Учебник для ВУЗОВ

БИОХИМИЯ

В. Анаболические функции цитратного цикла

Цикл лимонной кислоты — один из амфибо-лических путей метаболизма. В нём осуществляются не только окислительные превращения энергетических субстратов до конечных продуктов СO₂ и H₂O , но и происходит образование субстратов для других метаболических путей (рис. 6-28).

Рис. 6-28. Использование метаболитов ЦТК в синтезе различных соединений. Синтез заменимых аминокислот (1, 2, 3), глюкозы (4, 5, 6), жирных кислот (7), гема (8)

Некоторые промежуточные продукты цикла лимонной кислоты: а-кетоглутарат, сукцинат, оксалоацетат могут использоваться для синтеза заменимых аминокислот (см. раздел 9).

Убыль промежуточных продуктов цикла восполняется в реакциях, катализируемых специфическими ферментами. В нормальных условиях реакции, отвлекающие промежуточные продукты из цикла и восполняющие их убыль, находятся в состоянии динамического равновесия, так что концентрация этих продуктов в митохондриях остаётся постоянной.

Реакции, обеспечивающие пополнение фонда промежуточных продуктов ЦТК, называются анаплеротическими (пополняющими). Важнейшая из них — реакция синтеза оксалоацетата из пирувата. Эту реакцию катализирует митохондриальный фермент — пируваткарбоксилаза.

Пируваткарбоксилаза — сложный олигомерный фермент. Молекула фермента содержит 4 простетические группы, представленные биотином (см. раздел 3), который ковалентно связан амидной связью с г-аминогруппами остатков лизина, находящегося в активном центре фермента (рис. 6-29).

Рис. 6-29. Простетическая группа пируват карбоксилазы. Карбоксильная группа биотина образует амидную связь с е-ами-ногруппой лизина в активном центре фермента. СO₂ активируется, образуя N-карбоксипроизводное биотина

Если для цикла лимонной кислоты не хватает оксалоацетата или какого-нибудь другого промежуточного продукта, то карбоксилирова-ние пирувата ускоряется. В этой реакции в качестве источника энергии используется АТФ.

Реакция протекает в 2 стадии. На первой стадии происходит активация СO₂ путём присоединения к одному из атомов азота в молекуле биотина. Эта реакция сопряжена с гидролизом АТФ.

АТФ + СO₂+ Е-биотин + H₂O → АДФ + Н₃РO₄ + Е-биотин-СОО- + 2 Н⁺.

На второй стадии активированная карбоксильная группа переносится на пируват.

Е-биотин-СОО^- + Пируват → Е-биотин + Оксалоацетат.

Пируваткарбоксилаза — регуляторный фермент. Если концентрация ацетил-КоА увеличивается, то он действует как аллостерический активатор пируваткарбоксилазы, ускоряя образование оксалоацетата. Таким образом, избыток ацетил-КоА способствует активации цитратного цикла.

Метаболиты цитратного цикла используются не только как субстраты синтеза углеродного скелета ряда соединений, но и являются донорами водорода для образования восстановленных коферментов, участвующих в реакциях синтеза жирных кислот, стероидов и других веществ (см. разделы 8, 10, 11). Два метаболита цитратного цикла могут дегидрироваться при участии NADP-зависимых дегидрогеназ: малата и изоцитрата. Например, манат может поступать из митохондрий в цитозоль клетки. В цитозоле находится NADP-зависимая дегидрогеназа (малик-фермент), катализирующая реакцию:

Малат и изоцитрат обеспечивают образование около половины общего фонда NADPH, используемого в восстановительных синтезах; вторая половина образуется в пентозофосфатном пути превращения глюкозы (см. раздел 7).