Химическая энциклопедия - 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 дии трикарбоновых к-т, образующихся как промежут. продукты в организме животных, в растениях и микробах.
Схема 1. Цикл трикарбоновых к-т.
Одновременно Т. к. ц.-метаболии, путь окисления до СО 2 и Н 2 О аминокислот, жирных к-т и углеводов, к-рые вступают в этот цикл на разл. его стадиях (схема 2). Кроме того, образующиеся дии 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 СО 2 используется в р-циях карбоксилирования в синтезе жирных к-т, орнитиновом цикле и др. Участие Т. к. ц. в биосинтезе и катаболизме мн. в-в обусловливает его важное место в обмене в-в.
Т. к. ц. широко распространен у всех аэробных организмов, у эукариот (все организмы, за исключением бактерий и синезеленых водорослей) он осуществляется в митохондриях.
Суммарная р-ция Т. к. ц. у животных имеет вид:
CH3C(O)SKoA + 3НАД + ФАД + ГДФ + F + Н 2 О : : 2СО 2 + 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 Ч 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 НАДили НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой, происходит дегидрирование изо-цитрата при атоме С-2 с одновременным декарбоксили-рованием и образованием 2-оксоглутарата и СО 2. 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 Т. к. ц. на анаплеротич. ("возмещающий" образование промежут. продуктов Т. к. ц.) 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 Са 2+.
Р-ция 4 катализируется мультиферментным 2-оксоглута-ратдегидрогеназным комплексом, состоящим из трех осн. ферментов: 2-оксоглутаратдегидрогеназы, дигидролипоил-сукцинилтрансферазы и дигидролипоилдегидрогеназы.
Схема 2. Цикл трикарбоновых к-т и катаболич. р-ции. Двойными стрелками отмечены многостадийные р-ции; семиальдегиды к-т w-оксокислоты.
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.