4.2. Стехиометрия цикла трикарбоновых кислот

Суммарная реакция цикла трикарбоновых кислот имеет следующий вид:

Ацетил – СоА + 3NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + H₂O

→ 2 CO + 3NADH + FADH₂ + GTP + 2H⁺ + CoA.

Такая стехиометрия цикла трикарбоновых кислот обусловлена следующими реакциями:

1. Два атома углерода включается в цикл при конденсации ацетильного компонента (из ацетил - СоА) с оксалоацетатом. Два углеродных атома покидают цикл в форме СО₂ в ходе последующих реакций декарбоксилирования, катализируемых изоцитратдегидрогеназой и - оксоглутарат – дегидрогеназой.

2. Четыре пары атома водорода покидают цикл в ходе четырех окислительных реакций. Две молекулы NAD⁺ восстанавливаются в реакциях окислительного карбоксилирования изоцитрата и - оксоглутарата, одна молекула FAD восстанавливается при окислении сукцината и одна молекула NAD⁺ восстанавливается при окислении малата.

3. Одна высокоэнергетическая фосфатная связь (в форме GTP или АТР) генерируется из богатой связи тиоэфирной связи сукцинил – СоА.

4. Потребляются две молекулы воды: одна в синтезе цитрата при гидролизе цитрил – СоА, вторая - при гидратации фумарата.

Заглядывая вперед, скажем, что NADH и FADH₂, образующиеся в цикле трикарбоновых кислот, окисляются в цепи переноса электронов. Генерирование АТР происходит при транспорте электронов от этих переносчиков на О₂ , их конечный акцептор. На каждую молекулу NADH в митохондрии образуются три молекулы АТР, на каждую молекулу FADH₂ – две молекулы АТР. Отметим, что только одна высокоэнергетическая фосфатная связь в расчете на один ацетильный остаток образуется непосредственно в цикле трикарбоновых кислот. Одиннадцать фосфатных связей, более богатых энергией, генерируют при окислении трех молекул NADH и одной молекулы FADH₂ в цепи переноса электронов.

Молекулярный кислород непосредственно не участвует в цикле трикарбоновых кислот. Однако цикл функционирует лишь в аэробных условиях, поскольку NAD⁺ и FAD в митохондрии могут быть регенерированы только при переносе электронов на молекулярный кислород. Гликолиз в принципе может протекать как в аэробных, так и в анаэробных условиях, тогда как цикл трикарбоновых кислот носит строго аэробный характер. Напомним, что гликолиз может протекать в анаэробных условиях по той причине, что в процессе превращения пирувата в лактат происходит регенерирование NAD⁺

1. Реакция: Ацетил – СоА + Оксалоацетат + Н₂О Цитрат + СоА + Н⁺ ; Фермент: Цитрат – синтеза; Кофактор: СоА; Тип: Конденсация; G⁰: -7,5

2. Реакция: Цитрат цис-Аконит + Н₂О ; Фермент: Аконитаза; Кофактор: Fe²⁺; Тип: дегидратация ; G⁰: +2

3. Реакция: цис-Аконит + Н₂О Изоцитрат; Фермент: Аконитаза; Кофактор: Fe²⁺; Тип: гидратация; G⁰: -0,5

4. Реакция: Изоцитрат + NAD⁺ - оксоглутарат + CO + NADH; Фермент: Изоцитрат- дегидрогеназа; Кофактор: NAD⁺; Тип: декарбоксилирование + окисление; G⁰: -0,2

5. Реакция: - оксоглутарат + NAD⁺ + СоА Сукцинил - СоА+ CO + NADH; Фермент: - оксоглутарат дегидрогеназный комплекс; Кофактор: NAD⁺ , СоА, ТПФ, липоиловая кислота, СоА, FAD; Тип: декарбоксилирование + окисление; G⁰: - 7,2

6. Реакция: Сукцинил – СоА+ P_i+ GDP Сукцинат + +GDP + СоА; Фермент: Сукцинил – СоА – синтеза; Кофактор: СоА; Тип: субстратное фосфорилирование; G⁰: - 0,8

7. Реакция: Сукцинат + FAD фумарат + FADH₂; Фермент: Сукцинат – дегидрогеназа; Кофактор: FAD; Тип: окисление; G⁰: 0

8. Реакция: Фумарат + Н₂О малат; Фермент: Фумараза; Кофактор: Нет; Тип: гидратация; G⁰: -0,9

9. Реакция: L – Милат + NAD⁺ Оксалоацетат + + NADH + Н⁺; Фермент: Малат – дегидрогеназа; Кофактор: NAD⁺; Тип: окисление; G⁰: 7,1