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 трикар-

боновых кислот и процессом окислительного фосфорилирования. Цикл трикарбо-новых 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 ФАДНг 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.

Регуляция общего пути катаболизма

Скорости функционирования пируватдегидрогеназного комплекса (ПВК) и цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) точно соответствуют потребности клеток в молеку­лах ацетил-КоА, необходимых для синтеза липидов и АТФ, используемых в каче­стве универсального источника энергии. Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (1) и цикла трикарбоновых кислот (2, 3 и 4) приведена на рис.9.

Общим принципом регуляции пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) и цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), процессов независимых, но функционально тесно связанных, является то, что они совместно активируются при низком энергетиче­ском потенциале клетки. И совместно ингибируются при высоком энергетическом клеточном потенциале.

Энергетический потенциал клетки определяется концентрацией молекул АТФ, НАДН, ацетил-КоА. Это такие молекулы, которые готовы отдать энергию в раз­личных процессах (АТФ), или отдать электроны высоких энергий для синтеза АТФ (НАДН), или готовы к отдаче высокоэнергетических электронов как ацетил-КоА (для образования НАДН, а впоследствии АТФ).

При высоком энергетическом потенциале клетки велики внутриклеточные кон­центрации молекул АТФ и НАДН. Это вызывает торможение ПДК и ЦТК. При низком энергетическом потенциале клетки внутриклеточные концентрации АТФ и НАДН снижаются и увеличиваются концентрации таких молекул как АДФ, НАД*. Они активируют оба процесса (ПДК и ЦТК). Происходит ускорен­ный распад глюкозы до пирувата (активируется специфический катаболизм) и ус­коряется преобразование пирувата в ацетил-КоА, происходит ускоренное образо­вание молекул НАДН и ФАДН₂, переносящих электроны в процесс окислительно­го фосфорилирования для синтеза АТФ (активируется общий путь катаболизма). Энергетический потенциал клетки характеризует отношение АТФ/АДФ и НАДН/

над:.

Механизмы регуляции цитратного цикла

1. Первая цитратсинтазная реакция образования цитрата из оксалоацетата и аце- тил-КоА - важнейшая регуляторная реакция всего цикла (2 на рис. 9). Реакция ак­ тивируется оксалоацетатом - субстратом реакции и ингибируется продуктом - цитратом. Увеличение энергетического потенциала клетки (увеличение отноше­ ния НАДН/ НАД*, концентрация АТФ) тормозит образование цитрата. АТФ - ал- лостерический ингибитор цитратсинтазы. Его действие заключается в повышении К_м для ацетил-КоА. Поэтому с увеличением содержания АТФ снижается насыще­ ние фермента ацетил-КоА и в результате уменьшается образование цитрата. Ин- гибируют реакцию Сукцинил-КоА и длинноцепочечные жирные кислоты.

2. Изоцитрат-дегидрогеназная реакция аллостерически активируется АДФ, изо- цитратом, субстратом реакции и Са⁺⁺ (3 на рис. 9). Фермент состоит из 8 катали­ тических субъединиц и при связывании первой молекулы субстрата в одной субъ­ единице за счет конформационных изменений в других резко ускоряется присое­ динение последующих молекул субстрата, что ускоряет ферментативную реак­ цию (положительный кооперативный эффект).

Фермент аллостерически активируется АДФ и Са⁺⁺, поскольку имеет аллостери-ческие центры связывания АДФ и Са"¹⁴" на каждой субъединице. НАДН имеет более высокое сродство к каталитическому центру фермента, чем НАД* и вытесняет его, что ингибирует ферментативную активность (механизм конкурентного ингибирования).

3. а-Оксоглутарат дегидрогеназный комплекс (4 на рис.9) катализирующий пре­образование а-оксоглутарата (а-кетоглутарата) в сукцинил-КоА, структурно по­добен и гомологичен пируват-дегидрогеназному комплексу, но в отличие от ПДК, не имеет регуляторных белков в своем составе. а-Оксоглутарат дегидрогеназный комплекс активируется АМФ, АДФ, Са⁺⁺, но ингибируется Сукцинил-КоА, АТФ, НАДН.

АМФ, АДФ - положительные аллостерические регуляторы ферментативного комплекса. Так, связывание АМФ ферментативным комплексом уменьшает К_м для а-кетоглутарата в 10 раз. В области физиологических концентраций и сукци-нил-КоА и НАДН (продукты реакции) обладают ингибирующим эффектом, дей­ствуя по механизму конкурентного ингибирования. Главным регулятором актив­ности а-оксоглутарат дегидрогеназного комплекса является сукцинил-КоА.