рат. Второе карбонильное соединение, участвующее в конденсации, может быть названо регенерирующимся субстратом. Чтобы завершить каталитический цикл, требуется отщепить два углерода от соединения, образовавшегося в результате конденсации обоих субстратов, и перевести оставшуюся часть молекулы в исходную форму регенерирующегося субстрата. Быть может, читателю будет интересно попробовать самому поискать такую циклическую последовательность реакМы могли бы здесь сослаться на то, что гидроксилирование является реакцией метаболически «трудной», слишком медленной для основных путей катаболизма. С другой стороны, не видно причин, по которым эти процессы не могли бы идти с участием быстрых и эффективных гидроксилаз. Вероятно, гидроксилирование не используется потому, что оно в конечном итоге дает меньший выход энергии по сравнению с реакциями дегидрирования и последующими процессами в цепи переноса электронов.

318 Глава 9

ций окисления ацетильных групп, в которой был бы использован возможно более простой регенерирующийся субстрат. Спросим себя, однако, могла ли природа найти для этой цели что-либо проще, чем оксалоацетат— соединение, которое действительно используется в цикле трнкарбоновых кислот.

Реакции цикла трнкарбоновых кислот приведены на рис. 9-2. Первой стадией (а) служит конденсация ацетил-СоА с оксалоацетатом. Заметим, что фермент цитратсинтетаза, являющийся катализатором

конденсации, путем гидролиза удаляет также молекулу СоА, уже выполнившую свою функцию активатора метильного водорода (уравнение 7-67). Однако, прежде чем цитрат, образовавшийся в результате конденсации, может быть подвергнут р-расщеплению, необходимо перевести третичную гидрокснльную группу на соседний углерод, где оиа в качестве вторичной спиртовой группы могла бы быть окислена в карбонильную группу. Это достигается в ходе стадий бив, которые катализируются ферментом аконитазой [уравнение (7-47)]. Изоцитрат окисляется в р-кетокислоту, оксалосукцинат, а последний, не покидая поверхности фермента, легко декарбоксилируется [стадии виг; см. также уравнение (7-75)].

Второй углерод, отщепляемый от цитрата, также уходит в форме С02 в результате окислительного декарбоксилирования а-кетокислоты, кетоглутарата (сс-оксоглутарат, гл. 8, разд. К, 2). Чтобы завершить цикл, остается перевести четырехуглеродную сукцинильную группу сукцинил-СоА снова в оксалоацетат. Это осуществляется в результате двух стадий окисления. Сначала происходит превращение сукци-нил-СоА в свободный сукцинат (стадия е), а затем проходят реакции Р-окисления (стадии ж—и на рис. 9-2, см. также рис. 9-1). На стадиях д и е происходит субстратное фосфорилирование (последовательность реакции S7B, рис. 8-19) [15]. Сукцинил-СоА представляет собой «высокоэнергетический:» неустойчивый тиоэфир; если бы стадия е сводилась к простому гидролизу тиоэфира, это означало бы бесполезную потерю энергии. Поэтому расщепление тиоэфира идет сопряженно с синтезом АТР (у Е coli и высших растений) или GTP (у млекопитающих). Некоторое количество сукцинил-СоА, образовавшегося в митохондриях, используется иным путем, например так, как показано в уравнении (9-8).

Дополнение 9-В

Открытие цикла трикарбоновых кислот

Одним из первых, кто изучал окисление органических соединений в животных тканях, был Тунберг, который в период между 1911 и 1920 гг. открыл около 40 органических соединений, способных окисляться в животных тканях. Быстрее всего окислялись сукцинат, фумарат, малат и цитрат. Будучи хорошо знаком с теорией р-окисления Кноопа, Тунберг предложил циклический механизм окисления ацетата. Предполагалось, что две молекулы этого двухуглеродного соединения конденсируются (с восстановлением) в сукцинат, который затем окисляется в оксалоацетат по той же схеме, что и в цикле трикарбоновых кислот. Оксалоацетат далее декарбоксилируется в пируват, а последний в результате окислительного декарбоксилирования превращается в ацетат, чем и завершается цикл. Лишь одну из реакций этого цикла не удалось подтвердить экспериментально (пусть читатель самостоятельно решит, о какой реакции идет речь).

В 1935 г. Сент-Дьёрдьи установил, что все те карбоновые кислоты, о которых теперь известно, что они принимают участие в цикле трикарбоновых кислот, способны стимулировать процессы дыхания в животных тканях в условиях, когда в этих тканях одновременно идет окисление другого субстрата, например глюкозы. Учитывая все эти данные, Кребс1* и Джонсон в 1937 г. предложили цикл трнкарбоновых кислот. В 1940 г. Кребс получил дальнейшее подтверждение предложенной схемы: он показал» что малонат, близкий структурный аналог сукцината и конкурентный ингибитор его превращений, даже при столь низких концентрациях, как 0,01 М, блокирует дыхание тканей, препятствуя окислению сукцината в фумарат.

"ООС—СН2—СОО"

Малоиатоос—сн2—сн2—сооСукцинат

В мышцах дыхание ингибировалось на 90%, и при этом наблюдалось накопление сукцината — еще одно серьезное доказательство важной роли цикла трнкарбоновых кислот в процессах дыхания животны