Цикл трикарбованых кислот

ЦКТ является механизмом, который с одной стороны лежит в основе как аэробных микроорганизмов, так и некоторых анаэробных микрооргаизмов; он позволяет микроорганизмам обеспечивать расщепление субстрата, а с другой стороны ЦТК обеспечивает конструктивный метаболизм промежуточными соединениями (метаболитами), которые используют в синтезе различных соединений. Так например: α-кетоглутаровая кислота используется на синтез глутаминовой кислоты, аргинина, пролина. ЩУК лежит в основе синтеза ряда аминокислот.

Роль ЦТК в энергетическом метаболизме. В процессе дыхания ацетил-КоА продукт реакции ІІ этапа конденсируют ЩУК с образованием С₆-соединения лимонной кислоты (первый продукт ЦТК). Лимонная кислота под действием фермента акнонитазы сначала ферментативно превращается в цис-Апонитовую кислоту, а потом в изо-лимонную кислоту, которая превращается в щавлево-янтарную кислоту (с помощью изоцитрат-дегидрогеназа). На этом этапе происходит отщепление 2 атомов Н∙ из изолимонной кислоты и переносит их на простетическую группу кофермета данного фермета, образуется НАДФ∙Н₂. ЩЯК под действием того же фермета подвергается декарбоксилированию с образованием α-кетоглутаровой кислоты и СО₂. α-кетоглутаровая кислота в присутствии α-кетоглутаратдегидрогеназы подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием сукцинил-КоА, СО₂ и НАД∙Н₂. На этом этапе происходит полное декарбоксилирование глюкозы. Сукцинил-КоА под действием фермента сукцинилтиокиназы трансформируется в янтарую кислоту. На этом этапе имеет место единственное субстратное фосфорилироваие, которое приводит к образованию ГТФ (эквивалент АТФ). Суцинат подвергается дегидрированию сукцинатдегидрогеназой, образуется фумаровая кислота и ФАД∙Н₂. Фумаровая кислота переходит в яблочную (малат) ферментативно. Яблочная кислота атакуется дегидрогеназой и реакция регенерирует ЩУК и образуется НАД∙Н_2.

Внутри этого цикла функционирует глиоксалатный шунт, который приводит к более быстрому регенерированию ЩУК . Функционироваие этого шунта имеет место в молодой быстрорастущей культуре, у которой происходит отток ЩУК на биосинтетические нужды.

Внутри этого цикла при функционировании глиоксалатного шунта изолимонная кислота под действием изоцитрат-лиазы распадается на С₂-соединение-глиоксиловую кислоту и С₄-соединение-янтарную кислоту. Янтара кислота включается в ЦТК и через 3 ферментативные реакции превращается в ЩУК. С₂-соединение – глиоксиловая кислота поде действием фермента малат-синтетазы конденсирует с С₂-соединением - Ацетил-КоА (продукт 2 этапа дыхания), что приводит к образованию яблочной кислоты, которая превращается в ЩУК. Большинство реакций ЦТК могут идти в обратном направлении (анаплеротические реакции). Эти реакции не связаны с энергетическим метаболизмом, а работают на конструктивый метаболизм.

Общая формула дыхания: С₆Н₁₂О₆+6О₂=6СО₂+6Н₂О+38 АТФ

Дыхательная цепь

Н₂ с восстановленных переносчиков НАД, НАДФ, ФАД, которые образуются при окислении глюкозы на всех этапах дыхания поступает в дыхательную цепь (ДЦ). ДЦ это система белковых и небелковых переносчиков, которые располагаются в липидной части ЦПМ. Для них характерно: структурно и функционально связанны друг с другом (локализованы в ЦПМ, все переносчики располагаются друг за другом согласно своему окислительно-восстановительному потенциалу). Конечным акцептором является О₂. В суктуру ДЦ входят 3 главных класса окислительно-восстановительных ферментов: пиримидин-, флавинзависимые дегидрогеназы, цитохромы. Кроме ферментов в структуре ДЦ имеются переносчики (2 группы) не обладающие ферментативной активностью – это FeS-белки (имеют железо-серные центры), которые имеют белковую компоненту и хиноны (небелковые вещества) в своей стуктуре.

Пиримидинзависимые дегидрогеназы – это ферменты, в составе кофермента содержащиеНАД или НАДФ. В бактериальной клетке обнаружены более 250 разновидностей – это свидетельствует о том, что микроорганизмы содержат свои видоспецифические ферменты этого класса.Пиримидинзависимые дегидрогеназы находятся в различной степени связанности с ЦПМ ( их главной функцией является отщепление Н₂ от субстрата и доставка на І акцептор ДЦ).

Флавинзависимые дегидрогеназы – это ферменты, в качестве простетической группы содержащие ФАД или ФМН, эта группа дегидрогеназ очень плотно связана с ЦПМ. Их основное назначение – перенос Н∙ с пиримидинзависимых дегидрогеназ на FeS-белки (или другие следующие за ними по цепи переносчики). Важными ФДГ является сукцинат дегидрогеназа, в структуру которой входит ФАД, а также НАД∙Н₂ дегидрогеназа – первый акцептор ДЦ, в структуру которого включен ФМН. Первые дегидрогеназы переносят Н₂ в атомарной форме.

FeS-белки. Имеют белковую компоненту и в зависимости от своего строения могут переносить1-2 электрона, что связано с изменением валентности железа в составе молекулы.

Хиноны – это жирорастворимые соединения, которые могут осуществлять обратимые окислительно-восстановительные реакции за счет присоединения 2 атомов Н∙. Наиболее распространен убихинон.

Цитохромы – это белки-ферменты, которые в своей структуре содержат порфириновые простетические группы – геммы. Цитохромы осуществляют перенос электронов. Обнаружены несколько групп этих молекул: в, с, а, о,которые отличаются друг от друга своим окислительно-восстановительным потенциалом. Последним цитохромом ДЦ, который обеспечивает переброс электрона на О₂, называется цитохромоксидазой. Образование воды имеет место при передаче на О₂ 4Н∙ и образование Н₂О₂ при переносе 2Н∙.

У микроорганизмов разных групп имеются индивидуальные наборы переносчиков ДЦ. Главное отличие касается прежде всего природы ПДГ, во-вторых, различия могут быть на уровне хинонов. Помимо убихинона у микроорганизмов может быть менохинон. Также различия могут касаться терминального участка ДЦ – цитохромов. У одних микроорганизмов цитохромоксидаза может быть а , у других о, у некоторых микроорганизмов может отсутствовать цитохром с.