Окисление a-кетоглутарата до сукцината

Изоцитратадегидрогеназа

Аконитазное равновесие

Оксалоацетат Ацетил-СоА Цитрат

Фермент аконитаза обеспечивает достижение равновесия в системе Лимонная кислота–цис-Аконитовая кислота–Изолимонная кислота. При рН 7,4 и 25^о С в равновесной смеси содержится 91% цитрата, 6% изоцитpата и 3% цис-аконитата.

 

СОО ^- COO^- COO^-

| | |

H – C – H H₂O H – C H₂O H – C – OH

| ↑ || ↓ |

^-OOC – C – OH ↔^-OOC – C ↔ ^- OOC – C – H

| | |

CH₂ CH₂ CH₂

| | |

COO^- COO^- COO^-

Цитрат цис-Аконитат Изоцитрат

Изоцитратдегидрогеназа использует в качестве акцептора электронов НАД⁺. Суммарная реакция, катализируемая изоцитратдегидрогеназой:

COO^- СОО ^- СОО ^-

| | |

H – C – H НАД⁺ CH₂ Н⁺ CH₂

| ↓ | ↓ |

H – C – COO^- ↔Н – C – COO^- ↔ НО– C – H

| ↓ | ↓ |

H – C – ОHНАДН+Н⁺ C = ОСО₂ C = О

| | |

COO^- COO^- COO^-

Изоцитрат Оксалосукцинат a-Кетоглутарат

 

НАД-зависимая дегидрогеназа содержится только в митохондриях и катализирует окисление изоцитрата в цикле Кребса. НАД-зависимая дегидрогеназа – аллостерический фермент, специфический активатор – АДФ. Катализируемая ею реакция сопровождается значительным уменьшением свободной энергии, поскольку отщепление СО₂ принадлежит к числу сильно экзергонических (идущих с выделением энергии) реакций. На активность изоцитратдгидрогеназы влияет также АТФ и НАДН, которые сильно ингибируют фермент, главным счетом, за счет конкуренции с НАД⁺. Именно эта реакция является лимитирующей для всего цикла Кребса.

Окисление a-кетоглутарата протекает в 2 стадии. На первой стадии a-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию, в результате чего образуется сукцинил-S–КоА и СО_2:

 

a-Кетоглутарат + НАД⁺ + КоА–SH ↔ Cукцинил-S–КоА + СО₂ + НАДН + Н⁺

DG¢ = – 8ккал

Эта реакция сходна с реакцией окисления пирувата до ацетил–КоА. Кофакторами фермента a-кетоглутаратдегидрогеназы являются тиаминпирофосфат, липоевая кислота, КоА, НАД⁺, ФАД.

На следующем этапе сукцинил–КоА утрачивает свою КоА-группу, но не путем обычного гидролиза, а в результате реакции с участием гуанозиндифосфата (ГДФ) и неорганического фосфата, при которой освобождающаяся энергия запасается в фосфатной связи ГТФ:

 

Сукцинил-S–КоА + Фн + ГДФ ® Сукцинат + ГТФ + КоА–SH, DG¢ = – 0,7ккал

Реакция катализируется ферментом сукцинилтиокиназой. Образовавшийся в результате этой реакции ГТФ отдает затем свою концевую фосфатную группу АДФ, вследствие чего образуется АТФ:

 

ГТФ + АДФ ↔ ГТФ +АТФ

Синтез АТФ, сопряженный с деацилированием сукцинил-S–КоА, часто называют фосфорилированием на уровне субстрата, чтобы отличить его от реакций фосфорилирования, протекающих при участии дыхательной цепи.

 

СОО^- COO^- COO^-

| | |

CH₂ НАД⁺ + КоА CH₂ Фн + ГДФ CH₂

| ↓ | ↓ |

H – C – H ↔ CH₂ ↔ CH₂

| ↓ | ↓ |

C = OНАДН + СО₂ C = OКоА + ГТФ COO^-

| |

COO^- S – KoA

 

a-Кетоглутарат Cукцинил-КоА Сукцинат