Четвертая реакция представляет собой непрямое окислительное декарбоксилирование 2-кетоглутарата, которое происходит под действием ферментативного комплекса 2-кетоглутатаратдегидрогеназы. Эта реакция требует присутствия следующих коферментов: ФАД, НS-КоА,  липоата, ТПФ и НАД. Конечным акцептором атома водорода и электрона является НАД. ТПФ необходим для декарбоксилирования 2-кетоглутарата. НS-КоА необходим для образования активной формы образующегося продукта -сукцинил-КоА. Реакция ингибируется сукцинил-КоА, НАДН и в присутствии мышьяка.

    

      Пятая реакция начинается с  фосфоролиза тиоэфирной группы  в сукцинил-КоА. Далее фосфатный  остаток переносится на ГДФ  с образованием ГТФ и сукцината  Реакция катализируется сукцинил-КоА-синтетазой  и является реакцией субстратного  фосфорилирования. Образовавшийся ГТФ вступает в реакцию перефосфорилирования с АДФ с образованием АТФ. Синтез АТФ является одним из важнейших результатов данной реакции.

    

    Шестая  реакция заключается в дегидрировании второго и третьего углеродного  атома под действием сукцинатдегидрогеназы. В качестве простетической группы и акцептора водорода этот фермент содержит ФАД. В результате дегидрирования между 2 и 3 углеродными атомами формируется двойная связь и образуется фумарат.

    

    Следующая реакция катализируется фумаратгидратазой, под действием которой происходит присоединение  молекулы воды к фумарату с образованием малата. 

    

    Заключительная  реакция цикла заключается в  дегидрировании малата под действием  малатдегидрогеназы. Акцептором водорода и электрона является  НАД. Продуктом реакции является оксалоацетат. С образованием оксалоацетата цикл реакций замыкается. 

      

    Биологическая роль ЦТК:

    1.Интегративная  роль.   Заключается в том,  что на цикле трикарбоновых  кислот сходятся процессы катаболизма  различных питательных веществ,  в нем осуществляется окисление ацетил-КоА любого происхождения, т.е. образовавшегося при окислении белков, жиров или углеводов.

    2.Энергетическая  роль. Энергетическая ценность одного  оборота ЦТК  составляет 12 АТФ.  Одна молекула АТФ образуется  за счет субстратного фосфорилирования, 11 АТФ образуется за счет окислительного фосфорилирования.

    3.Водороддонорная  роль. ЦТК является поставщиком  восстановительных эквивалентов  3-х НАД и одного ФАД для  дыхательной цепи. Окисление одного  НАДН₂  сопровождается образованием 3-х АТФ, а окисление одного ФАД приводит к образованию 2-х АТФ.

    4.Пластическая  роль. Использование различных интермедиатов  для синтеза новых соединений. Так, оксалоацетат используется  для синтеза аспартата и аспарагина, 2-кетоглутарат для синтеза глутамата, сукцинил-КоА для  синтеза порфиринов, входящих в состав гемопротеидов, например гемоглобина, цитохромов. 
 

    МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ  ЭЛЕКТРОНТРАНСПОРТНЫЕ ЦЕПИ

    Совокупность  окислительно-восстановительных процессов, связанная с потреблением кислорода, называется тканевым дыханием.

    Тканевое  дыхание представляет собой процесс  переноса электронов и протонов от субстрата к кислороду, который  осуществляется специализированной последовательностью  оксидоредуктаз.   Эта цепь переносчиков   электронов называется  дыхательной цепью или митохондриальной  электронтранспортной цепью. Компоненты МЭТЦ локализованы во внутренней мембране митохондрий.

    Основное  значение МЭТЦ заключается  в выделении  энергии, способной аккумулироваться в виде АТФ. МЭТЦ является основным потребителем кислорода. Отдельные компоненты МЭТЦ расположены в строго определенной последовательности по мере возрастания их редокспотенциала.

