Дегидрирование сукцината. 
Трикарбоновые кислоты. 
Изоферменты. 
Метаболические процессы

Образовавшийся на предыдущем этапе сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы (рис2. Реакция 7). Этот фермент — флавопротеин, молекула которого содержит прочно связанный кофермент FAD.

Сукцинат дегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с FAD. Кроме того, обе субъединицы содержат железо-серные центры; одна — Fe2S2, а другая — Fe4S4. В железо-серных центрах атомы железа меняют свою валентность, участвуя в транспорте электронов.

Образование малата из фурамата (рис. 2, реакция 8).

Образование малата происходит при участии фермента фумаратгидротазы. Этот фермент более известен как фумараза.

Фумараза — олигомерный белок, состоящий из 4 идентичных полипептидных цепей. Он расположен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной специфичностью: она катализирует гидратацию только транс-формы фумарата.

8) Дегидрирование малата, приводящее к образованию оксалоацетата и третьей молекулы НАДН (рис. 2, реакция 9). Образующийся в реакции оксалоацетат может вновь использоваться в реакции конденсации с очередной молекулой ацетил-КоА. Поэтому данный процесс носит циклический характер. Реакцию катализирует NAD-зависимая малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий.

Значение цитратного цикла.

Образованием оксалоацетата завершается один оборот цитратного цикла. В одном обороте цикла лимонной кислоты в 2 реакциях декарбоксилирования (превращение изоцитратрата и б-кетоглутарата в сукцинл-КоА) происходит образование 2 молекул СО2. В 4 реакциях цитратного цикла происходит дегидрирование с образованием восстановительных коферментов: 3 молекул NADH+H⁺ и 1 молекулы FADH2 в составе сукцинатдегидрогеназы.

Наконец, на один оборот цикла затрачивается 2 молекулы воды: одна — на стадии образования цитрата, вторая — на стадии гидратации фумарата.

Восстановительные коферменты (3 молекулы NADH и молекула FADH2), образованные в цикле лимонной кислоты, отдают электроны в ЦПЭ на кислород — конечный акцептор электронов. Восстановленный кислород взаимодействует с протонами с образованием воды.

На каждую молекулу NADH при образовании молекулы воды в процессе тканевого дыхания синтезируется 3 молекулы АТФ, а на каждую молекулу FADH2 — 2 молекулы АТФ.

Таким образом, каждый оборот цикла лимонной кислоты сопровождается синтезом 11 молекул АТФ путем окислительного фосфорилирования. Одна молекула АТФ образуется путем субстратного фосфорилирования.

В итоге на каждый ацетильный остаток, включенный в цитратный цикл, образуется 12 молекул АТФ.

Регуляция цитратного цикла.

В большинстве случаев скорость реакций в метаболических циклах определяется их начальными реакциями. В ЦТК важнейшая регуляторная реакция — образование цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА, катализируемая цитратсинтазой. Эта реакция ускоряется при повышении концентрации оксалоацетата — субстрата реакции и тормозится продуктом реакции — цитратом. Когда отношение NADH/NAD? снижается, скорость окисления малата в оксалоацетат возрастает. Повышение концентрации оксалоацетата ускоряет цитратсинтазную реакцию. Скорость реакции снижается при повышении концентрации АТФ, сукцинил-КоА длинноцепочечныхтжирных кислот.

Изоцитратдегидрогеназа, олигомерный фермент, состоит из 8 субъединиц. Присоединение изоцитрата к первой субъединице вызывает кооперативное изменение конформации других, увеличивая скорость присоединения субстрата. Фермент аллостерически активируется АДФ и СаІ?, которые присоединяются к ферменту в разных аллостерических центрах. В присутствии АДФ конформация всех субъединиц меняется таким образом, что связывание изоцитрата происходит значительно быстрее. Таким образом, при концентрации изоцитрата, которая существует в митохондриальном матриксе, небольшие изменения концентрации АДФ могут вызвать значительное изменение скорости реакции. Увеличение активности изоцитратдегидрогеназы снижает концентрацию цитрата, что, в свою очередь, уменьшает ингибирование цитратсинтазы продуктом реакции. При повышении концентрации NADH активность фермента снижается.

бкетоглутаратдегидрогеназный комплекс, имеющий сходное строение с пируватдегидрогеназным, в отличие от последнего, не имеет в своем составе регуляторных субъединиц. Главный механизм регуляции б-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса — ингибирование реакции NADH и сукцинил-КоА.

б-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, как и изоцитратдегидрогеназа, активируется СаІ⁺, а при повышении концентрации АТФ скорости обеих реакций снижаются.

В регуляции цитратного цикла существует множество дополнительных механизмов, обеспечивающих необходимый уровень метаболитов и их участие в других метаболических путях.

Компартментализация ферментов, участвующих в реакциях окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла лимонной кислоты, играет важную роль в регуляции этих процессов.

Внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для анионов и катионов, в том числе и для промежуточных продуктов цитратного цикла, которые могут быть перенесены через мембрану только при участии специальных белков. Поэтому ферменты цитратного цикла имеют больше возможностей для взаимодействия с продуктами предыдущих реакций, чем в случае свободного удаления этих продуктов из митохондрий.

Доступность субстратов возрастает также в результате образования ферментных комплексов. Малатдегидрогеназа и цитратсинтаза образуют непрочные комплексы, в которых цитратсинтаза может использовать оксалоацетат, непосредственно образующийся малатдегидрогеназой.

В ПДК и б-кетоглутаратдегидрогеназном комплексе субстраты непосредственно передаются от одного фермента к другому: только трансацилаза может взаимодействовать с промжуточным продуктом, связанным с ТДФ, дигидролипоилдегидрогеназа — с дигидролипоевой кислотой.

NAD⁺, NADH, КоА, ацетил-КоА сукцинил-КоА не имеют транспортных белков в мембране митохондрий. Поэтому эти соединения не могут пройти через митохондриальную мембрану.

Накопление ацил-КоА производных, таких как ацетил-КоА или сукцинил-КоА, в митохондриальном матриксе ингибирует другие реакции, для которых необходим КоА.

Тесная связь цитратного цикла с ЦПЭ поддерживается благодаря использованию в этих реакциях общего фонда NAD⁺ и NADH.