Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ

ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ (цикл Кребса), цик-лич. последовательность ферментативных р-ций (схема 1; назв. неионизир. форм к-т см. в ст. Обмен веществ), в к-рых осуществляются превращения ди- и трикарбоновых к-т, образующихся как промежут. продукты в организме животных, в растениях и микробах.

4126-28.jpg

Схема 1. Цикл трикарбоновых к-т.

Одновременно трикарбоновых кислот цикл-метаболич. путь окисления до СО2 и Н2О аминокислот, жирных к-т и углеводов, к-рые вступают в этот цикл на разл. его стадиях (схема 2). Кроме того, образующиеся ди- и трикарбоновые к-ты м. б. исходными субстратами в биосинтезе мн. соед. (схема 3). Так, оксало-ацетат-субстрат в глюконеогепезе; сукцинил-КоА - проме-жут. продукт в синтезе порфиринов, ацетил-КоА-в синтезе жирных к-т, стероидов, ацетилхолина. Образующийся в цикле СО2 используется в р-циях карбоксилирования в синтезе жирных к-т, орнитиновом цикле и др. Участие трикарбоновых кислот цикла в биосинтезе и катаболизме мн. в-в обусловливает его важное место в обмене в-в.

Трикарбоновых кислот цикл широко распространен у всех аэробных организмов, у эукариот (все организмы, за исключением бактерий и синезеленых водорослей) он осуществляется в митохондриях.

Суммарная р-ция трикарбоновых кислот цикла у животных имеет вид:

CH3C(O)SKoA + 3НАД + ФАД + ГДФ + F + Н2О : : 2СО2 + 3НАДН + ФАДН + ГТФ + 2Н + KoASH

НАДН и НАД, ФАДН и ФАД-соотв. восстановленные и окисленные формы кофермента никотинамидадениндинук-леотида (см. Ниацин) и кофермента флавинадениндинуклео-тида (см. Рибофлавин); ГДФ и ГТФ-соотв. гуанозинди-и гуанозинтрифосфат, Ф-неорг. фосфат, KoASH-кофер-мент А.

НАДН и ФАДН, образующиеся в цикле, окисляются в цепи переноса электронов (см. Дыхание, Окислительное фосфорилирование) с образованием АТФ, к-рый играет важную роль в энергетич. обмене.

В р-ции 1 цикла, катализируемой цитрат - оксалоацетат-лиазой, CH3C(O)SKoA стереоспецифично конденсируется с карбонильной группой оксалоацетата с образованием цитрата и свободного KoASH. Р-ция сопровождается значит. изменением своб. энергии (DG0 — 32,24 кДж/моль) и является практически необратимой. Активность митохонд-риального фермента у дрожжей ингибируется АТФ.

Р-ция 2 цикла, катализируемая аконитат-гидратазой,-изомеризация цитрата в изоцитрат путем последоват. дегидратации - регидратации через промежут. образование цис-аконитата. Р-ция обратима, равновесие сдвинуто в сторону синтеза цитрата, однако в условиях непрерывного функционирования цикла конечным продуктом р-ции является изоцитрат.

В р-ции 3, катализируемой НАД- или НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой, происходит дегидрирование изо-цитрата при атоме С-2 с одновременным декарбоксили-рованием и образованием 2-оксоглутарата и СО2. Бактерии содержат НАДФ-зависимую изоцитратдегидрогеназу, активность к-рой регулируется хим. модификацией - фосфо-рилированием (инактивация) и дефосфорилированием (активация) при участии бифункцион. фермента изоцитратдегид-рогеназа-киназа (фосфатаза), играющего существ. роль в переключении обмена с трикарбоновых кислот цикла на анаплеротич. ("возмещающий" образование промежут. продуктов трикарбоновых кислот цикла) глиокси-латный цикл. Эукариоты содержат обе формы изоцитрат-дегидрогеназы. Активность НАДФ-зависимого фермента, локализованного в митохондриальном матриксе и цитозоле, контролируется продуктами р-ции. Активность НАД-зави-симой изоцитратдегидрогеназы, локализованной исключительно в митохондриальном матриксе, активируется у грибов аденозинмонофосфатом (АМФ) и цитратом, у животных - аденозиндифосфатом (АДФ), цитратом и ионами Са2+.

Р-ция 4 катализируется мультиферментным 2-оксоглута-ратдегидрогеназным комплексом, состоящим из трех осн. ферментов: 2-оксоглутаратдегидрогеназы, дигидролипоил-сукцинилтрансферазы и дигидролипоилдегидрогеназы.

4126-29.jpg

Схема 2. Цикл трикарбоновых к-т и катаболич. р-ции. Двойными стрелками отмечены многостадийные р-ции; семиальдегиды к-т w-оксокислоты.

4127-1.jpg

Схема 3. Биосинтетич. и др. р-ции, сопутствующие циклу трикарбоновых к-т; аминокислоты, отмеченные звездочкой, в организме высших животных несинтезирую гея.

Сукцинил-КоА в р-ции 5, катализируемой сукцинил-КоА -синтетазой, подвергается распаду, в результате к-рого энергия тиоэфирной связи сукцинил-КоА запасается в виде синтезир. нуклеозидтрифосфата (у бактерий, грибов, растений-АТФ, у животных - ГТФ).

