групп. В образовании ацетил-КоА участвуют карбоксильная группа уксусной кислоты и тиоловая группа (серусодержащая) β- меркаптоэтиламина, входящего в состав КоА.
Цикл начинается с конденсации щавелевоуксусной кислоты (оксалоацетата) с ацетил-КоА с образованием лимонной кислоты (цитрата) и КоА. Реакция катализируется цитратсинтетазой. Далее цитрат изомеризуется в изолимонную кислоту (изоцитрат) через стадию образования цис-аконитовой кислоты (цис-аконитата). Изоцитрат под действием изоцитратдегидрогеназы превращается в α-кетоглютаровую кислоту (αкетоглутарат). Коферментом изоцитратдегидрогеназы является НАД. Дальше α-кетоглутарат под действием α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса, содержащего НАД, ФАД, КоА, ТПФ и амида липоевой кислоты в качестве коферментов, превращается в сукцинил-КоА. На этом этапе происходит окислительное декарбоксилирование. В сукцинилКоА имеется связь, богатая энергией. При гидролизе сукцинил-КоА об-
разуется около 33 кДж/моль, что сравнимо с величиной энергии, необходимой для синтеза АТФ (~30,5 кДж/моль).
Затем янтарная кислота (сукцинат) под действием сукцинатдегидрогеназы, содержащей ФАД в качестве кофермента, превращается в фумаровую кислоту (фумарат). На следующей стадии фумаровая кислота (фумарат) подвергается реакции гидратации с образованием яблочной кислоты (малата). Яблочная кислота под действием НАД-зависимой малатдегидрогеназы превращается в щавелевоуксусную кислоту. Следовательно, в цикле происходит регенерация щавелевоуксусной кислоты, что обеспечивает функционирование цикла трикарбоновых кислот.
3 НАДН и ФАДН2, образующиеся в цикле трикабоновых кислот, окисляются в дыхательной цепи (или в цепи переноса электронов). Генерирование АТФ происходит при транспорте электронов от этих переносчиков на О2. На каждую молекулу НАДН в митохондриях образуется 3 АТФ, а на 1 молекулу ФАДН2– 2 молекулы АТФ. Следовательно, в процессе окислительного фосфорилирования образуется 11 АТФ.
Кроме того, 1 моль АТФ образуется при переходе сукцинил-КоА в сукцинат. Окисление каждого моля пирувата, таким образом, дает 15 молей АТФ. Общая продукция АТФ при окислении одного моля глюкозы:
| Молей + | АТФ - | |
|---|---|---|
| 1 моль глюкозы до 2 молей пирувата | 10 | 2 |
| 2 моля пирувата до 2 молей ацетил-СоА | 6 | 0 |
| 2 моля ацетил-СоА до СО2 и Н2О | 24 | 0 |
| Всего на моль глюкозы | 38 |
Выход энергии при образовании 38 высокоэнергетических фосфатных связей может быть рассчитан как 38 × 50= 1900 кДж/моль глюкозы. Общее содержание свободной энергии глюкозы 2870 кДж/моль. Эффективность выхода энергии в виде АТФ в теле, таким образом, составляет 1900/2870= 0,66. Остальная энергия- 0,34, или 34%, теряется в виде тепла. Перенос восстановленного НАД+ , произведенного во время гликолиза, включает глицерофосфатный челнок, выход АТФ составляет только 2 моля на моль, поэтому выход АТФ при окислении каждого моля глюкозы составит 36 молей. Коэффициент эффективности образования свободной энергии будет равен: 36×50/2870=0,63. Такие расчеты признаются объективным для реакций при нормальных условиях в клетке.
Дыхательная цепь (ферменты тканевого дыхания) – это переносчики протонов и электронов от окисляемого субстрата на кислород. Молекулярный кислород непосредственно не участвует в цикле трикарбоновых кислот. Однако цикл функционирует лишь в аэробных условиях
поскольку НАД+ и ФАД в митохондрии могут генерироваться только при переносе электронов на молекулярный кислород.
Дыхательная цепь состоит из: 1) НАД – зависимой дегидрогеназы; 2) ФАД – зависимой дегидрогеназы; 3) Убихинона ( KoQ ); 4) Цитохромов: b , с , а + а3 .
НАД-зависимые дегидрогеназы. В качестве кофермента содержат НАД и НАДФ. Пиридиновое кольцо никотинамида способно присоединять электроны и протоны водорода.
ФАД и ФМН-зависимые дегидрогеназы содержат в качестве кофермента фосфорный эфир витамина В2 (ФАД).
Убихинон ( КоQ ) отнимает водород у флавопротеидов и превращается при этом в гидрохинон.
Цитохромы – белки -хромопротеиды, способные присоединять электроны благодаря наличию в своем составе в качестве простетических групп железопорфиринов. Они принимают электрон от вещества, являющегося более сильным восстановителем, и передают его более сильному окислителю.
В цитохроме с- порфириновая плоскость ковалентно связана с белком через два остатка цистеина, а в цитохромах b и а она ковалентно не связана с белком.
В цитохроме a + a3 (цитохромоксидазе) вместо протопорфирина содержится порфирин А, который отличается рядом структурных особенностей. В отличие от гема гемоглобина атом железа в цитохромах может обратимо переходить из двух в трехвалентное состояние; это обеспечивает транспорт электронов.
Пентозофосфатный путь. Наряду с циклом трикарбоновых кислот существует другой путь расщепления глюкозы. Первая реакция на этом пути – окисление глюкозо-6-фосфата до 6-фосфоглюконата. Фосфоглюконатный путь (известный также как пентозофосфатный путь или гексозомонофосфатный шунт) не является главным путем окисления глюкозы. Его основное назначение состоит в том, чтобы генерировать в цитоплазме восстановитель в форме НАД∙Н. Его функция особенно важна для клеток, в которых идет восстановительный синтез жирных кислот и стероидов; к ним относятся клетки печени, молочной железы, жировой ткани и коры надпочечников. В скелетных мышцах фосфоглюконатного пути практически нет. Вторая функция этого пути заключается в образовании пентозы, главным образом, D – рибозы для синтеза нуклеиновых кислот. Ступени этого пути на рисунке 10.5.
