2. Убыль метаболитов цитратного цикла восполняется с помощью анаплеротических («пополняющих») реакций, главной из которых является реакция карбоксилирования пирувата.

Рис. 5.19. Использование метаболитов ОПК в синтезе различных соединений:

1, 2, 3 - заменимых аминокислот; 4, 5, 6 - глюкозы; 7 - жирных кислот; 8 - гема

3. Метаболиты цитратного цикла не только используются как субстраты для синтеза АТФ и углеродного скелета ряда соединений, но и являются донорами водорода для образования восстановленных коферментов, участвующих в реакциях синтеза жирных кислот, стероидов и других веществ.

Например, малат, образовавшийся в ЦТК, может поступать из митохондрий в цитозоль клетки. В цитозоле находится NADP-зависимая дегидрогеназа (малик фермент), катализирующая реакцию окислительного декарбоксилирования малата (рис. 5.20).

Рис. 5.20. Реакция, катализируемая малик ферментом

Эта реакция служит одним из важнейших, хотя не единственным источником NADPH, который образуется также в окислительных реакциях пентозофосфатного пути окисления глюкозы (модуль 6).

Тема 5.11. Регуляция энергетического обмена

1. Синтез АТФ в клетке регулируется потребностью в энергии, что достигается согласованной регуляцией скоростей реакций ЦПЭ и ОПК.Основными сигналами о состоянии энергетического обмена служат уровень АТФ и АДФ, NAD+ и NADH Общий фонд этих метаболитов в клетке относительно

постоянен. Таким образом, если увеличивается потребление АТФ и его концентрация снижается, концентрация АДФ возрастает. Подобно этому снижение концентрации NADH сопровождается повышением концентрации NAD+, что приводит к увеличению скорости реакций, катализируемых NAD-зависимыми ферментами, и к увеличению скорости общего пути катаболизма в целом (рис. 5.21).

2. Увеличение концентрации АДФ при повышении физиологической активности ускоряет окисление NADFI в ЦПЭ (дыхательный контроль) и приводит к увеличению скорости синтеза АТФ.

Рис. 5.21. Регуляция общего пути катаболизма.

Скорость ОПК регулируется на уровне четырех регуляторных реакций, катализируемых: 1-пируватдегидрогеназным комплексом; 2-цитратсинтазой; 3-изоцитратдегидрогеназой; 4-а-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом

3. Кроме того, АДФ аллостерически активирует некоторые ферменты ОПК

(пируватдегидрогеназный комплекс, изоцитратдегидрогеназу). Такая согласованная регуляция ЦПЭ и ОПК приводит к тому, что вместо использованных молекул АТФ синтезируется адекватное количество новых; чем больше использовано АТФ, тем больше его синтезируется.

4. Скорость ОПК регулируется на уровне четырех регуляторных реакций, катализируемых:

•  пируватдегидрогеназным комплексом;

•  цитратсинтазой;

•  изоцитратдегидрогеназой (самая медленная реакция цитратного цикла);

•  α-кетоглутаратдегидрогеназным комплексом.

5. Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (рис. 5.22).

Рис. 5.22. Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса.

В составе ПДК содержатся две регуляторные субъединицы - киназа и фосфатаза. В результате фосфорилирования под действием киназы ПДК переходит в неактивную форму, при дефосфорилировании фосфатазой - активируется. Киназа и фосфатаза, в свою очередь, регулируются аллостерически. Киназа ПДК аллостерически активируется NADH, ацетил-КоА и АТФ и ингибируется пируватом, AДФ, HS-KoA, Ca². Фосфатаза активируется Са²+

В составе ПДК содержатся две регуляторные субъединицы - киназа и фосфатаза. В результате фосфорилирования под действием киназы ПДК переходит в неактивную форму, при дефосфорилировании фосфатазой - активируется. Киназа и фосфатаза, в свою очередь, регулируются аллостерически. Киназа ПДК аллостерически активируется NADH, ацетил-КоА и АТФ и ингибируется пируватом, AДФ, HS-KoA, Ca²+. В абсорбтивный период глюкоза поступает в клетки и распадается с образованием пирувата. Высокая концентрация пирувата влияет на активность ПДК двумя способами:

- поддерживает ПДК в дефосфорилированной активной форме, так как пируват наиболее сильный ингибитор киназы ПДК;

- пируват аллостерически активирует дефосфорилированную активную форму ПДК, действуя согласованно с другими активаторами - субстратами реакций - NAD+ и HS-KoA. В результате создаются условия для образования ацетил-КоА из глюкозы. В печени ацетил-КоА используется для синтеза жирных кислот.

•  В адипоцитах под влиянием инсулина увеличивается концентрация Са²+ в митохондриях, что активирует фосфатазу пируватдегидрогеназного комплекса и переводит его в активное дефосфорилированное состояние. В результате создаются условия для превращений: пируват - ацетил-КоА - жирные кислоты - жиры (основная форма запасания энергии в организме).

•  Регуляция ионами Са²+ особенно важна в мышцах. Потенциал действия увеличивает концентрацию Са²+ в митохондриях, что одновременно ингибирует киназу и активирует фосфатазу; это быстро переводит ПДК в активную дефосфорилированную форму. Одновременно Са²⁺ активирует регуляторные ферменты ЦТК и ацетил-КоА быстро окисляется, обеспечивая синтез АТФ для мышц.

•  Цитратсинтаза не является аллостерическим ферментом. Активность фермента регулируется, главным образом, концентрациями оксалоацетата - субстрата фермента и цитрата - продукта реакции (см. рис. 5.21). Когда отношение NADH-NAD+ снижается, ускоряется превращение малата в оксалоацетат и увеличивается скорость образования цитрата; при повышении концентрации цитрата скорость его синтеза соответственно снижается.

•  Изоцитратдегидрогеназа - самый медленный фермент ЦТК. Фермент аллостерически активируется АДФ и Са²+. Кроме того, активность изоцитратдегидрогеназы зависит от величины отношения NADH-NAD+, как у всех NAD-зависимых дегидрогеназ (см. рис. 5.21).

•  α-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс по структуре и функциям сходен с ПДК. В его состав входят 3 ферментных комплекса: α-кетоглутаратдекарбоксилаза, дигидролипоилтранссукцинилаза и дигидролипоилдегидрогеназа. Набор коферментов аналогичен таковому в ПДК. Однако в отличие от ПДК в этом комплексе отсутствуют регуляторные протомеры. Активность фермента зависит от концентраций АТФ и АДФ, NAD+ и NADH, ингибируется сукцинил-КоА и активируется Са²+ (рис. 5.21).