Нижегородская Государственная медицинская академия Кафедра биохимии имени профессора Г.Я.Городисской

Цикл Кребса (ЦТК)

Понятие о ЦТК §Цикл Кребса представляет собой этап катаболизма углеводов, жиров и белков в аэробных условиях. В цикл вступает молекула ацетилкоэнзима-А, образуются молекула ГТФ, три молекулы НАДН и молекула ФАДН

Реакция 1. Синтез цитрата. Ф ермент - цитратсинтаза,(АЦ = активный центр) субстраты - ацетил-КоА, оксалоацетат,вода продукт - цитрат АЦ фермента Активный центр фермента обладает сродством к молекулам оксалоацетата и ацетил-КоА и обеспечивает их определенную пространственную ориентацию Между отрицательно заряженным атомом кислорода кетогруппы оксалоацетата и водородным атомом ацетил-КоА возникает водородная связь В результате образования водородной связи происходит гиперполяризация пи-связи кетогруппы в направлении атома кислорода и сигма- связи метильной группы в направлении атома углерода Происходит перегруппировка связей в результате чего вместо кетогруппы образуется гидроксильная, а атомы углерода оксалоацетата и ацетил-КоА соединяются сигма-связью Н НО Цитратсинтаза катализирует также гидролиз макроэргической связи ацетил-КоА, за счет энергии гидролиза обеспечивается протекание ферментативного катализа

Реакция 2. Изомеризация цитрата в изоцитрат. Фермент - аконитаза (АЦ = активный центр). Субстрат - цитрат. Продукт - изоцитрат. Промежуточное соединение - цис-аконита АЦ аконитазы Н ОН Активный центр аконитазы, обладающий сродством к молекуле цитрата обеспечивает определенную ориентацию субстрата Под действием активного центра фермента происходит поляризация связей в гидроксильной и одной из метильных групп субстрата Между кислородным атомом гидроксильной группы и водородом метильной возникает водородная связь При возникновении водородной связи образуется молекула воды и цис-аконитаа за счет перегруппировки связей Молекула воды способна изменять свое местоположение в активном центре фермента, при этом происходит сближение атома водорода в ее составе с перекрывающимися р-электронными облаками пи- связи При такой ориентации молекул возможно образование сначала пи-, а затем и сигма-комплекса и присоединение атома водорода к одному из углеродных атомов Присоединение водородного атома идет против правила Марковникова из-за ориентирующего влияния фермента Гидроксильная группа присоединяется к другому углеродному атому с образованием конечного продукта - изо цитрата

2 Реакция 3. Дегидрирование изо цитрата Фермент - изоцитратдегидрогеназа (АЦ = активный центр). Субстрат - изоцитрат Продукт - а-кетоглутарат Кофермент - НАД Активаторы - АДФ, Mn(2+)/Mg(2+) СО2 СОО Н АЦ фермента Н Н2Н 2 е (фермент) + - Н Происходит ориентирование молекулы изо цитрата, обладающей стереоизомерией в АЦ фермента Фермент катализирует декарбоксилирование СООН группы, находящейся в АЦ изоцитрат-ДГ Далее происходит отщепление водородных атомов гидроксильной группы и 2-го С- атома с замыканием Пи-связи С- О. Промежуточным акцептором протонов и электронов служат функциональные группы фермента После этого происходит перенос протона и двух электронов на молекулу НАД+ и освобождение второго протона

Реакция 4. Образование сукцинил-КоА Фермент - а-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс Коферменты - ТПФ,НS-KoA,ФАД,НАД,амид липоевой к-ты Субстрат - а-Кетоглутарат Продукт - сукцинил-КоА Е1-ТПФ СО2 Е1-ТПФ-СНОН-(НСН)2-СООН Липоамид-Е2 Липоамид-Е2-С(О)-(НСН)2-СООН HS-KoA KoA-S-C(O)-(HCH)2-COOH Дигидролипоамид-Е2 Е3-ФАД Е3-ФАДН2 НАД+ НАДН2 Е1 = а-кетоглутаратдегидрогеназаЕ2 = дигидролипоилсукцинилтрансфераза Е3 = дигидролипоилдегидрогеназа

