Ди –және трикарбон қышқылдар циклі

Гликолиз процесінің соң ғ ы ө німі - пирожү зім қ ышқ ылы аэробтық жағ дайда митохондрияларғ а ауысып, толығ ынан СО2 мен Н₂0 дейін ыдырайды. Ағ ылшын биохимигі Г.Кребстің ұ йғ аруынша, бұ л тотығ у процесі, біріншіден, ди- жә не трикарбон қ ышқ ылдары пайда болу арқ ылы жү зеге асады. Сондық тан оны ди- жә не трикарбонды қ ышқ ылдар, немесе нә тижесінде кө мірсулар, майлар жә не белоктардың тотығ уы аяқ талатын Кребс циклі деп атайды. Пирожү зім қ ышқ ылы молекуласының толық тотығ уынан судың екі жә не кө мірқ ышқ ыл газының ү ш молекуласы пайда болады:

Пирожү зім қ ышқ ылының біртіндеп тотығ у процесінде алуан тү рлі аралық тө рт немесе, алты кө міртекті органикалық қ ышқ ылдар пайда болады. Тү рліше реакциялар нә тижесінде бө лінген энергия кө птеген АТФ молекулаларының синтезделуіне пайдаланылады. Пирожү зім қ ышқ ылының тотығ у жолдарын екі сатығ а бө луге болады: 1) оның карбоксилсізденіп тотығ у нә тижесінде ацетил КоА-ның пайда болуы; 2) ацетил КоА қ алдығ ының трикарбонды қ ышқ ылдар циклінде тотығ уы.

Пирожү зім қ ышқ ылының тотығ а карбоксилсізденуі пируватде-гидрогеназалық кешенмен (комплекс) катализденеді. Бұ л ө те кө п сатылы, кү рделі (4.1-сурет) процестің жалпы желісін тө мендегіше бейнелеуге болады:

Пируватдегидрогеназалық кешен ү ш тү рлі ферменттің кө птеген кө шірмелерінен қ ұ ралғ ан. Олардың ә рқ айсысы циклдің жекеше сатыларын катализдейді. Ең бірінші болып пируват: липоамид-оксидоредуктаза іске қ осылады. (4.1-сурет, ФЕРМІ). Тиаминпирофосфат апоферменттен оң ай бө ліне алады. Фермент пирожү зім қ ышқ ылынан карбоксил тобының (С0₂тү рінде) бө лінуін қ амтамасыз етеді де, пайда болғ ан С₂-қ алдық ты екінші ферментпен ковалентті байланыс-кдн кофермент - липой қ ышқ ылының соң ғ ы кү кірт атомына ауыстырады. Осы реакцияның барысында С2-бірлік уақ ытша тиаминпи-рофосфаттың тиазолды сақ инасына ацетол кү йінде жалғ асады.

Екінші фермент, ацетил-КоА: дигидролипоамид-8-ацетилтранс-фераза (ФЕРМ2) ацетил қ алдығ ын липой қ ышқ ылынан А-коферменттің сульфгидрилді тобына ауыстырады. Нә тижесінде ацетил-КоА тү зіледі де липой қ ышқ ылы тотық сызданғ ан кү йде қ алады. Одан кейін ол тотық тырғ ыш ретінде НАД⁺ пайдаланатын ФАД-тә уелді НАДН: липоамид-оксидоредуктаза фсрмснтімен тотығ ады (ФЕРМЗ).

Пайда болғ ан НАДН электрондар тасымалдаушы тізбектегі ішкі НАДН-дегидрогеназа ферментімен тотығ ып, нә тижесінде АТФ-тың ү ш молекуласы тү зіледі.

Трикарбонды қ ышқ ылдар циклі (4.2-сурет) ацетил-КоА-ның ацетил қ алдығ ының қ ымыздық сірке қ ышқ ылымен ә рекеттесіп трикарбонды лимон қ ышқ ылының пайда болуынан басталады.

Лимон қ ышқ ылы аконитаза ферментімен катализденетін реакцияның нә тижесінде изолимон қ ышқ ылына айналады. Бұ нда алдымен су элементтері бө лініп цисаконит қ ышқ ылы қ алыптасады да, оғ ан су элементтері қ осылып изолимон қ ышқ ылына айналады.

Осыдан соң изолимон қ ышқ ылы тотығ а карбоксилсізденіп, одан а-кетоглутар қ ышқ ылы пайда болады. Изоцитратдегидрогеназа ферменті катализдейтін осы реакцияда а-кетоглутараттан СО2 бө лінеді жә не НАДН пайда болады. Бұ л реакцияның нә тижесінде сукцинил-КоА тү зіледі.

