Окислительное декарбоксилирование пирувата и цикл Кребса: последовательность реакций, связь с дыхательной цепью, регуляция, значение

- Основной функцией ЦТК является образование восстановленных коферментов НАДН2 и ФАДН2, которые поставляют протоны в дыхательную цепь. Кроме того, субстраты ЦТК могут использоваться для глюконеогенеза, переаминирования, синтеза гема, жирных кислот. Таким образом, ЦТК интегрирует все виды обмена веществ.

Реакции ЦТК

1. Цитратсинтаза катализирует превращение оксалоацетата и ацетилкоэнзима А в лимонную кислоту (цитрат):

2. Аконитаза превращает цитрат в изолимонную кислоту (изоцитрат). Сначала происходит дегидратация цитрата с образованием промежуточного продукта – цис-аконитовой кислоты (цис-аконитата). Данное соединение не выходит из активного центра фермента, поэтому его формулу принято обозначать в квадратных скобках. Завершает реакцию присоединение воды по двойной связи с образованием изоцитрата:

3. Изоцитратдегидрогеназа декарбоксилирующая катализирует окислительное декарбоксилирование изоцитрата. Сначала гидроксильная группа изоцитрата окисляется до кетоновой, образуется щавелевоянтарная кислота (оксалосукцинат). Затем оксалосукцинат теряет карбоксильную группу в виде СО2, образуется альфа-кетоглутарат:

5. Синтез янтарной кислоты (сукцината) ферментом сукцинилкоэнзим А синтетазой. Энергия макроэргической тиоэфирной связи в молекуле сукцинилкоэнзима А затрачивается на синтез молекулы ГТФ из ГДФ и фосфата – это единственная в ЦТК реакция субстратного фосфорилирования:

В 4 окислительно-восстановительных реакциях ЦТК образуются 3 НАДН2 и 1 ФАДН2, которые направляются далее в дыхательную цепь окислительного фосфорилирования. В процессе окислительного фосфорилирования в дыхательной цепи из 1 НАДН2 образуется 3 АТФ, из 1 ФАДН2 – 2 АТФ. Из 1 ГТФ, образующегося в ЦТК за счет субстратного фосфорилирования, синтезируется 1 АТФ. Таким образом, за 1 оборот ЦТК синтезируется 12 АТФ.

Пируватдегидрогеназный комплекс тесно связан с работой дыхательной цепи. НАДН2, образовавшийся на последнем этапе работы комплекса, передает протоны и электроны в полную ДЦ. = 3 АТФ, Н2О-путь образованияАТФ — оксилительное фосфорилирование.

Цикл Кребса - ключевые ферменты: цитратсинтазу (начинает процесс), изоцитратдегидрогеназу (лимитирующий фермент), 2-ок-соглутаратдегидрогеназу (фермент, стоящий на развилке).

Цитратсинтазу активируют оксалоацетат и ацетил-КоА, ингибируют АТФ, НАДН, длинноцепочные ацилы-КоА, сукцинил-КоА.

Изоцитратдегидрогеназа является аллостерическим ферментом. Ее активируют АДФ, Са2+, цАМФ. Ингибируют изоцитратдегидрогеназу АТФ, НАДН, НАДФН.

2-оксоглутаратдегидрогеназу активируют Са2+ и цАМФ, ингибирует сукцинил-КоА.

Цикл Кребса активируется под влиянием катехоламинов, глюкагона и йодтиронинов.

Значение цикла Кребса:

- катаболическое и энергетическое (цикл Кребса является общим конечным путем распада для метаболитов всех классов соединений; в нем образуется АТФ в результате субстратного фосфорилирования; он является главным поставщиком водорода для дыхательной цепи);

- анаболическое или биосинтетическое Промежуточные метаболиты цикла Кребса используются на синтез других соединений. Например, из оксалоацетата, 2-оксоглутарата и сукцината образуются аминокислоты; из оксалоацетата - глюкоза и другие углеводы; сукцинил-КоА используется на синтез гема;

- регуляторное. Метаболиты - цитрат и АТФ являются регуляторами других процессов. Они активируют синтез жирных кислот и ингибируют гликолиз.