После ориентации сукцинил-КоА в АЦ фермента к молекуле в области двойной связи подходит протон и образуется водородная связь за счет неподеленной электронной пары атома кислорода. При этом поляризуется С-О связи Реакция 5. Образование сукцината Фермент - сукцинил-КоА-синтетаза (АЦ = активный центр). Субстрат - сукцинил-КоА, ГДФ,Фн Продукт - сукцинат,ГТФ В ходе реакции происходит субстратное фосфорилирование ГДФ + Н + Н P O S ГДФ - ОН S ГТФ Вследствие гиперполяризации С-О связей одна из них разрывается, положительный заряд с протона переходит на атом углерода, образуется гидроксильная группа К положительно заряженному углеродному атому подходит ион ортофосфата, ориентируемый конфигурацией АЦ фермента. Между С-атомом сукцината и кислородным атомом фосфата образуется эфирная связь Так как электронная конфигурация группы, содержащей у одного углеродного атома две эфирных связи неустойчива, происходит отщепление молекулы НS-KoA с переходом водородного атома на кофермент и восстановлением двойной С-О связи, эфирная связь при этом становится макроэргической Далее происходит перенос макроэргической связи с сукцината на молекулу ГДФ с образованием ГТФ и сукцината ( субстратное фосфорилирование).

Н Н Реакция 6. Дегидрирование сукцината Фермент - Сукцинатдегидрогеназа (СДГ),ФАД- зависимый (АЦ = активный центр) Субстрат - сукцинат Продукт - фумарат, ФАДН 2 АЦ фермента NN N N O CH3H3C R H H H H H H H СДГ-ФАДН2 Группа ФАД, в отличие от других акцепторов водорода, ковалентно связана с апоферментом и является не кофактором, а простетической группой,и непосредственно участвует в образовании АЦ фермента После ориентирования молекулы сукцината в АЦ фермент осуществляет перенос водородных атомов на простетическую группу с образованием фумарата КоQ 2H 2e + _ H2H2 После восстановления ФАД происходит перенос протонов и электронов с него в дыхательную цепь при участии коэнзима-Q. При этом осуществляется регенерация простетической группы фермента.

АЦ фумаразы обладает сродством к концевым кислым группам молекула фумарата, что обеспечивает правильную ориентацию ее и прохождение дальнейших процессов катализа Реакция 7. Образование малата Фермент - фумараза (АЦ = активный центр) Субстраты - фумарат, вода Продукт - малат Н О Н АЦ фумаразы + Н + + НО К молекуле фумарата в области двойной связи подходит молекула воды, ориентируемая электростатическими силами Действие АЦ фермента обеспечивает повышение поляризации связи О-Н в молекуле воды и облегчает образование пи-комплекса с вовлечением пи-связи молекулы фумарата Далее пи-комплекс спонтанно превращается в сигма-комплекс, молекула воды распадается на протон и гидроксильную группу, положительный заряд протона распределяется на него и два углеродных атома, пи-связь между которыми разрушается В ходе реакции сигма-комплекс также разрушается, атом водорода образует сигма-связь с одним из углеродных, а другой получает положительный заряд Положительно заряженный атом углерода взаимодействует с гидроксильной группой, сначала за счет электростатических сил, а затем образуя сигма-связь с атомом кислорода. Результатом реакции является образование конечного продукта - малата. Малат

Реакция 8. Регенерация оксалоацетата Фермент - малатдегидрогеназа (МДГ), НАД зависимый(АЦ = активный центр). Субстрат - малат, продукт - оксалоацетат АЦ фермента Н Н 2Н 2 е (фермент) +- Н Фермент осуществляет перенос водородных атомов с гидроксильной группы и близлежащего углеродного атома на НАД+ с дальнейшим поступлением их в дыхательную цепь