64Глава 4 Цикл трикарбоновых кислот

ВЭнергетический баланс окислительного декарбоксилирования пирувата

Входе окислительного декарбоксилирования на каждую молекулу пирувата образуется 1 молекула NADH, эквивалентная примерно 3 АТФ. Таким образом, энергетический выход окислительного декарбоксилирования пирувата составляет 3 молекулы АТФ.

Вгликолизе образуется 2 молекулы пирувата, которые при окислительном декарбоксилировании дадут 2 молекулы NADH (эквивалентны 6 АТФ).

4.3Цикл трикарбоновых кислот

Цикл трикарбоновых кислот (или цитратный цикл, цикл Кребса, цикл ли-

монной кислоты) — уникальный метаболический цикл, участвующий как в катаболизме, так и в анаболизме всех ключевых соединений в нашем организме — углеводов, жиров и аминокислот.

ЦТК представляет собой серию из 8 реакций, в ходе которых ацетильная группа ацетил-КоА окисляется до двух молекул CO2 с образованием восстановительных эквивалентов NADH и FADH2. Цикл получил своё название (цитратный цикл, цикл лимонной кислоты) благодаря продукту первой реакции — цитрату (лимонная кислота). Прохождение одного полного цикла приводит к образованию 2 CO2, 3 NADH, 1 FADH2 и 1 ГТФ (эквивалент АТФ).

Цикл был открыт Гансом Кребсом в 1937 году. Это открытие до сих пор считается одним из важнейших в биохимии. Несмотря на то, что метаболиты цикла уже хорошо изучены, ученые продолжают исследовать механизмы реакций и их регуляцию.

Сложность реакций ЦТК имеет химическое обоснование. Окисление ацетильной группы до 2 молекул CO2 требует разрыва связи C—C.

В живых клетках разрыв связи C—C часто происходит между α- и β-атомами углерода (следующие за карбонильной группой):

Примером такой реакции является альдольное расщепление фруктозо-1,6- бисфосфата в гликолизе. Другой тип реакции с разрывом связи С—С является α-раз- рыв у α-гидроксикетонов.

Цикл трикарбоновых кислот 65

Однако для окисления ацетата не подходит ни одна из этих реакций. У ацетата нет β-атома углерода, а гидроксилирование (во второй реакции) не является благоприятной реакцией для ацетата. Вместо этого, живые организмы выработали другой алгоритм: конденсация ацетата с оксалоацетатом, а затем — β-расщепление. В ЦТК реакция β-расщепления сопряжена с образованием CO2, оксалоацетата (в последней реакции) и запасанием энергии в виде АТФ и восстановительных эквивалентов.

АКлючевые особенности ЦТК

1.В ходе цикла окисляются ацетильные группы целого ряда соединений (а не только пирувата): углеводов, жирных кислот и аминокислот. Потому цикл часто называют центром или «ядром» клеточного метаболизма.

2.Оксалоацетат, затрачиваемый в первой реакции ЦТК, образуется в последней реакции цикла, поэтому ЦТК может окислять почти неограниченное количество молекул ацетил-КоА.

3.У эукариот все ферменты ЦТК находятся в митохондриях, поэтому все коферменты должны синтезироваться там или транспортироваться из цитозоли.

4.Атомы углерода в молекулах CO2, образующихся в ходе цикла, не те, что входят

всостав ацетильной группы в молекуле ацетил-КоА. Эти атомы утрачиваются

впоследующих реакциях. Тем не менее, принято считать, что в каждом цикле ацетильная группа ацетил-КоА окисляется до двух молекул CO2.

5.Метаболиты ЦТК являются субстратами/метаболитами в биосинтезе других соединений (оксалоацетат — метаболит в глюконеогенезе).

6.Окисление ацетильной группы до 2 CO2 требует переноса 4 пар электронов. Восстановление 3 NAD+ до NADH происходит путем переноса 3 пар; восстановление FAD до FADH2 осуществляется за счет 1 пары электронов.