Вопрос 304

Цикл трикарбоновых кислот

Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл Кребса) является заключи­тельным этапом окисления всех видов клеточного "топлива" в аэробных условиях. Процесс окисления включает ряд последовательных фермента­тивных реакций, замкнутых в цикл (рис. 5.4). Цикл протекает в матриксе митохондрий, в нем не используется молекулярный кислород. Главная функция ЦТК заключается в окислении ацетил-КоА с участием дегидроге-наз (ферментов, содержащих НАД⁺ или ФАД в качестве кофермента) и об­разованием двух молекул СОг и четырех пар атомов водорода в виде вос­становленных коферментов:

СНз-CO-SKoA -> 2СО₂ + ЗНАД-Н + ФАД-Н₂ + ГТФ.

При каждом обороте цикла молекула ацетил-КоА вступает во взаи­модействие со щавелевоуксусной кислотой {ЩУК) с образованием лимон­ной кислоты. Конечным продуктом цикла является та же ЩУК, поэтому она практически не расходуется: одной молекулы ЩУК достаточно для окисления неограниченного количества молекул уксусной кислоты.

Фермент, катализирующий связывание ацетила со ЩУК и запус­кающий цикл лимонной кислоты, - цитрат-синтаза - относится к регуля-торным энзимам; он активируется под действием инсулина и ингибируется АТФ и НАД-Н. Фермент аконитаза обеспечивает равновесие между ли­монной и изолимонной кислотами через образование цис-аконитовой ки­слоты. Следующая реакция катализируется НАД-зависимой изоцитратде-гидрогеназой, которая также может ингибироваться АТФ и НАД-Н, но ак­тивируется АДФ.

Окислительное декарбоксилирование а-кетоглутарата до сукцинил-КоА (необратимый процесс) происходит с помощью а-кетоглутарат-дегидрогеназного комплекса и напоминает окисление ПВК до ацетил-КоА. В качестве коферментов в процессе также участвуют ТДФ, амид липоевой кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД.

Рис. 5.4. Реакции цикла трикарбоновых кислот Кребса

Образовавшийся сукцинил-КоА представляет собой макроэргическое соединение. С участием гуанозиндифосфата (ГДФ), неорганического фос­фата и фермента сукцинил-тиокиназы происходит перенос энергии макро-эргической связи на молекулу ГТФ, которая затем передает свою фосфат-

ную группу на АДФ с образованием АТФ. Такой процесс получил назва­ние субстратного фосфорилирования, так как для образования макроэрги-ческого вещества (в данном случае АТФ) не требуется окисления.

Окисление янтарной кислоты катализируется ФАД-зависимой сукци-натдегидрогеназой, далее фумараза обеспечивает гидратацию фумаровой кислоты и образование малата. В последней реакции цикла Кребса НАД-зависимая малатдегидрогеназа катализирует окисление яблочной кислоты с образованием ЩУК.

Основные биохимические функции цикла трикарбоновых кислот:

• Интегративная - цикл Кребса является своеобразным метаболическим "коллектором", который объединяет пути катаболизма углеводов, липи-дов и белков.

• Энергетическая - в цикле образуется одна молекула АТФ (в процессе субстратного фосфорилирования).

• Водород-генерирующая - ЦТК является основным "генератором водо­рода" для ферментов дыхательной цепи. Ферменты ЦТК, как и пируват-дегидрогеназный комплекс, находятся в матриксе митохондрий и по­этому имеют тесную связь с процессами тканевого дыхания и окисли­тельного фосфорилирования, протекающими в митохондриальных мем­бранах.

Вопрос №28.б

Свободное окисление

Кроме энергетического, в клетке протекает свободное окисление, не сопряженное с синтезом АТФ: микросомальное (в гладком эндоплазмати-

ческом ретикулуме) и пероксисомалъное. Основная роль свободного окис­ления - пластическая и антитоксическая: гидроксилирование углеводо­родных компонентов, в том числе ароматических; синтез стероидных гор­монов и желчных кислот; обезвреживание токсинов и т.д. В свободном окислении участвуют особые флавиновые ферменты и цитохромы Ь; и Р450, способные выполнить эти специфические функции.

Свободнорадикальное перекисное окисление липидов (ПОЛ) в клетке протекает самопроизвольно и постоянно, затрагивая в первую очередь не­насыщенные жирные кислоты в составе мембранных фосфолипидов; в ре­зультате получаются окисленные продукты, которые затем распадаются.

ПОЛ малой интенсивности играет определенную физиологическую роль, так как способствует обновлению компонентов клетки. Вместе с тем чрезмерная активация процессов ПОЛ может привести к разрушению био­мембран, нарушению жизненно важных процессов и гибели клетки. Пере-кисному окислению противостоит система антиоксидантов, включающая как низкомолекулярные вещества - "ловушки" свободных радикалов (ви­тамины Е и А, глутатион, цистеин, аскорбиновая кислота и др.), так и фер­менты (супероксиддисмутаза, пероксидаза и каталаза), превращающие свободные радикалы и вещества, их генерирующие, в менее опасные со­единения.