В р-ции 6, катализируемой сукцинатдегидрогеназой, происходит превращение сукцината в фумарат. Фермент входит в состав более сложного сукцинатдегидрогеназного комплекса (комплекса II) дыхат. цепи, поставляя восстановит. эквиваленты, образующиеся в р-ции, в дыхат. цепь.

Фумарат-гидратаза, катализирующая р-цию 7, осуществляет гидратирование фумарата с образованием L-малата. Активность фермента ингибируется АТФ.

Последняя р-ция цикла, 8, катализируется L-малатдегид-рогеназой; L-малат при этом превращ. в оксалоацетат, к-рый может взаимод. с новой молекулой ацетил-КоА. Р-ция обратима, равновесие сдвинуто в сторону образования L-малата (DG0 +29,73 кДж/моль), но в условиях функционирования цикла конечным продуктом р-ции является оксалоацетат.

Предполагают, что катализируемые индивидуальными ферментами р-ции осуществляются благодаря действию надмолекулярного "сверхкомплекса", т. наз. метаболона. Преимущества такой организации ферментов очевидны -при этом не происходит диффузии кофакторов и субстратов, что способствует более эффективной работе цикла.

Наличие в трикарбоновых кислот цикле 4 восстановит. р-ций (3, 4, 6 и 8), в результате к-рых на 1 молекулу CH3C(O)SKoA синтезируются 3 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН, определяет необходимые условия для его функционирования. Непрерывная работа цикла требует реокисления НАДН и ФАДН, к-рое в аэробных условиях, как правило, осуществляется через совокупность переносчиков электронов, составляющих дыхат. цепь, и сопровождается запасанием значит. кол-ва энергии. У животных это 11 молекул АТФ на 1 молекулу окисленного ацетил-КоА. У грибов, растений и особенно бактерий число молекул АТФ, образующихся при окислении НАДН и ФАДН, м.б. меньше вследствие разветвления дыхат. цепи.

В анаэробных условиях вместо трикарбоновых кислот цикла функционируют его окислит. ветвь до 2-оксоглутарата (р-ции 1 : 2 : 3) и восстановительная - от оксалоацетата до сукцината (р-ции 8 : 7 : 6). При этом не происходит запасания большого кол-ва энергии и ф-ция цикла целиком определяется доставкой в-в для синтеза клеточного материала.

При переходе организма от покоя к активному состоянию возникает потребность в ускоренной мобилизации энергии (обменных процессов). У животных это достигается, в частности, шунтированием наиб. медленных р-ций трикарбоновых кислот цикла (р-ции 1-3) и преимуществ. окислением сукцината. При этом исходный субстрат укороченного трикарбоновых кислот цикла (2-оксоглутарат) образуется в результате быстрой р-ции переаминирования:

Глутамат + Оксалоацетат 4127-3.jpg 2-Оксоглутарат + Аспартат

Связь трикарбоновых кислот цикла с глиоксилатным циклом осуществляется благодаря синтезу в последнем сукцината, к-рый в трикарбоновых кислот цикле окисляется до оксалоацетата и служит, т. обр., поставщиком молекул с 4 атомами С в оба цикла на начальных стадиях их функционирования. Благодаря этому возможно функционирование этих циклов, когда в организме избыток соед. с 2 атомами С, напр. при выращивании бактерий на средах с СН3СООН и С2Н5ОН, а также при прорастании семян масличных растений, во время к-рого усиленно образуется ацетил-КоА.

Др. модификация трикарбоновых кислот цикла (т. наз. 4-аминобутиратный шунт) - превращение 2-оксоглутарата в сукцинат, через глу-таминовую к-ту, 4-аминобутират и янтарный семиальдегид (3-формилпропионовая к-та). Эта модификация имеет большое значение для ткани мозга, в к-рой ок. 10% глюкозы распадается по этому пути.

Тесное сопряжение р-ций трикарбоновых кислот цикла с дыхат. цепью, особенно в митохондриях животных, а также особенности регуляции активности индивидуальных ферментов цикла (для большинства из них АТФ является ингибитором) предопределяют снижение активности цикла в условиях генерирования высокого фосфорильного потенциала (отношения АТФ/АДФ) в клетке, и наоборот - активацию цикла при пониж. фосфорильном потенциале. У большинства растений, бактерий и мн. видов грибов тесное сопряжение цикла с дыхат. цепью преодолевается развитием альтернативных несопряженных путей окисления, позволяющих поддерживать дыхат. активность и активность трикарбоновых кислот цикла на высоком уровне даже в условиях высокого фосфорильного потенциала. Трикарбоновых кислот цикл открыт в 1937 X. Кребсом и У. Джонсоном.

Лит.: Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 49-68; Ленинджер А., Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 477-507; Кондрашова М.Н., "Биохимия", 1991, т. 56, в. 3, с. 388-404; Krebs H. А., Kornberg H. L., Energy transformations in living matter, В., 1957; Krebs H. А., "Persp. Biol. Med.", 1970, v. 14, p. 154-70; Srere P. A., "Ann. Rev. Biochem.", 1987, v. 56, p. 89-124. P. А. Звягильская.


Еще по теме:

     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн