БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984

ТОМ 2

ЧАСТЬ II ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ

ГЛАВА 13. ЦИКЛ ТРИКАБОНОВЫХ КИСЛОТ

13.6. При окислительном декарбоксилировании альфа-оксоглутарата образуется сукциннл-СоА

За превращением изоцитрата в а-оксоглу- тарат следует вторая реакция окислительного декарбоксилирования — образование сукцинил-СоА из а-оксоглутарата:

а-Оксоглутарат + NAD⁺ + СоА ⇄ Сукцинил-СоА + СO₂ + NADH.

Реакция катализируется а-оксоглутарат- дегидрогеназным комплексом, организованным ансамблем, состоящим из трех видов ферментов. Механизм этой реакции очень сходен с механизмом превращения пиру- вата в ацетил-СоА. В обоих случаях используются одни и те же кофакторы: NAD⁺, СоА, тиаминпирофосфат, липоамид и FAD. Пируват-дегидрогеназный комплекс и α-оксоглутарат-дегидрогеназный комплекс имеют в действительности

ряд общих структурных особенностей (разд. 13.11).

13.7. Генерирование высокоэнергетической фосфатной связи из сукцинилкофермента А

В сукцинильном тиоэфире СоА имеется связь, богатая энергией. G⁰' для гидролиза сукцинил-СоА около — 8 ккал/моль, что сравнимо с этой величиной для АТР (- 7, 3 ккал/моль). Расщепление тиоэфирной связи сукцинил-СоА сопряжено с фосфорилированием гуанозиндифосфата (GDP):

Сукцинил-СоА + Рi + GDP ⇄ Сукцинат + GTP + СоА.

Эта легкообратимая реакция ∆G⁰' = - 0,8 ккал/моль) катализируется сукцинил-СоА—синтетазой. Фосфорильная группа гуанозинтрифосфата (GTP) в ходе реакции, катализируемой нуклеозиддифос- фокиназой, легко переносится на аденозиндифосфат (ADP) с образованием АТР.

GTP + ADP ⇄ CDP + АТР.

Образование высокоэнергетической фосфатной связи из сукцинил-СоА представляет собою пример субстратного фосфорилирования. В самом деле, это единственная реакция цикла трикарбоновых кислот, непосредственно приводящая к образованию высокоэнергетической фосфатной связи. По контрасту с нею, в процессе фосфорилирования, связанного с дыхательной цепью (называемого также окислительным фосфорилированием), образование АТР сопряжено с окислением NADH или FADH₂ под действием 0₂. Мы уже встречались ранее с субстратным фосфорилированием при анализе двух реакций гликолиза: окисления глицеральдегид-3-фосфата и превращения фосфоенолпирувата в пируват. Окислительному фосфорилированию посвящена следующая глава.

13.8. Регенерирование оксалоацетата при окислении сукцината

Реакции соединений, содержащих четыре атома углерода, составляют последнюю стадию цикла трикарбоновых кислот (рис. 13.4). Сукцинат превращается в оксалоацетат в три этапа: окисление, присоединение молекулы воды (гидратация) и вторая реакция окисления. Таким образом, при каждом обороте цикла происходит регенерирование одной молекулы оксалоацетата и одновременно улавливание энергии в форме FADH₂ и NADH.

Рис. 13.4. Последняя стадия цикла трикарбоновых кислот: от сукцината к оксалоацетату

Сукцинат окисляется в фумарат сукцинат-дегидрогеназой. Акцептором водорода в этой реакции служит FAD, а не NAD⁺, который используется в трех других окислительных реакциях цикла. Роль акцептора водорода в этой реакции выполняет FAD, потому что изменение свободной энергии оказывается недостаточным для восстановления NAD⁺. В реакциях такого типа функцию акцептора электронов почти всегда несет FAD. В молекуле сукцинат-дегидрогеназы изоаллоксазиновое кольцо FAD ковалентно связано с боковой цепью гистидина, входящего в состав фермента (Е-FAD) .

Е — FAD + Сукцинат ⇄ Е — FADH₂ + Фумарат.

Молекула сукцинат-дегидрогеназы содержит кроме флавина четыре атома железа и четыре неорганических сульфида. Гем в состав этого фермента не входит. Атомы железа связаны с неорганическими сульфидами. Белки такого типа известны как железосеропротеины (Fe-S-белки), или белки, содержащие негемовое железо. Железосеропротеины играют важную роль в электронтранспортных системах митохондрий и хлоропластов (разд. 14.4 и 19.9). Сукцинат-дегидрогеназа состоит из компонента 70 кДа, включающего FAD и два кластера FeS-белков, и компонента 27 кДа, содержащего единичный кластер белков. Этот фермент в отличие от других ферментов цикла трикарбоновых кислот является интегральным белком внутренней мембраны митохондрий. Сукцинат-дегидрогеназа непосредственно связана с цепью переноса электронов. FADH₂, образовавшийся при окислении сукцината, не отделяется от фермента (в противоположность NADH). Два электрона FADN₂ прямо переносятся на атомы Fe³⁺ фермента. Конечным акцептором этих электронов служит молекулярный кислород, что будет рассмотрено в гл. 14.

Следующий этап цикла-гидратация фумарата с образованием L-малата. Фумараза катализирует стереоспецифическое транс-присоединение Н и ОН, как было показано в исследованиях с использованием в качестве метки дейтерия. Поскольку ОН-группа присоединяется только с одной стороны двойной связи фумарата, образуется исключительно L-изомер малата.

В конце концов малат окисляется, образуя оксалоацетат. Эта реакция катализируется малат-дегидрогеназой, и роль акцептора электронов в ней опять выполняет NAD⁺.

Малат + NAD⁺ ⇄ Оксалоацетат + NADH + Н⁺.