Биохимия человека Том 1 - Марри Р. 1993

Биоэнергетика и метаболизм углеводов и липидов
Цикл лимонной кислоты: катаболизм ацетил-СоА
Амфиболическая роль цикла лимонной кислоты

Некоторые метаболические пути оканчиваются метаболитами, входящими в состав цикла; другие же, наоборот, берут начало от его метаболитов. Речь идет о процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования и синтеза жирных кислот. Эти процессы более подробно рассмотрены в последующих главах, ниже кратко охарактеризована их связь с реакциями цикла.

Рис. 17.6. Синтез кофермента А из пантотеновой кислоты.

Глюконеогенез, переаминирование и дезаминирование

Все главные соединения, участвующие в цикле, от цитрата до оксалоацетата являются потенциально глюкогенными. И в печени, и в почках из них может образовываться глюкоза, поскольку в этих органах имеется полный набор ферментов, необходимых для глюконеогенеза (см. с. 196). Ключевым ферментом процесса глюконеогенеза является фосфоенолпируваткарбоксикиназа, катализирующая декарбоксилирование оксалоацетата (при участии GTP в качестве источника высокоэнергетического фосфата) с образованием фосфоенолпирувата (рис. 17.7):

Оксалоацетат + GTP → Фосфоенолпируват + СО₂ + GDP.

Поступление соединений в цикл осуществляется в результате нескольких различных реакций. Одной из наиболее существенных является образование оксалоацетата путем карбоксилирования пирувата, катализируемого пируваткарбоксилазой:

АТР + СО₂ + Н₂О + пируват → оксалоацетат + ADP + Р_i.

Эта реакция обеспечивает адекватные концентрации оксалоацетата при его конденсации с ацетил-СоА. Если концентрация ацетил-СоА увеличивается, он действует как аллостерический активатор пируваткарбоксилазы, ускоряя образование оксалоацетата. Лактат, являющийся важным субстратом глюконеогенеза, вступает в цикл после превращения сначала в пируват, а затем в оксалоацетат.

В реакциях, катализируемых трансаминазами, пируват образуется из аланина, оксалоацетат — из аспартата и а-кетоглутарат — из глутамата. Вследствие обратимости этих реакций цикл может служить источником углеродных скелетов при синтезе заменимых аминокислот. Например:

Определенный вклад в глюконеогенез вносят и другие аминокислоты, поскольку после дезаминирования или переаминирования их углеродный скелет полностью или частично включается в цикл. Примерами служат аланин, цистеин, глицин, гидроксипролин, серин, треонин и триптофан, из которых образуется пируват; аргинин, гистидин, глутамин и пролин, из которых образуется глутамат и далее а-кетоглутарат; изолейцин, метионин и валин, из которых образуется сукцинил-СоА; из тирозина и фенилаланина образуется фумарат (рис. 17.7). Вещества, образующие пируват, либо полностью окисляются до СО₂ по пируватдегидрогеназному пути, ведущему к образованию ацетил-СоА, либо следуют по пути глюконеогенеза с образованием оксалоацетата в результате карбоксилирования.

Рис. 17.7. Участие цикла лимонной кислоты в процессах переаминирования и глюконеогенеза. Жирными стрелками выделен главный путь глюконеогенеза.

Рис. 17.8. Участие цикла лимонной кислоты в синтезе жирных кислот из глюкозы. См. также рис. 23.9.

Для жвачных животных особое значение имеет превращение пропионата (главного глюкогенного продукта процесса брожения, происходящего в рубце) в сукцинил-СоА по пути, идущему через образование метилмалонил-СоА (см. рис. 20.2).

Синтез жирных кислот (рис. 17.8)

Ацетил-СоА, образующийся из пирувата при действии пируватдегидрогеназы, служит главным строительным блоком при синтезе длинноцепочечных жирных кислот у млекопитающих (исключением являются жвачные животные, у которых ацетил-СоА образуется непосредственно из ацетата). Поскольку пируватдегидрогеназа является митохондриальным ферментом, а ферменты синтеза жирных кислот локализованы вне митохондрий, клетки должны осуществлять транспорт ацетил-СоА через непроницаемую для него митохондриальную мембрану. «Транспорт» осуществляется следующим образом: ацетил-СоА вступает в цикл лимонной кислоты, где участвует в образовании цитрата; последний транспортируется из митохондрии и в цитозоле снова превращается в ацетил-СоА в результате реакции, катализируемой ферментом АТР-цитрат-лиазой.

Цитрат + АТР + СоА → Ацетил-Соа + Оксалоацетат + ADP + Р_i.

Регуляция цикла лимонной кислоты

Этот вопрос будет обсуждаться в гл. 22.

Литература

Boyer Р. D. (ed.) The Enzymes, 3rd ed., Academic Press, 1971. Goodwin T. W. (ed.) The Metabolic Roles of Citrate, Academic Press, 1968.

Greville G. D. Vol. 1, p. 297. In: Carbohydrate Metabolism and

Its Disorders, Dickens F., Randle P. J., Whelan W. J. (eds), Academic Press, 1968.

Lowenstein J.M. Vol. 1, p. 146. In: Metabolic Pathways, 3rd ed., Grenberg D. M. (ed.), Academic Press, 1967.

Lowenstein J. M. (ed.) Citric Acid Cycle: Control and Compartmentation, Dekker, 1969.

Lowenstein J. M. (ed.) Citric Acid Cycle, Vol. 13. In: Methods in Enzymology. Academic Press, 1969.

Srere P. A. The enzymology of the formation and breakdown of citrate, Adv. Enzymol., 1975, 43, 57.