Реакции цикла трикарбоновых кислот

Реакция образования цитрата (лимонной кислоты): альдольная конденсация с последующим гидролизом, катализирует цитрат-синтаза. При расщеплении тиоэфирной связи освобождается коэнзим А, и вы­деляется значительная тепловая энергия. Равновесие в реакции сильно сдвинуто вправо.

Превращение цитрата в изоцитрат. Изомеризация цитрата осуществляется­ путем дегидратации с последующей гидратацией. В результате происходит

взаимоперемещение Н и ОН. Фермент назван аконитазой, поскольку промежуточное соединение цис-аконитат не покидает активный центр фермента.

Реакция окислительного декарбоксилирования изоцитрата катализируется изоцитрат-дегидрогеназой и ведет к образованию а-оксоглутарата (а-кетоглутарата). НАД⁺ в реакции играет роль второго субстрата, захватывая пару высокоэнергетичных электронов, и в форме НАДН вовлекает их в процесс окислительного фосфорилирования. Самая медленная реакция цикла. Аллостерически активиру­ется АДФ.

Реакция катализируется а-оксоглутарат дегидрогеназным комплексом (мультиферментный комплекс), который структурно и функционально сходен с пируват дегидрогеназным комплексом. Механизм этой реакции сходен с механизмом пре­вращения пирувата в ацетил-КоА. В состав комплекса также входят 5 коферментов: тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота, ФАД, НАД⁺ и КоА. а-Оксоглутарат дегидрогеназный комплекс отличается от пируват дегидрогеназного комплекса тем, что в нем отсутствует сложная система регуляции активно­сти. Равновесие реакции сильно сдвинуто вправо, в сторону образования сукцинил~КоА. Биохимическое значение реакции состоит в удалении карбоксильной группы (—СОО^-) поскольку атом углерода в ней почти полностью окислен, и из­влечь из неё электроны высокой энергии невозможно. Из неё можно извлечь всего 2е".

ФЕРМЕНТ – СУКЦИНАТТИОКИНАЗА (СУКЦИНИЛ-Со-СИНТЕТАЗА)

В этой реакции для синтеза ГТФ используется энергия молекулы сукцинил-КоА. Энергия разрыва тиоэфирной связи в молекуле сукцинил-КоА на 9% превышает ту энергию, которая необходима для фосфорилирования ГДФ с образованием ГТФ. Поэтому реакция легко обратима. Однако равновесие процесса сдвинуто вправо, поскольку ГТФ далее входит в реакцию переноса своей фосфатной груп­пы на АДФ с образованием АТФ, который расходуется в клеточных процессах.

ГТФ + АДФ «-> ГДФ + АТФ

Эту реакцию катализирует нуклеозидфосфаткиназа. На этом заканчивается первая стадия цикла трикарбоновых кислот.

Фермент сукцинат-дегидрогеназа, действующий в 6 реакции - флавопротеин, содержащий ковалентно присоединенный ФАД в своем активном центре. В отличие от других ферментов цикла трикарбоновых кислот сукцинат-дегидрогеназа прочно закреплена во внутренней митохондриальной мембране. Фермент состоит из двух субъединиц, одна из которых содержит ФАД. В состав двух субъединиц включены железо-серные центры. В одной субъединице в форме - Fe₂S₂, а в другой в форме - Fe4S₄. Оба железо-серных центра сопряжены с компонентами дыхательной цепи и участвуют в транспорте электронов.

7. Реакцию гидратации катализирует фермент фумарат-гидратаза (фумараза), локализованный в матриксе митохондрий. Особенностью реакции является абсолютная субстратная специфичность этого фермента. Фермент катализирует гид­ратацию только транс-формы фумарата.

Заключительную реакцию цикла трикарбоновых кислот катализирует НАД-зависимая малат-дегидрогеназа, локализованная в митохондриальном матриксе. Особенность реакции состоит в том, что в ней равновесие сильно сдвинуто влево. Поскольку оксалоацетат, синтезируемый в этой реакции постоянно расходуется на образование цитрата (цитрат-синтазная реакция), то в интактных клетках равновесие в этой реакции сдвинуто вправо.

Зависимость цикла трикарбоновых кислот от недостатка кислорода

Несмотря на то, что ни в одну реакцию ЦТК кислород не входит, существует очень сильная зависимость цикла трикарбоновых кислот от недостатка кислорода. В основе этой зависимости прочная функциональная связь между циклом трикарбоновых кислот и процессом окислительного фосфорилирования. Цикл трикарбоновых кислот производит электроны высокой энергии для процесса окислитель­ного фосфорилирования, которые отправляет в него на мобильных переносчиках - молекулах НАДН и ФАДН₂. В процессе окислительного фосфорилирования электроны от НАДН и ФАДН₂ движутся по дыхательной цепи и в конце пути дос­тигают своего конечного акцептора — молекулу кислорода. При недостатке кисло­рода нарушается процесс передачи электронов в дыхательную цепь и молекулы НАДН и ФАДН₂ не превращаются в НАД⁺ и ФАД. Резкое торможение скорости ЦТК при недостатке кислорода объясняется недостатком молекул НАД⁺ и ФАД, выполняющих роль вторых субстратов в реакциях цикла.