Анаплероз – процесс восполнения, пополнения резерва. К снижению концентрации промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот приводят анаболические (биосинтетические процессы). Они быстро истощают пул промежуточных продуктов цикла. Поэтому их запас постоянно пополняется за счет молекул из других источников. При деградации большинства аминокислот образуются пируват или промежуточные продукты цикла. Эти ферментативные процессы называют анаплеротическими реакциями. Особенно важной анаплеротической реакцией в организме человека является превращение пирувата в оксалоацетат (1 на рис. 9 и рис. 10). Эта реакция поддерживает необходимую высокую концентрацию оксалоацетата в митохондриях и обеспечивает субстратом первую цитратсинтетазную реакцию цикла. Нарушение образования оксалоацетата (при голодании, диабете) ведет к взаимной конденсации молекул ацетил-КоА друг с другом и вызывает образование кетоновых тел, главным образом – ацетоацетата (СН3-СО-СН2-СООН).
СОО-
СОО- СО2 АТФ АДФ Pi │
│ С═О
С═О │
│ ПИРУВАТ-СН2
СН3 КАРБОКСИЛАЗА │
(БИОТИН) СОО-
ПИРУВАТ ОКСАЛОАЦЕТАТ
Рис. 10 Реакция карбоксилирования пирувата с участием биотина происходит в три этапа:
1. фосфорилирование биотина по активному атому азота (источником фосфатной группы является АТФ);
2. замещение фосфатной группы на карбоксильную;
3. перенос карбоксильной группы на пируват.
У здоровых людей эта АТФ-зависимая реакция позволяет включать в глюконеогенез лактат и аминокислоты, распадающиеся до пирувата. В отличие от пирувата ацетил-КоА не является анаплеротическим метаболитом, поскольку полностью окисляется до СО2.
Связь между общим путем катаболизма и цепью переноса электронов и протонов.
Общий путь катаболизма, включающий пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) и цикл трикарбоновых кислот (ЦТК), локализованные в митохондриальном матриксе, с одной стороны, и цепь переноса электронов локализованная во внутренней митохондриальной мембране, с другой, функционально связаны между собой через общие молекулы НАД+ и НАДН.
При увеличении расхода энергии в клетке уменьшается концентрация молекул АТФ и увеличивается АДФ. При этом увеличивается количество электронов поступающих в цепь переноса электронов от молекул НАДН, поэтому их доля снижается, но увеличивается количество молекул НАД+. Эти изменения активируют
ПДК и ЦТК. В цикле активируются изоцитрат-дегидрогеназная реакция и функционирование α-оксоглутарат дегидрогеназного комплекса, которые чувствительны к концентрации АДФ (3 и 4 на рис. 8).
Напротив, снижение энергопотребления в клетках влечет за собой увеличение концентраций АТФ и НАДН. При этом активность ПДК и ЦТК снижается. Снижение активности общего пути катаболизма вызвано тем, что для всех регуляторных этапов (1-4 на рис. 8) увеличение концентраций АТФ и/или НАДН ингибирует ферментативные реакции.