7. Анаболические функции цикла трикарбоновых кислот. Анаплеротические реакции.

Другая роль цикла трикарбоновых кислот состоит в том, что он поставляет про­межуточные продукты для процессов биосинтеза:

Из а-оксоглутарата (а-кетоглутарата) синтезируется 5-ти углеродная аминокисло­та глутамат, а затем из глутамата синтезируются глутамин, аргинин и пролин.

Из оксалоацетата (в нем 4 углеродных атома) синтезируется аспартат. Затем из аспартата синтезируется аспарагин.

Из сукцинил-КоА синтезируются порфирины и гем. Первая реакция синтеза порфирина - реакция конденсации сукцинил-КоА и аминокислоты глицина. В этой реакции конденсации, сопряженной с декарбоксилированием, образуется важный промежуточный продукт синтеза гема - 8-аминолевуленовая кислота.

Из оксалоацетата синтезируется глюкоза (процесс глюконеогенеза). Этот путь ак­тивируется при недостаточности глюкозы в клетке.

Амфиболические функции цикла трикарбоновых кислот

Цикл трикарбоновых кислот занимает центральное место в клеточном метаболиз­ме. Этот циклический путь выполняет как катаболическую, так и анаболическую функцию, т.е. является амфиболическим. Цикл трикарбоновых кислот процесс с выраженной катаболической функцией. Двууглеродные фрагменты, которые вно­сит молекула ацетил-КоА, подвергаются в нем полному окислению до СО₂. Вме­сте с тем, промежуточные продукты цикла трикарбоновых кислот начинают но­вые биосинтетические пути. Из промежуточных продуктов ЦТК синтезируются некоторые заменимые аминокислоты, порфирины и гем, а также глюкоза.

Реакции, пополняющие нитратный цикл (анаплеротические реакции)

Анаплероз - процесс восполнения, пополнения резерва. К снижению концентра­ции промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот приводят анаболи­ческие (биосинтетические процессы). Они быстро истощают пул промежуточных продуктов цикла. Поэтому их запас постоянно пополняется за счет молекул из других источников. При деградации большинства аминокислот образуются пируват или промежуточные продукты цикла. Эти ферментативные процессы называ­ют анаплеротическими реакциями. Особенно важной анаплеротической реакцией в организме человека является превращение пирувата в оксалоацетат. Эта реакция поддерживает необходимую высокую концентрацию окса­лоацетата в митохондриях и обеспечивает субстратом первую цитратсинтазную реакцию цикла.

У здоровых людей эта АТФ-зависимая реакция позволяет включать в глюконеогенез лактат и аминокислоты, распадающиеся до пирувата.

В отличие от пирувата ацетил-КоА не является анаплеротическим метаболитом, поскольку полностью окисляется до СО₂. Нарушение образования оксалоацетата ведет к взаимной конденсации молекул ацетил-КоА друг с другом и вызывает об­разование кетоновых тел, главным образом - ацетоацетата (СН₃-СО-СН₂-СООН), и кетоацидоз плазмы крови при недостаточном количестве оксалоацетата в печени. Такое состояние наблюдается при инсулинзависимом сахарном диабете, при голодании, алкогольном отравлении или длительной физической нагрузке.

Изменение скорости реакций ЦТК и причины накопления кетоновых тел при некоторых состояниях

 Связь между общим путем катаболизма и цепью переноса электронов и про­тонов.

Общий путь катаболизма, включающий пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) и цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), локализованные в митохондриальном матриксе, с одной стороны, и цепь переноса электронов локализованная во внутрен­ней митохондриальной мембране, с другой, функционально связаны между собой через общие молекулы НАД⁺ и НАДН.

При увеличении расхода энергии в клетке уменьшается концентрация молекул АТФ и увеличивается АДФ. При этом увеличивается количество электронов по­ступающих в цепь переноса электронов от молекул НАДН, поэтому их доля сни­жается, но увеличивается количество молекул НАД⁺. Эти изменения активируют ПДК и ЦТК. В цикле активируются изоцитрат-дегидрогеназная реакция и функ­ционирование а-оксоглутарат дегидрогеназного комплекса, которые чувствитель­ны к концентрации АДФ.

Напротив, снижение энергопотребления в клетках влечет за собой увеличение концентраций АТФ и НАДН. При этом активность ПДК и ЦТК снижается. Сни­жение активности общего пути катаболизма вызвано тем, что для всех регуляторных этапов увеличение концентраций АТФ и/или НАДН ингибирует ферментативные реакции.