химический каталог




ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ

Автор Химическая энциклопедия г.р. Н.С.Зефиров

ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ (цикл Кребса), цик-лич. последовательность ферментативных реакций (схема 1; назв. неионизир. форм кислот см. в ст. Обмен веществ), в которых осуществляются превращения ди- и трикарбоновых кислот, образующихся как промежуточные продукты в организме животных, в растениях и микробах.


Схема 1. Цикл трикарбоновых кислот.

Одновременно ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц.-метаболии, путь окисления до СО2 и Н2О аминокислот, жирных кислот и углеводов, которые вступают в этот цикл на различные его стадиях (схема 2). Кроме того, образующиеся ди- и трикарбоновые кислоты может быть исходными субстратами в биосинтезе многие соединение (схема 3). Так, оксало-ацетат-субстрат в глюконеогепезе; сукцинил-КоА - проме-жут. продукт в синтезе порфиринов, ацетил-КоА-в синтезе жирных кислот, стероидов, ацетилхолина. Образующийся в цикле СО2 используется в реакциях карбоксилирования в синтезе жирных кислот, орнитиновом цикле и др. Участие ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. в биосинтезе и катаболизме многие веществ обусловливает его важное место в обмене веществ.

ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. широко распространен у всех аэробных организмов, у эукариот (все организмы, за исключением бактерий и синезеленых водорослей) он осуществляется в митохондриях.

Суммарная реакция ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. у животных имеет вид:

CH3C(O)SKoA + 3НАД + ФАД + ГДФ + F + Н2О : : 2СО2 + 3НАДН + ФАДН + ГТФ + 2Н + KoASH

НАДН и НАД, ФАДН и ФАД-соответственно восстановленные и окисленные формы кофермента никотинамидадениндинук-леотида (см. Ниацин) и кофермента флавинадениндинуклео-тида (см. Рибофлавин); ГДФ и ГТФ-соответственно гуанозинди-и гуанозинтрифосфат, Ф-неорганическое фосфат, KoASH-кофер-мент А.

НАДН и ФАДН, образующиеся в цикле, окисляются в цепи переноса электронов (см. Дыхание, Окислительное фосфорилирование) с образованием АТФ, который играет важную роль в энергетич. обмене.

В реакции 1 цикла, катализируемой цитрат - оксалоацетат-лиазой, CH3C(O)SKoA стереоспецифично конденсируется с карбонильной группой оксалоацетата с образованием цитрата и свободного KoASH. Реакция сопровождается значительной изменением свободный энергии (DG0 — 32,24 кДж/моль) и является практически необратимой. Активность митохонд-риального фермента у дрожжей ингибируется АТФ.

Реакция 2 цикла, катализируемая аконитат-гидратазой,-изомеризация цитрата в изоцитрат путем последоват. де гидратации - регидратации через промежуточные образование цис-аконитата. Реакция обратима, равновесие сдвинуто в сторону синтеза цитрата, однако в условиях непрерывного функционирования цикла конечным продуктом реакции является изоцитрат.

В реакции 3, катализируемой НАД- или НАДФ-зависимой изоцитратдегидрогеназой, происходит дегидрирование изо-цитрата при атоме С-2 с одновременным декарбоксили-рованием и образованием 2-оксоглутарата и СО2. Бактерии содержат НАДФ-зависимую изоцитратдегидрогеназу, активность которой регулируется химический модификацией - фосфо-рилированием (инактивация) и дефосфорилированием (активация) при участии бифункцион. фермента изоцитратдегид-рогеназа-киназа (фосфатаза), играющего существ. роль в переключении обмена с ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. на анаплеротич. ("возмещающий" образование промежуточные продуктов ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц.) глиокси-латный цикл. Эукариоты содержат обе формы изоцитрат-дегидрогеназы. Активность НАДФ-зависимого фермента, локализованного в митохондриальном матриксе и цитозоле, контролируется продуктами реакции. Активность НАД-зави-симой изоцитратдегидрогеназы, локализованной исключительно в митохондриальном матриксе, активируется у грибов аденозинмонофосфатом (АМФ) и цитратом, у животных - аденозиндифосфатом (АДФ), цитратом и ионами Са2+.

Реакция 4 катализируется мультиферментным 2-оксоглута-ратдегидрогеназным комплексом, состоящим из трех основные ферментов: 2-оксоглутаратдегидрогеназы, дигидролипоил-сукцинилтрансферазы и дигидролипоилдегидрогеназы.


Схема 2. Цикл трикарбоновых кислот и катаболич. реакции. Двойными стрелками отмечены многостадийные реакции; семиальдегиды кислот w-оксокислоты.

Схема 3. Биосинтетич. и др. реакции, сопутствующие циклу трикарбоновых кислот; аминокислоты, отмеченные звездочкой, в организме высших животных несинтезирую гея.

Сукцинил-КоА в реакции 5, катализируемой сукцинил-КоА -синтетазой, подвергается распаду, в результате которого энергия тиоэфирной связи сукцинил-КоА запасается в виде синтезир. нуклеозидтрифосфата (у бактерий, грибов, растений-АТФ, у животных - ГТФ).

