Суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пирувата:

Регуляция окислительного декарбоксилирования

Образование ацетил-КоА из пирувата – ключевой необратимый этап метаболизма, поэтому ПДК имеет сложную систему регуляции и реализуется через киназу и фосфатазу (субъединицы ПДК). В результате фосфорилирования под действием киназы ПДК переходит в неактивную форму, при дефосфорилировании фосфатазой – в активную форму. Активность киназы и фосфатазы регулируется многими аллостерическими эффекторами. Киназа ПДК аллостерически активируется АТФ, следовательно, при накоплении АТФ прекращается дальнейшее превращение пирувата в ацетил-КоА. Киназа ПДК аллостерически ингибируется пируватом, АДФ, Са²⁺.

Цикл лимонной кислоты

Реакции цикла лимонной кислоты

Реакции ЦЛК протекают в матриксе митохондрий.

Е₁ - цитратсинтаза, является регуляторным ферментом. Цитратсинтазная реакция лимитирует скорость всего процесса.

Превращение цитрата в изоцитрат катализирует аконитатгидратаза (Е₂), содержащая ионы Fe²⁺. Эта реакция осуществляется в две стадии: сначала происходит дегидратация с образованием цис-аконитата, а затем гидратация с образованием изоцитрата.

Реакция ингибируется фторацетатом, в результате накапливается цитрат.

Далее изоцитратдегидрогеназа (Е₃) катализирует дегидрирование с образованием оксалосукцината, а затем следует декарбоксилирование под действием того же фермента.

2-Оксоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию, сходному с окислительнымдекарбоксилированием пирувата.

Эта реакция катализируется 2-оксоглутаратным комплексом (Е₄), который состоит из 3-х ферментов: 2-оксоглутаратдегидрогеназы, дигидролипоилсукцинилтрансферазы и дигидролипоилдегидрогеназы и пяти коферментов: тиаминдифосфата, липамида, НАД⁺, ФАД, КоА-SH. Таким образом, 2-ксоглутаратдегидрогеназный комплекс по строению аналогичен пируватдегидрогеназному комплексу. Однако, первый фермент данного комплекса не имеет такой сложной регуляции как пируватдегидрогеназа. В результате окислительного декарбоксилирования 2-оксоглутарата образуется сукцинил-КоА, содержащий макроэргическую связь. Реакция ингибируется арсенатом, что приводит к накоплению 2-оксоглутарата.

Под действием фермента сукцинил-КоА-синтетатазы энергия макроэргической связи сукцинил-КоА запасается в форме макроэргической связи в молекуле ГТФ (субстратное фосфорилирование).

Далее сукцинат под действием сукцинатдегидрогеназы (Е₆) превращается в фумарат. Это единственная реакция ЦЛК, в ходе которой осуществляется прямой перенос атомов водорода с субстрата на флавопротеин ЦПЭ без участия НАД⁺. Коферментов данного фермента является ФАД.

Затем к фумарату присоединяется молекула H₂O под действием фумаратгидратазы (Е₇) с образованием малата.

Малатдегидрогеназа (Е₈) катализирует превращение малата в оксалоацетат, реакция идет с участием НАД⁺. Хотя реакция обратима, реально она протекает в направлении образования оксалоацетата, поскольку он вместе с НАДН·Н⁺ постоянно потребляется в других реакциях.

Регуляция ЦЛК

Осуществляется на уровне цитратсинтазной реакции. Скорость реакции возрастает при повышении концентрации оксалоацетата и снижается при повышении концентраций АТФ, сукцинил-КоА длинноцепочечных жирных кислот.

Значение ЦЛК

1) Амфиболическая функция: а) катаболическая – в ЦЛК происходит утилизация ацетильных групп; б) анаболическая – метаболиты ЦЛК служат предшественниками при синтезе ряда веществ в организме: аминокислот, жирных кислот, глюкозы и других соединений. Например, из сукцинил-КоА образуются порфирины (предшественник гема), из 2-оксоглутарата в результате реакции переаминирования с аминокислотой образуется глутамат.

2) Водороддонорная функция: в ЦЛК образуется 3 молекулы НАДН·Н⁺ и 1 молекула ФАДН₂.

3) Энергетическая функция: с восстановленных коферментов водород передается в ЦПЭ, где в результате окислительного фосфорилирования образуется АТФ. При этом на каждую молекулу НАДН·Н⁺ в митохондриях образуется 3 молекулы АТФ, на каждую молекулу ФАДН₂ – 2 молекулы АТФ. Т.о. при окислении одного ацетильного остатка путем окислительного фосфорилирования образуется 11 мол. (9 + 2) АТФ. Еще одна молекула(ГТФ) образуется путем субстратного фосфорилирования в ходе сукцинил-КоА-синтетазной реакции. После суммирования получаем 11 + 1 = 12 мол. АТФ (в расчете на один ацетильный остаток).