5. Превращение сукцинил-КоА в сукцинат

Сукцинил-КоА - высокоэнергетическое соединение. Изменение свободной энергии гидролиза этого тиоэфира составляет ΔG⁰'= -35,7 кДж/моль. В митохондриях разрыв тиоэфирной связи сук-цинил-КоА сопряжён с реакцией фосфорилирования гуанозиндифосфата (ГДФ) до гуанозинтрифосфата (ГТФ).

Сукцинил-КоА → Сукцинат (ΔG⁰ = -10,36 кДж/моль).

Эту сопряжённую реакцию катализирует сукцинаттиокиназа. Промежуточный этап реакции - фосфорилирование молекулы фермента по одному из гистидиновых остатков активного центра. Затем остаток фосфорной кислоты присоединяется к ГДФ с образованием ГТФ. С ГТФ концевая фосфатная группа может переноситься на АДФ с образованием АТФ; эту обратимую реакцию катализирует нуклеозид-дифосфаткиназа.

ГТФ + АДФ ↔ ГДФ + АТФ.

Образование высокоэнергетической фосфо-ангидридной связи за счёт энергии субстрата (сукцинил-КоА) - пример субстратного фосфорилирования.

6. Дегидрирование сукцината

О бразовавшийся на предьщущем этапе сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент - флавопротеин, молекула которого содержит прочно связанный кофермент FAD. Сукцинат дегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с FAD. Кроме того, обе субъединицы содержат железо-серные центры; одна - Fe₂S₂, a другая - Fe₄S₄. В железо-серных центрах атомы железа меняют свою валентность, участвуя в транспорте электронов.

7. Образование малата из фумарата

О бразование малата происходит при участии фермента фумаратгидратазы. Этот фермент более известен как фумараза. Фумараза - олигомерный белок, состоящий из 4 идентичных полипептидных цепей. Он расположен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной специфичностью: она катализирует гидратацию только трансформы фумарата.

8. Дегидрирование малата

В заключительной стадии цитратного цикла малат дегидрируется с образованием оксалоа-цетата. Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий. Равновесие малатдегидрогеназной реакции сильно сдвинуто влево. Тем не менее, в интактных клетках эта реакция идёт слева направо, потому что продукт реакции, оксалоацетат, активно используется в цитратсинтазной реакции. В цитозоле содержится изоформа малат-дегидрогеназы, также NAD-зависимая, но не принимающая участие в цитратном цикле. Обе изоформы малатдегидрогеназы - димеры.

Функции ЦТК.

• Интегративная функция (объединяющая обмен белков, жиров и углеводов через образование ацетил-КоА).

• Водородгенерирующая функция – образуется 4 пары протонов Н+.

• Энергетическая функция – образуется 1 молекула АТФ между сукцинил-КоА и сукцинат (субстратное фосфорилирование).

• Анаболическая (пластическая) – метаболиты ЦТК используются для синтеза других веществ:

ЦТК играет важную роль в процессах анаболизма (промежуточные продукты ЦТК):

- из цитрата -------> синтез жирных кислот

- из aльфа-кетоглутарата и ЩУК ---------> синтез аминокислот

- из ЩУК ----------> синтез углеводов

- из сукцинил-КоА -----------> синтез гема гемоглобина

- ацетил-КоА – в синтезе холестерина и его производных (желчных кислот, стероидных гормонов, провитамина Д₃), высших жирных кислот, кетоновых тел, ацетилхолина и др;

- α-кетоглутаровая кислота – глутаминовая, глутамин, ГАМК, пролин, аргинин;

- сукцинил-КоА – гем;

- СО₂ – глюкоза, высшие жирные кислоты, пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды;

- фумаровая кислота – в синтезе мочевины;

- ЩУК – аспарагиновая кислота, аспарагин, глюкоза, метионин, треонин.

Энергетический баланс ЦТК.

Субстраты ЦТК: изоцитрат, α-кетоглутарат и малат отдают протоны и электроны на НАД-зависимые дегидрогеназы, которые транспортируют протоны и электроны в ЦПЭ на I комплекс, следовательно протоны и электроны проходят все три пункта сопряжения (I, III, IV комплексы). Коэффициент окислительного фосфорилирования для:

- изоцитрат – 3/1=3АТФ;

- α-кетоглутарат – 3/1=3АТФ; 9АТФ в ЦПЭ

- малат – 3/1=3АТФ

Субстрат ЦТК: сукцинат отдает протоны и электроны на сукцинат-фумарат-дегидрогеназу (II комплекс), которая переносит протоны и электроны на убихинон, минуя I комплекс ЦПЭ, следовательно, электроны проходят два пункта сопряжения (III, IV комплексы).

Коэффициент окислительного фосфорилирования для сукцинат – 2/1=2АТФ.

Между сукцинил-КоА и сукцинат образуется 1 молекула АТФ (субстратное фосфорилирование).

Энергетический баланс ЦТК= 9АТФ (ЦПЭ) + 2АТФ (ЦПЭ) + 1АТФ (субстратное фосфорилирование) = 12 молекул АТФ.