В реакции 6, катализируемой сукцинатдегидрогеназой, происходит превращение сукцината в фумарат. Фермент входит в состав более сложного сукцинатдегидрогеназного комплекса (комплекса II) дыхат. цепи, поставляя восстановит. эквиваленты, образующиеся в реакции, в дыхат. цепь.

Фумарат-гидратаза, катализирующая реакцию 7, осуществляет гидратирование фумарата с образованием L-малата. Активность фермента ингибируется АТФ.

Последняя реакция цикла, 8, катализируется L-малатдегид-рогеназой; L-малат при этом превращаются в оксалоацетат, который может взаимодействие с новой молекулой ацетил-КоА. Реакция обратима, равновесие сдвинуто в сторону образования L-малата (DG0 +29,73 кДж/моль), но в условиях функционирования цикла конечным продуктом реакции является оксалоацетат.

Предполагают, что катализируемые индивидуальными ферментами реакции осуществляются благодаря действию надмолекулярного "сверхкомплекса", так называемой метаболона. Преимущества такой организации ферментов очевидны -при этом не происходит диффузии кофакторов и субстратов, что способствует более эффективной работе цикла.

Наличие в ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. 4 восстановит. реакций (3, 4, 6 и 8), в результате которых на 1 молекулу CH3C(O)SKoA синтезируются 3 молекулы НАДН и 1 молекула ФАДН, определяет необходимые условия для его функционирования. Непрерывная работа цикла требует реокисления НАДН и ФАДН, которое в аэробных условиях, как правило, осуществляется через совокупность переносчиков электронов, составляющих дыхат. цепь, и сопровождается запасанием значительной количества энергии. У животных это 11 молекул АТФ на 1 молекулу окисленного ацетил-КоА. У грибов, растений и особенно бактерий число молекул АТФ, образующихся при окислении НАДН и ФАДН, может быть меньше вследствие разветвления дыхат. цепи.

В анаэробных условиях вместо Так какц. функционируют его окислит. ветвь до 2-оксоглутарата (реакции 1 : 2 : 3) и восстановительная - от оксалоацетата до сукцината (реакции 8 : 7 : 6). При этом не происходит запасания большого количества энергии и функция цикла целиком определяется доставкой веществ для синтеза клеточного материала.

При переходе организма от покоя к активному состоянию возникает потребность в ускоренной мобилизации энергии (обменных процессов). У животных это достигается, в частности, шунтированием наиболее медленных реакций ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. (реакции 1-3) и преимуществ. окислением сукцината. При этом исходный субстрат укороченного ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. (2-оксоглутарат) образуется в результате быстрой реакции переаминирования:

Глутамат + Оксалоацетат 2-Оксоглутарат + Аспартат

Связь ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. с глиоксилатным циклом осуществляется благодаря синтезу в последнем сукцината, который в ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. окисляется до оксалоацетата и служит, т. обр., поставщиком молекул с 4 атомами С в оба цикла на начальных стадиях их функционирования. Благодаря этому возможно функционирование этих циклов, когда в организме избыток соединение с 2 атомами С, например при выращивании бактерий на средах с СН3СООН и С2Н5ОН, а также при прорастании семян масличных растений, во время которого усиленно образуется ацетил-КоА.

Др. модификация ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. (так называемой 4-аминобутиратный шунт) - превращение 2-оксоглутарата в сукцинат, через глу-таминовую кислоту, 4-аминобутират и янтарный семиальдегид (3-формилпропионовая кислота). Эта модификация имеет большое значение для ткани мозга, в которой около 10% глюкозы распадается по этому пути.

Тесное сопряжение реакций ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. с дыхат. цепью, особенно в митохондриях животных, а также особенности регуляции активности индивидуальных ферментов цикла (для большинства из них АТФ является ингибитором) предопределяют снижение активности цикла в условиях генерирования высокого фосфорильного потенциала (отношения АТФ/АДФ) в клетке, и наоборот - активацию цикла при пониж. фосфорильном потенциале. У большинства растений, бактерий и многие видов грибов тесное сопряжение цикла с дыхат. цепью преодолевается развитием альтернативных несопряженных путей окисления, позволяющих поддерживать дыхат. активность и активность ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. на высоком уровне даже в условиях высокого фосфорильного потенциала. ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ ЦИКЛ к. ц. открыт в 1937 X. Кребсом и У. Джонсоном.

Литература: Страйер Л., Биохимия, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 49-68; Ленинджер А., Основы биохимии, пер. с англ., т. 2, М., 1985, с. 477-507; Кондрашова М.Н., "Биохимия", 1991, т. 56, в. 3, с. 388-404; Krebs H. А., Kornberg H. L., Energy transformations in living matter, В., 1957; Krebs H. А., "Persp. Biol. Med.", 1970, v. 14, p. 154-70; Srere P. A., "Ann. Rev. Biochem.", 1987, v. 56, p. 89-124. P. А. Звягильская.


Химическая энциклопедия. Том 4 >> К списку статей


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]    [обратная связь]

 

 

Реклама
автосигнализация pandora lx 3030
Набор аксессуаров для блендера-пароварки Beaba Babycook
Журнальный стол Milli ЖС-18
Таунхаус в поселке Новое Лапино 500 кв. м.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(24.01.2017)