Одан ә рі сукцинил-КоА-дан, АДФ жә не Н₃Р0₄ қ атысуымен янтар қ ышқ ылы мен АТФ пайда болып, КоА-ЗН бө лініп шығ ады. Бұ ндағ ы АТФ субстраттық фосфорлану ө німі болып есептеледі. Бұ л реакция сукцинил-КоА-синтетаза ферментінің қ атысуымен жү зеге асады.

Янтар қ ышқ ылынан сукцинатдегидрогеназа ферментінің ә серінен сутегінің екі атомы бө лініп фумар қ ышқ ылы пайда болады. Сукцинатдегидрогеназа - ФАД-тә уелді флавопротеин. Бұ л - трикарбонды қ ьшқ ылдар цикліндегі митохондрияның ішкі мембранасында орналасқ ан фермент. Реакцияның барысында ФАД ФАДН, -ге дейін тотық сызданады. Соң ында электрондар тасымалдану тізбегінде ФАДН, тотығ ып, бө лінген энергия есесінен АТФ-тың екі молекуласы тү зіледі.

Фумар қ ышқ ылы фумараза, немесе фумаратгидратаза ферментінің ә серінен су молекуласын қ осып алма қ ышқ ылына айналады.

Циклдің ең соң ғ ы сатысында алма қ ышқ ылы НАД-тә уелді малат-дегидрогеназаның ә серінен тотығ ып, қ ымыздық сірке қ ышқ ылына айналады. Ол ө здігінен енолдық кү йге ауысып, ацетил КоА-ның

кезекті молекуласымен реакцияғ а тү седі де, цикл кайтадан басталады.

Сонымен Кребс циклінің бір айналымында пирожү зім қ ышқ ылы тотығ уынан СО2—нің ү ш молекуласы бө лініп, ү ш молекула су еніп катысады жә не сутегінің бес жұ п атомы бө лініп шығ ады.

Жоғ арыда кө рсетілгендей Кребс циклі алдымсн хайуанаттар организмінде ашылғ ан болатын. Оның ө сімдіктерде болатындығ ын ең бірінші дә лелдеген ағ ылшын зерттеушісі А.Чибнелл (1939) болды. Ө сімдік клеткаларында циклде келтірілген барлық органикалық қ ышқ ылдар кездеседі. Осы реакцияларды катализдейтін барлық ферменттер де табылды. Кребс циклі ферменттерінің басым кө пшілігі ­митохондрия матриксінде, аконитаза мен сукцинатдегидрогеназа (ферменттері - митохондрияның ішкі мембранасында орналаскан.

Глиоксилаттық цикл

Бұ л процесті Кребс циклінің ө згерген тү рі деп қ арауғ а болады. Ол бірінші рет 1957 ж. Г.П.Корнберг жә не Г.А.Кребс зерттеулерінің нә тижесінде бактерияларда жә не зең саң ырауқ ұ лақ тарда ашылғ ан болатын. Кейінірек майлы ө сімдіктердің тұ қ ымдарына жә не басқ а ө сімдіктерге де тә н болатындығ ы анық талды. Глиоксилаттық цикл клетканың глиоксисомаларында жү зеге асатындығ ы белгілі болды.

Онда ең алдымен қ ымыздық сірке қ ышқ ылынан жә не ацетил-КоА-дан лимон қ ышқ ылы синтезделіп, одан цис-аконит жә нс изо­лимон қ ышқ ылы пайда болады. Изолимон қ ышқ ылы изоцитратли-аза ферментінің ә серінен глиоксил жә не янтар кышқ ылдарына ыдырайды. Глиоксил қ ышқ ылы малатсинтазаның қ атысуымен ацетил-КоА-ның екінші молекуласымен ә рекеттесіп, алма қ ышқ ылына айналады да, ол қ ымыздык сірке қ ышқ ылғ а дейін тотығ ады:

Сонымен глиоксилаттық циклдің ә р бір айналымында ацетил-КоА-ның екі молекуласы қ атысады. Осы ырық танғ ан ацетил Кребс цикліндегідей тотығ у процесіне катыспай янтар қ ышқ ылының синтезделуіне пайдаланылады. Янтар қ ышқ ылы глиоксисомалардан шығ ып қ ымыздық сірке қ ышқ ылына айналып, глюконеогенез жә не басқ а биосинтездік процестерге қ атысады. Глиоксилаттық цикл қ ор кү йіндегі майлардың кә деге асуын қ амтамасыз етеді. Олардың ыды-рауынан ацетил-КоА молекулалары пайда болады. Сонымен қ атар ацетил-КоА-ның екі молекуласына есептегенде НАДН-тың бір молекуласы тотық сызданады. Оның энергиясы АТФ синтезіне немесе басқ а процестерге пайдаланылуы мү мкін.