Энергетическая роль общего пути катаболизма

В общем пути катаболизма из 1 молекулы пировиноградной кислоты образуется 3 молекулы СО₂ в следующих реакциях: при окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты, при декарбоксилировании изолимонной кислоты и при декарбоксилировании 2-оксоглутаровой кислоты. Всего при окислении 1 молекулы пировиноградной кислоты отнимается пять пар атомов водорода, из них одна пара – от сукцината и поступает на ФАД с образованием ФАДН₂, а четыре пары – на 4 молекулы НАД⁺ с образованием 4 молекул НАДН+Н⁺ при окислительном декарбоксилировании пировиноградной, 2-оксоглутаровой кислот, дегидрировании изоцитрата и малата. В конечном итоге атомы водорода переносятся на кислород с образованием 5 молекул Н₂О, а выделившаяся энергия аккумулируется в реакциях окислительного фосфорилирования в виде молекул АТФ.

Общий итог:

1. Окислительное декарбоксилирование пирувата ~ 2,5 АТФ.

2. В ЦТК и сопряженных дыхательных цепях ~ 9 АТФ.

3. В реакции субстратного фосфорилирования ЦТК ~ 1 АТФ.

В ЦТК и сопряженных реакциях окислительного фосфорилирования образуется примерно10 АТФ при окислении ацетильной группы одной молекулы ацетил-КоА

Итого в общем пути катаболизма в результате превращений 1 молекулы пировиноградной кислоты выделяется примерно 12,5 молекул АТФ.

5 Амфиболическая функция цикла трикарбоновых кислотвключает катаболические и анаболические реакции.

Катаболические реакции – это окисление ацетил-КоА с выделением и запасанием энергии.

Анаболические реакции (рис. 3):

1. Ацетил-КоА является исходным соединением для синтеза жирных кислот и, следовательно, жиров, изопреноидов (включая стероиды), кетоновых тел. Ацетил-КоА служит донором ацетильной группы в синтезе различных эфиров (ацетилхолин, ацетилглюкозамин и др.).

2. Соединения, участвующие в ЦТК, образуют фонд промежуточных веществ, дающих начало ряду биосинтетических процессов. Например: 2-оксоглутарат является важнейшим акцептором аминогрупп в реакциях трансаминирования: превращается в глутаминовую кислоту, которая затем превращается в глутамин, пролин, орнитин, цитруллин, аргинин и другие метаболиты. Оксалоацетат является ключевым соединением для глюконеогенеза (синтеза углеводов). Путем трансаминирования из оксалоацетата образуются аспарагиновая кислота, аспарагин. Аспарагиновая кислота необходима для получения пиримидиновых нуклеотидов и некоторых аминокислот. Сукцинил-КоА может образовывать с глицином d-аминолевулиновую кислоту, которая конденсируется в порфобилиноген; последний далее используется в синтезе гема, цитохромов. Фумарат является одним из продуктов разложения ароматических аминокислот, он также образуется из аспарагиновой кислоты в цикле мочевины.

Рис. 11.3. Биосинтетическая роль цикла трикарбоновых кислот.

Подписи по стрелкам: Пируват; Ацетил-КоА; Цитрат; Жирные кислоты, стероиды; α-Кетоглутарат; Глутамат; Другие аминокислоты; Пурины; СукцинилКоА; Порфирины, гем; Оксалоацетат; Аспартат; Пиримидины, пурины, аминокислоты

Главной задачей ЦТК является бесперебойное обеспечение субстратами процесса продукции энергии в митохондриях. Поэтому особое значение имеет так называемая анаплеротическая реакция, заключающаяся в синтезе оксалоацетата из пирувата, сопряженном с гидролизом АТФ:

Пируват + АТФ + НСО₃^- → оксалоацетат + АДФ + Рн + Н⁺

Эту реакцию катализирует пируваткарбоксилаза, кофактором которой является биотин.

Итак, общий путь катаболизма обеспечивает: 1) продукцию энергии в дыхательных цепях, поставляя в нее протоны и электроны; 2) ряд биосинтетических процессов, начинающихся от ацетил-КоА и метаболитов ЦТК.