    Пиридиновые дегидрогеназы - оксидоредуктазы, коферментом  которых являются НАД или НАДФ (производные витамина РР). Пиридиновые дегидрогеназы являются, как правило, первичными дегидрогеназами, поскольку они катализируют отщепление атомов водорода от субстрата.  Процесс окисления субстрата с помощью пиридиновых дегидрогеназ можно представить уравнением

     СубН₂    +   НАД                       Суб    +   НАДН + Н₂              

    Флавопротеины - оксидоредуктазы, простетической группой  которых являются ФМН или ФАД (производные витамина В₂) Флавопротеины способны принимать электроны и протоны от пиридиновых дегидрогеназ ( вторичные дегидрогеназы) или выполнять функцию первичных дегидрогеназ

     НАДН₂   +   ФМН               НАД   +  ФМНН₂

     СубН₂     +   ФАД                Суб     +   ФАДН₂

    Коэнзим Ку - изопреновое производное хинона. Обладает длинным углеводородным радикалом, с помощью которого погружается  в гидрофобный слой мембраны. На этом компоненте заканчивается участок  МЭТЦ, ответственный за транспорт  протонов, которые выделяются в среду.

     ФПН_{2    +}   КоQ                  ФП     + КоQН₂

    Цитохромы – оксидоредуктазы, простетической группой которых является гем  (железопорфирин). Все цитохромы, кроме  цхС являются интегральными белками  и прочно связаны с мембраной. Благодаря способности железа в составе цитохрома изменять свою валентность цитохромы способны транспортировать электроны. Основная функция цитохромов - активация кислорода. Порядок расположения цитохромов следующий - В, С₁, С, А,А_3. Цитохром А-А₃  носит название цитохромоксидазы, кроме 2^х ионов железа он содержит 2 иона   меди, благодаря чему он приобрел способность активировать  кислород

     2цит а₃ ( Fe²⁺)    +    1/2О₂                            2цит а₃(Fe³⁺)    +    1/2О₂^{- -}

    Последняя реакция МЭТЦ - взаимодействие активных форм кислорода  и водорода

       2Н⁺     +1/2O₂ ^{- -}                   Н₂О   +210-230 кДж/моль

    Ингибиторы  тканевого дыхания

    Ингибиторами  тканевого дыхания называются соединения, которые блокируют транспорт  электронов в отдельных звеньях  МЭТЦ. Амитал, аминазин, прогестерон блокируют передачу протонов и электронов с пиридиновых дегидрогеназ на флавопротеины. Малонат тормозит транспорт протонов и электронов с субстрата на флавопротеин. Ротенон блокирует передачу электронов с флавопротеина на коэнзим Q. Антимицин подавляет перенос электронов с цитохрома в на цитохром с_1. Окись углерода, цианиды и сероводород блокируют перенос электронов на кислород.

    

    Организация МЭТЦ

 

    Компоненты  дыхательной цепи  расположены  последовательно в порядке возрастания  окислительно-восстановительного потенциала. Протоны и электроны перемещаются по цепи от более электроотрицательного к более электроположительному кислороду. Компоненты цепи прочно связанные с мембраной митохондрий   образуют комплексы.  Всего таких комплексов  четыре. Первый комплекс образован флавопротеином. Второй комплекс образован первичной  флавиновой  дегидрогеназой (сукцинатдегидрогеназой).  Третий комплекс образуют цхв и цхс₁, в четвертый комплекс  входят цха и цха₃.  Два компонента цепи являются подвижными. Это коэнзим Q и поверхностный белок цхС. Они способными перемещаться как вдоль мембраны так и поперек ее. Перенос протонов и электронов  в комплексах  1,3,4 сопряжен с образованием АТФ.

    Количество  дыхательных цепей в митохондриях разных тканей не одинаково. В печени их число на одну митохондрию составляет примерно 5 тыс., в сердечной мышце их  около 20 тыс.

    Пути  образования и  биорольАТФ

    Значение  АТФ. АТФ выполняет в организме  энергетические и субстратные функции.

