- •Цикл трикарбоновых кислот
- •2 Атома углерода включаются в цикл в виде ацетильного компонента и 2 атома углерода покидают цикл в виде 2 молекул со2.
- •Реакции цикла трикарбоновых кислот
- •Регуляция общего пути катаболизма
- •Механизмы регуляции цитратного цикла
- •Анаболические функции цикла лимонной кислоты
- •Амфиболические функции цикла трикарбоновых кислот
- •Реакции, пополняющие нитратный цикл (анаплеротические реакции)
- •Образование токсичных форм кислорода
- •1) Инициация: образование свободного радикала (l•)
- •2) Развитие цепи:
- •3) Разрушение структуры липидов
Регуляция общего пути катаболизма
Скорости функционирования пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) 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 ПДК(1) и ЦТК (2,3,4):
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
Главным и основным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс.
Обычно в клетке имеется баланс между образованием ацетил-SКоА (из глюкозы, жирных кислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата. Источником оксалоацетата является глюкоза (синтез из пирувата в анаплеротической реакции), поступление из фруктовых кислот самого цикла (яблочной, лимонной), образование из аспарагиновой кислоты в результате трансаминирования.
Первая цитратсинтазная реакция образования цитрата из оксалоацетата и ацетилтил-КоА - важнейшая регуляторная реакция всего цикла. Реакция активируется оксалоацетатом - субстратом реакции, и ингибируется продуктом - цитратом. Увеличение энергетического потенциала клетки (увеличение отношения НАДН/ НАД+, концентрация АТФ) тормозит образование цитрата. АТФ - аллостерический ингибитор цитратсинтазы. Его действие заключается в повышении Км для ацетил-КоА. Поэтому с увеличением содержания АТФ снижается насыщение фермента ацетил-КоА и в результате уменьшается образование цитрата. Ингибируют реакцию Сукцинил-КоА и длинноцепочечные жирные кислоты.
Изоцитрат-дегидрогеназная реакция аллостерически активируется АДФ, изоцитратом, субстратом реакции и Са++ (3 на рис.). Фермент состоит из 8 каталитических субъединиц и при связывании первой молекулы субстрата в одной субъединице за счет конформационных изменений в других резко ускоряется присоединение последующих молекул субстрата, что ускоряет ферментативную реакцию (положительный кооперативный эффект).
Фермент аллостерически активируется АДФ и Са++, поскольку имеет аллостери-ческие центры связывания АДФ и Са 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.) 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 Км для а-кетоглутарата в 10 раз. В области физиологических концентраций и сукцинил-КоА и НАДН (продукты реакции) обладают ингибирующим эффектом, действуя по механизму конкурентного ингибирования. Главным регулятором активности а-оксоглутарат дегидрогеназного комплекса является сукцинил-КоА.