Окисление ацетата дает много энергии

Образующийся в ПВК-дегидрогеназной реакции ацетил-SКоА далее вступает в цикл трикарбоновых кислот (ЦТК, цикл лимонной кислоты, цикл Кребса). Кроме пирувата, в цикл вовлекаются кетокислоты, поступающие из катаболизма аминокислот или каких-либо иных веществ.

Цикл трикарбоновых кислот

Цикл протекает в матриксе митохондрий и представляет собой восемь последовательных реакций.

В первой реакции связываются ацетил и оксалоацетат (щавелевоуксусная кислота) с образованием цитрата (лимонной кислоты), далее происходит изомеризация лимонной кислоты до изоцитрата и две реакции дегидрирования с сопутствующим выделением СОи восстановлением НАД.

В пятой реакции образуется ГТФ, это реакция субстратного фосфорилирования.

Последние три реакции составляют так называемый биохимический мотив, т.е. набор однотипных преобразований некой молекулы. В данном случае мотив представляет собой дегидрирование, гидратацию и новое дегидрирование, и используется для введения кетогруппы в структуру сукцината.

В итоге после восьми реакций цикла вновь образуется оксалоацетат.

Указанный мотив (ФАД-зависимое дегидрирование, гидратация и НАД-зависимое дегидрирование) также присутствует в реакциях β-окисления жирных кислот. В обратной последовательности (восстановление, дегидратация и восстановление) этот мотив наблюдается в реакциях синтеза жирных кислот.
Реакции цикла трикарбоновых кислот
Реакции цикла трикарбоновых кислот

Функции ЦТК 

1. Энергетическая

  • генерация атомов водорода для работы дыхательной цепи, а именно трех молекул НАДН и одной молекулы ФАДН2,
  • синтез одной молекулы ГТФ (эквивалентна АТФ).

2. Анаболическая. В ЦТК образуются

Реакции анаболической функции трикарбоновых кислот
Анаболические реакции ЦТК

Регуляция цикла трикарбоновых кислот

Главным и основным регулятором ЦТК является оксалоацетат, а точнее его доступность. Наличие оксалоацетата вовлекает в ЦТК ацетил-SКоА и запускает процесс.

Обычно в клетке имеется баланс между образованием ацетил-SКоА (из глюкозы, жирных кислот или аминокислот) и количеством оксалоацетата. Источником оксалоацетата является глюкоза (синтез из пирувата в анаплеротической реакции), поступление из фруктовых кислот самого цикла (яблочной, лимонной), образование из аспарагиновой кислоты в результате трансаминирования.

Также большинство аминокислот при своем катаболизме способны превращаться в метаболиты ЦТК, которые далее идут в оксалоацетат, чем также поддерживается активность цикла.

Реакции анаплеротической регуляции цикла трикарбоновых кислот
Пополнение пула метаболитов ЦТК из аминокислот
Роль оксалоацетата в метаболизме

Примером существенной роли оксалоацетата служит активация синтеза кетоновых тел и кетоацидоз плазмы крови при недостаточном количестве оксалоацетата в печени. Такое состояние наблюдается при декомпенсации инсулинзависимого сахарного диабета (СД 1 типа) и при голодании. При указанных нарушениях в печени активирован процесс глюконеогенеза, т.е. образования глюкозы из оксалоацетата и других метаболитов, что влечет за собой снижение количества оксалоацетата. Одновременная активация окисления жирных кислот и накопление ацетил-SКоА запускает резервный путь утилизации ацетильной группы – синтез кетоновых тел. В организме при этом развивается закисление крови (кетоацидоз) с характерной клинической картиной: слабость, головная боль, сонливость, снижение мышечного тонуса, температуры тела и артериального давления.

Влияние и роль оксалоацетата на ЦТК
Изменение скорости реакций ЦТК и причины накопления кетоновых тел при некоторых состояниях
Описанный способ регуляции при участии оксалоацетата является иллюстрацией к красивой формулировке "Жиры сгорают в пламени углеводов". В ней подразумевается, что "пламень сгорания" глюкозы приводит к появлению пирувата, а пируват превращается не только в ацетил-SКоА, но и в оксалоацетат. Наличие оксалоацетата гарантирует включение ацетильной группы (образуемой из жиров и других источников) в первую реакцию ЦТК.
В случае масштабного "сгорания" жирных кислот, которое наблюдается в мышцах при физической работе и в печени при голодании, скорость поступления ацетил-SКоА в реакции ЦТК  будет напрямую зависеть от количества оксалоацетата (или окисленной глюкозы).
Если количество оксалоацетата в гепатоците недостаточно, то ацетильная группа будет уходить на синтез кетоновых тел

Аллостерическая регуляция

Также 1-й, 3-й и 4-й ферменты ЦТК являются чувствительными к аллостерической регуляции метаболитами:

  Ингибиторы Активаторы
Цитратсинтаза АТФ, цитрат, НАДН, ацил-SКоА  
Изоцитрат-дегидрогеназа АТФ, НАДН АМФ, АДФ
α-Кетоглутарат-дегидрогеназа Сукцинил-SКоА, НАДН  

Вы можете спросить или оставить свое мнение.