|
Первой реакцией цикла трикарбоновых кислот (рис. 22) является катализируемая ферментом цитратсинтетазой реакция конденсации ацетил-КоА со щавелеуксусной кислотой с образованием лимонной (трикарбоновой) кислоты, откуда цикл и получил свое название. Далее следуют две последовательные реакции присоединения и отщепления молекулы воды с образованием изолимонной кислоты, которая затем дегидрируется и после отщепления СОг переходит в а-кетоглутаровую кислоту. В реакции дегидрирования изолимонной кислоты (как и во всех
последующих реакциях дегидрирования) освобождаются 2 водородных атома, которые в цепи дыхательных ферментов окисляются до воды и вследствие сопряжения окисления с фосфо-рилированием (см.. раздел 5.1 первой главы) образуют АТФ. а-кетоглутаровая кислота подвергается окислительному декар-боксилированию с образованием янтарной кислоты. Эта реакция подобно окислительному декарбоксилированию пировиноград-ной кислоты сопровождается отщеплением СОг и 2 водородных атомов (в цикле это вторая пара водородных атомов) с соответствующим энергетическим выходом.
Следующая реакция цикла является также энергодающей, поскольку янтарная кислота окисляется (дегидрируется) до фу-маровой кислоты (3-я пара водородных атомов). Наконец, фу-маровая кислота после присоединения молекулы воды превращается в яблочную, которая дегидрируется (это уже 4-я пара водородных атомов) с образованием щавелевоуксусной кислоты. Цикл таким образом замкнулся, так как вступившая в реакцию с уксусной кислотой щавелевоуксусная кислота вновь полностью регенерирует. ,
Каждая из реакций цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) катализируется специальными ферментами. Существенную роль при этом играют специфические дегидрогеназы, катализирующие окисление изолимонной, а-кетоглутаровой, янтарной и яблочной кислот. Скорость цикла трикарбоновых кислот лимитируется дегидрогеназой изолимонной кислоты. Это регуляторный фермент. Положительным модулятором для него служит АДФ, а отрицательным — АТФ.
Главная функция ЦТК — дегидрирование и декарбоксилиро-вание уксусной кислоты, в результате чего образуются 2 молекулы СОг и четыре пары атомов водорода:
Каждая пара атомов водорода, как мы уже знаем, проходит далее по дыхательной цели ферментов к молекулярному (вдыхаемому) кислороду. Значительная часть высвобождаемой при этом энергии посредством сопряженного с окислением фосфорилирования запасается в макроэргических фосфатных связях АТФ — в оптимальных условиях по 3 молекулы АТФ на каждую пару водородных атомов. Таким образом, окисление 1 молекулы уксусной кислоты в цикле Кребса приводит к образованию 12 молекул АТФ. При расчете энергетического выхода окисления глюкозы это число следует удвоить, поскольку глюкоза распадается на две триозы, образующие затем по две молекулы уксусной кислоты, каждая из которых проходит через цикл Кребса, сгорая до СОг и Н20. Если, как отмечалось выше, при окислении глюкозы до стадии образования уксусной кислоты накапливается 14 молекул АТФ, то всего при полном окислении глюкозы может образоваться (14+2-12) =38 молекул АТФ. Отсюда видно, насколько более эффективно аэробное окисление, чем анаэробное,— почти в 20 раз. Аэробное окисление более эффективно и по степени аккумуляции высвобождаемой при этом энергии, приближаясь к 50% по сравнению с 40% при анаэробном окислении.
Цикл трикарбоновых кислот занимает центральное место в цепи катаболических реакций организма—это общий конечный путь окислительного распада всех основных пищевых компонентов.
Как видно из рис. 23, ЦТК является общим для всех основных химических компонентов пищи (белков, липидов и углеводов) потому, что каждый из них после прохождения специфических, свойственных только данному компоненту, превращений образует один и тот же метаболит — уксусную кислоту, точнее активную форму уксусной кислоты (ацетил-КоА). В ЦТК, таким образом, как бы сходятся основные катаболические пути обмена веществ. Этот цикл представляет собой главный механизм окисления в клетке, потому, может быть, его образно называют метаболическим «котлом».
Как уже отмечалось, щавелевоуксусная кислота в ЦТК полностью регенерирует. Пройдя цикл," она может вновь и вновь в него включаться, вовлекая в процесс окисления бесконечное число молекул уксусной кислоты. Это означает, что щавелевоуксусная кислота в ЦТК практически не расходуется. В равной мере это относится и ко всем другим промежуточным метаболитам ЦТК. Отмеченная особенность обмена является важным эволюционным приобретением. Действительно, во-первых, одна молекула любого промежуточного продукта ЦТК может катализировать расщепление многих молекул уксусной кислоты, и, во-вторых, для окисления основных химических компонентов пищи не требуется какой-то специальной системы — оно осуществляется с участием самих метаболитов, образующихся из этих же компонентов.
Отличительной чертой катаболизма углеводов является их способность к окислению двумя путями — гексозодифосфатным, который мы уже рассмотрели, и гексозомонофосфатным (его называют также пентозофосфатным или фосфоглюконатным).
.......................................................................................................................... |
