Реакции цикла лимонной кислоты

Цикл лимонной кислоты включает последовательно 8 реакций, в результате которых ацетильных группа (СН3СО-) ацетил-КоА распадается с образованием СО2 и атомов водорода, которые передаются на окисленные формы коферментов НАД и ФАД. Последовательность не линейна, а циклическая, поскольку начинается с конденсации двовуглецевои ацетильных группы по щавелевоуксусную кислотой (с четырьмя атомами углерода). В результате возникает лимонная кислота (с шестью атомами углерода), далее в реакции декарбоксилирования выделяются 2 молекулы СО2 и в последний реакции цикла снова образуется щавелевоуксусную кислота.
Цикл лимонной кислоты называют также циклом Кребса (в честь Г. Кребса – лауреата Нобелевской премии 1953, который открыл его в 1937 году.) И циклом трикарбоновних кислот, поскольку ряд промежуточных продуктов цикла является трикарбоновых кислот.
Ацетил-КоА образуется не только из пирувата, но и с жирных кислот, аминокислот, поэтому цикл лимонной кислоты рассматривается как общий, конечный путь катаболизма углеводов, жиров и аминокислот. Все реакции цикла происходят в митохондриях. Восстановленные НАДН и ФАДН2, которые образуются в реакциях дегидрирования цикла, окисляются путем переноса протонов и электронов по дыхательной цепи внутренней мембраны митохондрий кислородом.

1. Реакцию конденсации ацетил-КоА с оксалоацетат с образованием цитрата катализирует цитрат-синтаза. Реакция не требует затраты АТФ, а необходимая энергия обеспечивается гидролизом тиоефирного связи ацетил-КоА. Цитрат-синтаза – регуляторный фермент цикла, активность его тормозится АТФ, НАДН и промежуточным продуктом цикла – сукцинил-КоА.

2. Цитрат изомеризуется в изоцитрат двухэтапной реакцией под действием аконитаза. При отщеплении молекулы воды образуется цис-аконитов кислота, которая, отделяясь от активного центра фермента, присоединяет ту же молекулу воды другим способом. Реакция обратная.

3. изоцитрат окисляется путем дегидрирования и одновременно декарбоксилируется под действием изоцитратдегидрогеназы. Для действия фермента нужны ионы Мg 2+ или Мn 2+. Аллостерические активаторы изоцитратдегидрогеназы – АДФ и НАД +, ингибиторы – АТФ и НАДН. В цитоплазме клеток открыта НАДФ-зависимая изоцитратдегидрогеназы.

4. окислительного декарбоксилирования альфа-кетоглутарата в сукцинил-КоА катализирует альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплекс, что, как и пируватдегидрогеназный комплекс, включает 3 ферменты и 5 коферментов – ТДФ, липоевая кислота, КоА, ФАД и НАД +. Механизм реакции также аналогичный окислительного декарбоксилирования пирувата. Часть энергии, высвобождаемой в реакции окисления, сохраняется в макроэргических тиоефирному связи сукцинил-КоА. Активность альфа-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса тормозят АТФ и продукты реакции – НАДН и сукцинил-КоА.

5. В следующей реакции разрыв макроэргической связи сукцинил-КоА при преобразовании в свободное сукцинат совмещенный с образованием гуанозинтрифосфат, так что энергия макроэргической связи сохраняется.
Итак, эта реакция субстратного фосфорилирования аналогичная реакции синтеза АТФ в процессе гликолиза. Катализирует ее сукцинил-тиокиназа. Синтезированный ГТФ может передать свою конечную фосфатную группу на АДФ с образованием АТФ при действии нуклеозиддифосфаткиназы.

6. Сукцинат окисляется до фумарата. Сукцинатдегидрогеназа, которая катализирует эту реакцию, содержит простетической группы ФАД, что восстанавливается до ФАДН2 и железо-серные центры. Конкурентным ингибиторов сукцинатдегидрогеназы является малоновая кислота. Среди ферментов цикла лимонной кислоты только сукцинатдегидрогеназа локализована на внутренней мембране митохондрий, а остальные находятся в их матриксе.

7. стереоспецифической фермент фумаразы (фумаратгидратаза) катализирует гидратацию фумаровой кислоты в L-яблочную (малат).

8. Малат окисляется НАД-зависимой малатдегидрогеназы в оксалоацетата.

Молекула оксалоацетата может соединяться с новой молекулой ацетил-КоА и начинать новый виток цикла.
Анализ последовательности позволяет сделать ряд выводов:
1. В цикл входит двовуглецева ацетильных группа (в составе ацетил-КоА), а выходят 2 молекулы СО2.
2. В четырех реакциях дегидрирования от промежуточных продуктов цикла отрываются 4 пары атомов водорода. Из них 3 пары используются на восстановление НАД +, а одна пара – ФАД.
3. Часть атомов кислорода, необходимых для образования СО2, и атомов водорода – для восстановления коферментов, поставляются молекулами воды, которые применяются в реакциях цикла.
4. Молекула оксалоацетата, что попадает в цикл, в результате одного оборота цикла регенерируется. Таким образом, оксалоацетат в цикле не расходуется и заново не образуется (как и другие промежуточные продукты цикла).
5. Однажды в цикле имеет место реакция субстратного фосфорилирования, когда за счет макроэргической связи субстрата образуется молекула ГТФ (АТФ).

Для новых оборотов цикла восстановлены коферменты должны окисляться, что происходит путем переноса электронов и протонов по дыхательной цепи внутренней мембраны митохондрий на молекулярный кислород с образованием молекул воды. Именно поэтому цикл лимонной кислоты является аэробным кислородозависимого путем, хотя в одной реакции цикла молекулярный кислород не используется. За счет окислительного фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов и протонов по дыхательной цепи, обеспечивается синтез основного количества АТФ. Учитывая, что окисление одной молекулы НАДН приводит к образованию 3 молекул АТФ, окисление одной молекулы ФАДН2 – 2 АТФ, общий выход АТФ при окислении одной молекулы ацетил-КоА составляет

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.