Общая микробиология - Шлегель Г. 1987
Основные механизмы обмена веществ и преобразования энергии
Цикл трикарбоновых кислот
Цикл трикарбоновых кислот (рис. 7.7) служит для окисления двухуглеродного соединения ацетата до СО2 с отщеплением водорода. При участии трех дегидрогеназ водород переносится на NAD(P), а под действием сукцинатдегидрогеназы-непосредственно на хинон. Как правило, коферменты передают водород в дыхательную цепь.
Сначала под действием цитратсинтазы ацетилкофермент А присоединяется к оксалоацетату; при этом образуется цитрат и освобождается кофермент А. Хотя молекула цитрата обладает зеркальной симметрией, она расщепляется асимметрично. Аконитатгидратаза катализирует обратимое взаимопревращение трех трикарбоновых кислот:
Рис. 7.7. Цикл трикарбоновых кислот. Чтобы подчеркнуть асимметричное расщепление цитрата, углеродные атомы, происходящие из ацетата, вплоть до 8-й реакции выделены красным цветом. Сукцинат - первое соединение с симметричным строением. Глиоксилатный цикл показан прерывистыми линиями. Участвующие ферменты: 1 - цитратсинтаза; 2 и 3 - аконитатгидратаза; 4 и 5 - изоцитратдегидрогеназа; 6 - а-кетоглутаратдегидрогеназа; 7 - сукцинаттиокиназа; 8 - сукцинатдегидрогеназа; 9 - фумараза; 10 - малатдегидрогеназа; 11 - изоцитратлиаза; 12 - малатсинтаза.
Изоцитратдегидрогеназа катализирует реакции, ведущие от изоцитрата к 2-оксоглутарату. Существует одна NADP-зависимая система ферментов и одна NAD-зависимая. Оксалосукцинат остается, видимо, связанным с ферментом. 2-Оксоглутаратдегидрогеназа катализирует превращение, аналогичное пируватдегидрогеназной реакции. Помимо ферментного белка в нем участвуют тиаминпирофосфат, липоат, кофермент A, NAD и Mg2 +. Сукцинат может освобождаться прямо из сукцинил-СоА под действием СоА-ацилазы или в реакции, сопряженной с фосфорилированием ADP:
Сукцинатдегидрогеназа окисляет сукцинат в фумарат и передает электроны на убихинон и Fe3+ -цитохром b. Фумараза (фумаратгидратаза) присоединяет воду к фумарату; такая гидратация стереоспецифична и приводит к образованию малата. С помощью малатдегидрогеназы происходит дегидрирование малата до оксалоацетата, и тем самым регенерируется акцептор ацетата. Все реакции, кроме образования сукцинил-СоА, обратимы.
В конечном счете окисление ацетата в цикле трикарбоновых кислот дает 2 молекулы СО2 и 8 [Н] (из них 6 [Н] на уровне пиридиннуклеотидов и 2 [Н] на уровне флавопротеинов). Кроме того, образуется молекула высокоэнергетического соединения.
Цикл трикарбоновых кислот не только выполняет функцию конечного окисления органических веществ, но и обеспечивает процессы биосинтеза различными предшественниками, такими как 2-оксоглутарат, оксалоацетат и сукцинат. Отсутствие этих кислот привело бы к нехватке оксалоацетата, который служит акцептором для ацетил-СоА, и тем самым к нарушению цикла. Восполнение потерь промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот-функция так называемых анаплеротических реакций. Важнейший механизм обеспечения цикла С4-дикарбоновыми кислотами состоит в карбоксилировании пирувата и фосфоенолпирувата (С3 + С1→С4). Эти реакции будут подробнее рассмотрены позже (разд. 7.5).