Биоорганическая химия

Задание № 9

ЦТК-химизм промежуточных реакций, ферменты. Биороль ЦТК. Почему продукт окисления изоцитрата декарбоксилируется, а сам он - нет? Какое значение для ЦТК имеет анаплеротическая реакция? Будет ли происходить накопление оксалоацетата, если к экстракту, содержащему ферменты ЦТК, добавить ацетил-КоА?

Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл) - центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический аэробный процесс, в ходе которого происходит превращение двух- и трёхуглеродных соединений, образующихся как промежуточные продукты в живых организмах при распаде углеводов, жиров и белков, до CO2. При этом освобождённый водород направляется в цепь тканевого дыхания, где в дальнейшем окисляется до воды, принимая непосредственное участие в синтезе универсального источника энергии - АТФ.

Цикл Кребса - это ключевой этап дыхания всех клеток, использующих кислород, центр пересечения множества метаболических путей в организме. Кроме значительной энергетической роли циклу отводится также и существенная пластическая функция, то есть это важный источник молекул-предшественников, из которых в ходе других биохимических превращений синтезируются такие важные для жизнедеятельности клетки соединения как аминокислоты, углеводы, жирные кислоты и др.

Реакции цикла Кребса:

этап. Конденсация щавелевоуксусной кислоты и ацитил ~ SKoA идет с участием цитратсинтазы на образование ковалентной связи затрачивается энергия макроэгической связи Ацитил ~ SKoA. Образуется цитрат (цитрил~ SKoA - промежуточный метаболизм 1-го этапа).

этап. Фермент алонитатгидратаза сначала катализирует реакцию дегидротации, а затем гидратации. В результате лимонная кислота переходит в изолимонную.

этап. Окислительно-восстановительная реакция. Изоцетрат подвергается процессу дегидрирования (окисления) при участии НАD+-зависимой изоцитратдегидрогеназы. Одновременно идет реакция прямого декарбоксилирования промежуточного продукта оксалосукцината. Таким образом изоцитрат - это первый субстрат окисления цикла Кребса, который отдает атом водорода в дыхательную цепь.

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.

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+.

этап. Реакция окислительного декарбоксилирования α-кетоглутаровой кислоты. Механизм реакции идентичен реакции окислительного декарбоксилирования пирувата. Участвуют в реакции пять кофакторов, α-кетоглуторат (второй субстрат окисления) ДГ отличается от пируватдегидрогеназы - апоферментом.

этап. Реакция субстратного фосфорилирования. Энергия макроэргической тиоэфирной связи в молекуле субстрата - сукцинил~ SKoA - разрывается и аккумулируется в макроэргические фосфатные связи ГТФ, а затем АТФ (фермент сукцинаттиоксидаза). Это единственная молекула ГТФ (АТФ), которая образуется непосредственно в цикле Кребса, а не в дыхательной цепи.

Преварщение ГТФ в АТФ идет с помощью фермента нуклеозиддифосфаткиназы ГТФ + АДФ «=« АТФ + ГТФ

этап. Окислительно-восстановительная реакция. Сукцинат подвергается процессу дегидрирования (окислению) при участии ФАД - зависимой сукцинатдегидрогеназы (СДГ). СДГ - отщепляет атомы водорода в «транс»-положении. Сукцинат - это третий субстрат окисления.

этап. Реакция гидратации. Фермент фумаратгидратаза обладает стереохимической субстратной специфичностью (действует на транс-изомер).

этап. Окислительно-восстановительная реакция завершающая стадия. Малат подвергается дегидрированию (окислению) при участии НАД+ зависимой малатдегидрогеназы. Малат является четвертым субстратом окисления цикла Кребса, который отдает атом водорода в дыхательную цепь.

Регуляция цикла

Цикл Кребса регулируется «по механизму отрицательной обратной связи», при наличии большого количества субстратов (ацетил-КоА, оксалоацетат), цикл активно работает, а при избытке продуктов реакции (NADH, ATP) тормозится. Регуляция осуществляется и при помощи гормонов, основным источником ацетил-КоА является глюкоза, поэтому гормоны, способствующие аэробному распаду глюкозы, способствуют работе цикла Кребса. Такими гормонами являются: инсулин и адреналин. Глюкагон стимулирует синтез глюкозы и ингибирует реакции цикла Кребса.