    Энергетические

    а) выполнение механической работы (мышечное сокращение и расслабление)

    б)  выполнение осмотический работы  (трансмембранный  транспорт)

    в)  выполнение химической работы (эндергонические  реакции)

    г)  теплообразование

    д) проведения нервного импульса 

    субстратная функция

    АТФ используется в качестве субстрата в реакциях образования полинуклеотидов,  нуклеотидных  коферментов и циклических нуклеотидов. 

    Различают два пути образования АТФ.

    1.Субстратное  фосфорилирование

    2.Окислительное  фосфорилирование 

    Субстратное фосфорилирование  - это образование  АТФ из АДФ и фосфата  за счет энергии макроэргической связи субстрата, образующегося в каком-либо метаболическом (субстратном) пути или цикле. В организме человека установлено три реакции субстратного фосфорилирования. Одна из них это субстратное фосфорилирование по ходу превращения сукцинил-КоА в сукцинат в ЦТК. Две другие являются составной частью  гликолитического превращения углеводов.

    Основное  количество АТФ в организме образуется за счет окислительного фосфорилирования.

    Механизм  окислительного фосфорилирования. Современная трактовка механизма окислительного фосфорилирования основана на хемиосмотической теорией Митчела. В соответствии с ней перенос протонов комплексами 1,3, и 4 протекает векторно из матрикса  через внутреннюю мембрану в межмембранное пространство.  Таким образом протоны накапливаются на наружной, а электроны на внутренней поверхности  внутренней мембраны, создавая электрохимический потенциал. Происходит зарядка внутренней мембраны подобно пластине конденсатора. Разрядка  потенциал происходит благодаря движению протонов через протонный канал АТФ-синтазы. АТФ-синтаза состоит из двух компонентов Fo  и F1.  Компонент Fo выполняет функцию канала для протонов. Когда протоны проходят через компонент Fo они активируют другой компонент АТФ-синтазы  F1, который является каталитическим центром АТФ-синтазы и осуществляет присоединение неорганического фосфата к АДФ. Внутренняя мембрана при этом разряжается и освобождающаяся энергия используется на синтез АТФ.  Энергия для создания электрохимического градиента на мембране митохондрий возникает в результате окислительно-восстановительного процесса, поэтому этот механизм называют окислительным фосфорилированием. 

    

    Интенсивность окислительного фосфорилирования принято  выражать коэффициентом  Р/О, показывающим какое количество неорганического фосфата израсходовано на один атом потребленного кислорода. При окислении НАДН  этот коэффициент равен трем, при окислении ФАДН₂ - двум.  
 
 

    Дыхательный контроль.

    Скорость  с которой протекают реакции  окисления и фосфорилирования регулируется соотношением АТФ/АДФ+Р. При хорошем энергетическом заряде клетки, когда указанный коэффициент больше 1 окисление субстратов ради энергии подавляется, т.к. отсутствует субстрат фосфорилирования - АДФ Если клетка выполняет работу,  на которую расходуется АТФ, то его количество уменьшается и возрастает количество продуктов гидролиза АТФ - АДФ и Р., коэффициент становится меньше единицы, интенсивность фосфорилирования и потребления кислорода клеткой возрастают

    Некоторые вещества способны разобщать процессы фосфорилирования и окисления. Действие разобщителей основано на том , что они встраиваясь во внутреннюю мембрану митохондрий создают каналы, по которым движутся протоны, что приводит к разрядке электрохимического потенциала , которая не сопровождается синтезом АТФ. Разобщителями являются динитрофенол, длинноцепочные жирные кислоты, холод, бактериальные токсины. Под действием разобщителей нарушается образование АТФ и коэффициент АТФ/АДФ+Р уменьшается, поэтому скорости окислительных процессов  и потребления кислорода  увеличиваются. Субстраты сгорают не давая адекватного количества  АТФ. Такой тип окисления называется свободным, не сопряженным с окислительным фосфорилированием.  Наиболее интенсивно свободное окисление протекает в клетках бурого жира, цвет которого изменен в связи с высоким содержанием митохондрий. Этот тип жировой ткани хорошо представлен у зимоспящих животных. При мобилизации жира образуются жирные кислоты, которые в  этих клетках выполняют роль разобщителя окисления и фосфорилирования.