5. Регуляция цикла трикарбоновых кислот

Едва ли можно сомневаться в том, что в большинстве тканей, в которых основная функция цикла лимонной кислоты - обеспечение энергией, дыхательный контроль, осуществляемый при функциониро­вании дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, является определяющим фактором при регуляции активности рассматриваемого цикла. Ак­тивность этого цикла непосредственно связана с по­ступлением окисленных кофакторов дегидрогеназ (например, НAД), которое в свою очередь зависит от доступности AДФ и, в конечном счете, от скоро­сти потребления АТФ. Свойства ряда ферментов это­го цикла указывают на то, что кроме обшей регуля­ции существует также регуляция на уровне самого цикла. В клетках головного мозга, в которых ацетил-КоА образуется в основном из углеводов, регу­ляция цикла лимонной кислоты может происходить на стадии, катализируемой пируватдегидрогеназой. В самом цикле регуляция может осуществляться пу­тем аллостерического ингибирования цитратсинтетазы при действии АТФ или ацил-КоА-производных длинноцепочечных жирных кислот. Митохондриальная НAД-зависимая изоцитратдегидрогеназа аллостерически активируется AДФ и ингибируется АТФ и НAДH₂.

а-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс регулируется, по-видимому, аналогично пируватдегидрогеназе. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется оксалоацетатом, а образование оксалоацетата в малатдегидрогеназной реакции зависит от соотношения [НAДH₂]/[НAД⁺]. Поскольку величина К_м цитратсинтазы для оксалоацетата такого же порядка, что и величина внутримитохондриальной концентрации оксалоацетата, концентрация последнего, по видимому, играет определенную роль в регуляции скорости образования цитрата. Какие из вышеперечисленных механизмов регуляции в самом цикле функционируют in vivo, пока еще не ясно [8].

6.Пентозофосфатный цикл (гексозомонофосфатный путь метаболизма глюкозы).

Открытие пути прямого окисления углеводов, или, как его называют пентозофосфатного цикла, принадлежит О. Варбургу, Ф. Липману

Ф. Дикенсу и В. А. Энгельгарду [1]. Расхождение путей окисления углеводов -классического (цикл трикарбоновых кислот, или цикл Кребса) и пентозофос­фатного - начинается со стадии образования гексозомонофосфата. Если глюкозо-6-фосфат изомеризуется во фруктозо-6-фосфат, который фосфорилируется второй раз и превращается во фруктозо-1,6-бисфосфат, то в этом случае дальнейший распад углеводов происходит по обычному гликолитическому пути.

Если второго фосфорилирования гексозо-6-монофосфата не происходит, то фосфорилированная глюкоза может подвергаться прямому окислению до фосфопентоз (рибозо-5-фосфат и ксилулозо-5-фосфат). В норме доля пентозофосфатного пути в количественном превращении глюкозы обычно невелика, варьирует у разных организмов и зависит от типа ткани и ее функционального состояния.

Пентозофосфатный цикл протекает в цитоплазме и состоит из 2-х этапов:

1. Окислительный.

2.Неокислительный.

Значение окислительного этапа пентозофосфатного цикла.

1.Происходит прямое окисление глюкозофосфата без участия кислорода.

2.Этот этап является одним из главных источников НАДФН₂для клетки. Образуется этот НАДФН₂в цитоплазме, поэтому он не передает свой водород по системе митохондриального окисления на кислород и АТФ не образуется. Он отдает свой водород на синтез жирных кислот, холестерина и других стероидов, а также на монооксигеназные реакции.

3.На 1-м этапепентозофосфатного цикла образуется СО₂- один из конечных продуктов метаболизма без участия кислорода.

4.Образуются пентозы. Эти пентозы являются строительным материалом для синтеза нуклеотидов, коферментов и некоторых других веществ.

Значение неокислительного пути.

1.Обеспечивает завершение 1-го этапа (утилизирует продукты 1-го этапа).

2.Является источником моносахаридов с разным числом углеродных атомов. Это строительный материал для разных синтезов, в том числе для синтезов различных олигосахаридов, которые входят в состав различных клеточных рецепторов.

3.Образующийся ФГА является точкой сопряжения между пентозофосфатным циклом и некоторыми другими путями метаболизма. Например: ФГА может восстанавливаться до фосфоглицерина, который нужен для синтеза жиров. Фосфоглицерин может окисляться до ФГА. ФГА также образуется в процессе гликолиза и является общим метаболитом.

РЕГУЛЯЦИЯ ПЕНТОЗОФОСФАТНОГО ПУТИ

Лимитирующим звеном пентозофосфатного путиокисления углеводов является реакция окисления 6-фосфоглюконовой кислоты, катализируемая

6-фосфоглюконатдегидрогеназой.

V_maxэтого фермента меньше, чем V_maxлюбого другого ферментапентозофосфатного цикла. Поэтому он определяет собой V_maxвсегопентозофосфатного циклав целом и является лимитирующим ферментом. Но он не является ключевым, потому что не является регуляторным.

Регуляторный фермент пентозофосфатного цикла - это глюкозо-6-

фосфатдегидрогеназа.

Его V_maxбольше, чем у 6-фосфоглюконатдегидрогеназы, поэтому он не является лимитирующим. Но он ингибируется избытком АТФ и своего продукта НАДН₂. Значит, в определенных условиях его V_maxможет стать меньше, чем V_max6-фосфоглюконатдегидрогеназы. В этих условиях лимитирующая роль переходит к глюкозо-6-фосфатдегидрогеназе.

Таким образом, роль ключевого фермента пентозофосфатного циклавыполняют сразу 2 фермента - обе дегидрогеназы, которые разделяют между собой функции ключевого и лимитирующего ферментов. Эти ключевые ферменты являются "пунктами вторичного контроля"пентозофосфатного цикла. Скоростьпентозофосфатного циклаопределяется либо 6-фосфоглюконатдегидрогеназой, либо (когда много НАДФН₂ и АТФ) - глюкозо-6-фосфатдегидрогеназой. Реакциипентозофосфатного цикларегулируются генетически на уровне биосинтеза этих ферментов.

Пентозофосфатный циклсуществует не во всех типах клеток. Наиболее интенсивнопентозофосфатный циклпротекает в печени, эритроцитах, надпочечниках, половых железах, жировой ткани и молочной железе. Но даже в этих тканях ГМФ-путем расщепляется не более 25-30% глюкозы. В этих тканяхпентозофосфатный циклимеет такое значение, потому что клеткам нужно много НАДФН₂. Например: В жировой ткани с большой скоростью идет синтез жиров. В печени - синтез жиров, холестерина. В коре надпочечников и в половых клетках синтезируются стероидные гормоны. Для этого нужно много НАДФН₂ [2,6,8].

Регуляция на генетическом уровнеидет медленно, требуется время для проявления эффекта этого типа регуляции. Автономная регуляция приводит к практически мгновенному эффекту[6].

Пентозофосфатный цикл в эритроцитах нужен для обеспечения НАДФН₂, но не для синтезов, а для защиты от токсических эффектов кислорода. В эритроцитах многие ферменты имеют в активных центрах

SH-группы, которые могут окисляться под действием кислорода. Накопленный при распаде глюкозы в пентозофосфатном циклеНАДФН₂позволяет регенерировать эти SH-группы.