1.Цикл лимонной кислоты-центральный процесс энергетического обмена. 2. Регулирование скорости цикла лимонной кислоты

Ци́кл трикарбо́новых кисло́т (цикл Кре́бса, цитра́тный цикл, цикл лимо́нной кислоты́) — центральная часть общего пути катаболизма, циклический биохимический процесс, в ходе которого ацетильные остатки (СН₃СО–) окисляются до диоксида углерода (CO₂). При этом за один цикл образуется 2 молекулы CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ и 1 ГТФ (или АТФ).Электроны, находящиеся на NADH и FADH₂, в дальнейшем переносятся на дыхательную цепь, где в ходе реакций окислительного фосфорилирования образуется АТФ.

Функция цикла лимонной кислоты - обеспечение энергией, дыхательный контроль, осуществляемый при функционировании дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, является определяющим фактором при регуляции активности рассматриваемого цикла. Активность этого цикла непосредственно связана с поступлением окисленных кофакторов дегидрогеназ (например,NAD ), которое в свою очередь зависит от доступности ADP и, в конечном счете, от скорости потребления ATP . Свойства ряда ферментов этого цикла указывают на то, что кроме общей регуляции существует также регуляция на уровне самого цикла. В клетках головного мозга , в которых ацетил-CoA образуется в основном из углеводов , регуляция цикла лимонной кислоты может происходить на стадии, катализируемой пируватдегидрогеназой . В самом цикле регуляция может осуществляться путем аллостерического ингибирования цитратсинтазы при действии ATPили ацил-CoA-производных длинноцепочечных жирных кислот . В цитратном цикле ацетильные остатки (CH3CO—) окисляются до диоксида углерода (CO2). Полученные при этом восстановительные эквиваленты переносятся на НАД+ или убихинон и включаются в дыхательную цепь.

Цикл проходит на матриксе митохондрий. Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для анионов и катионов, в том числе и для промежуточных продуктов цитратного цикла, которые могут быть перенесены через мембрану только при участии специальных белков. Поэтому ферменты цитратного цикла имеют больше возможностей для взаимодействия с продуктами предыдущих реакций, чем в случае свободного удаления этих продуктов из митохондрий.

Регуляция цитратного цикла. В большинстве случаев скорость реакций в метаболических циклах определяется их начальными реакциями. В ЦТК важнейшая регуляторная реакция - образование цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА, катализируемая цитратсинтазой. Эта реакция ускоряется при повышении концентрации оксалоацетата - субстрата реакции и тормозится продуктом реакции - цитратом. Когда отношение NADH/NAD+ снижается, скорость окисления маната в оксалоацетат возрастает. Повышение концентрации оксалоацетата ускоряет цитратсинтазную реакцию. Скорость реакции снижается при повышении концентрации АТФ, сукцинил-КоА и длинноцепочечных жирных кислот.

Митохондриальная NAD-зависимая изоцитратдегидрогеназа аллостерически активируется ADP и ингибируется ATP и NADH. Альфа-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс регулируется, по-видимому, аналогично пируватдегидрогеназе. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется оксалоацетат ом, а образование оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции зависит от соотношения [NADH]/[NAD+] . Поскольку величина Km цитратсинтазы для оксалоацетата такого же порядка, что и величина внутримитохондриальной концентрации оксалоацетата, концентрация последнего, по-видимому, играет определенную роль в регуляции скорости образования цитрат а.

В норме скорости гликолиза и цикла трикарбоновых кислот тесно связаны, так что в пируват превращается лишь такое количество глюкозы, которое обеспечит цикл достаточным количеством «топлива» — ацетильными группами ацетил-СоА. Концентрации пирувата, лактата и ацетил-СоА в норме поддерживаются постоянными. Скорость гликолиза связана со скоростью цикла трикарбоновых кислот не только через ингибирование гликолиза высокими уровнями ATP и NADH, которое характерно и для гликолиза, и для дыхательного этапа окисления глюкозы, но также и концентрацией цитрата. Цитрат, первый продукт цикла трикарбоновых кислот, является важным аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы-1, гликолитического фермента.

3-4 вопрос

Ацетил-кофермент А, ацетил-коэнзим А, сокращённо ацетил-КоА — важное соединение в обмене веществ, используемое во многих биохимических реакциях. Его главная функция — доставлять атомы углерода с ацетил-группой в цикл трикарбоновых кислот, чтобы те были окислены с выделением энергии. По своей химической структуре ацетил-КоА — тиоэфир между коферментом А (тиолом) и уксусной кислотой (носителем ацильной группы). Ацетил-КоА образуется во время второго шага кислородного клеточного дыхания, декарбоксилирования пирувата, который происходит в матриксе митохондрии. Ацетил-КоА затем поступает в цикл трикарбоновых кислот.

Ацетил-КоА — важный компонент биологического синтеза нейротрансмиттера ацетилхолина. Холин, в соединении с ацетил-КоА, катализируется ферментом холинацетилтрансферазой, чтобы образовать ацетилхолин и коэнзим А.

Дегидрогеназ пирувата и реакции пируват формиат лиазы

Кислородное преобразование пирувата в ацетил-КоА называют реакцией дегидрогеназа пирувата. Она катализируется пируватдегидрогеназным комплексом. Другие преобразования между пируватом и ацетил-КоА возможны. Например, пируват формиат лиазы преобразуют пируват в ацетил-КоА и муравьиную кислоту.

Метаболизм жирных кислот

У животных ацетил-КоА является основой баланса между углеводным обменом и жировым обменом. Обычно ацетил-КоА из метаболизма жирных кислот поступает в цикл трикарбоновых кислот, содействуя энергетическому обеспечению клеток. В печени, когда уровень циркуляции жирных кислот высок, производство ацетил-КоА от разрыва жиров превышает энергетические потребности клетки. Чтобы использовать энергию, доступную из лишних ацетил-КоА, создаются кетоновые тела, которые затем могут циркулировать в крови. В некоторых обстоятельствах это может привести к высокому уровню кетоновых тел в крови, состоянию, называемому кетозом, которое отличается от кетоацидоза, опасного состояния, способного повлиять на диабетиков. У растений синтез новых жирных кислот происходит в пластидах. Многие семена запасают большие количества масел в семенах, чтобы поддерживать прорастание и ранний рост саженцов, пока они не перешли на питание от фотосинтеза. Жирные кислоты включены в липиды мембраны, главнейший компонент большинства мембран.