенолпируваткарбоксикиназы в присутствии ГТФ с образованием ФЕП- промежуточного метаболита участвующего в синтезе глюкозы (в глюконеогенезе).

4. α-Кетоглутарат поступает в цитоплазму, где превращается в глутамин, пролин, гистидин, аргинин, которые далее включаются в синтез белковых веществ и других биологически важных соединений. Таким образом, ЦТК – это амфиболический цикл.

Протонный потенциал.

Трансмембранная разность электрохимического потенциала иона водорода, ΔμН⁺ или протонный потенциал занимает центральное положение в системе процессов трансфор­мации энергии, протекающий во внутренней мембране митохондрий. За счет энергии внешних ресурсов протоны транспортируются через биологическую мембрану против сил электрического поля в направлении большей их концентрации, в результате гене­рируется разность электрохимического потенциала. ΔμН⁺ состоит из 2-х компонентов: электрического в форме трансмембранного градиента электрических потенциалов (Δφ) и химического, в форме трансмембранной концентрации ионов водорода (ΔрН). ΔμН⁺ =Δφ +ΔрН Потенциальная энергия, накопленная в виде Δφ и ΔрН, может быть утилизирована полезным образом, в частности, в синтезе АТФ.