13.8. Регенерирование оксалоацетата при окислении сукцината

Реакции соединений, содержащих четыре атома углерода, составляют последнюю стадию цикла трикарбоновых кислот (рис. 13.4). Сукцинат превращается в оксалоацетат в три этапа: окисление, присоединение молекулы воды (гидратация) и вторая реакция окисления. Таким образом, при каждом обороте цикла происходит регенерирование одной молекулы оксалоацетата и одновременно улавливание энергии в форме и NADH.

Сукцинат окисляется в фумарат сукцинат-дегидрогеназой. Акцептором водорода в этой реакции служит FAD, а не NAD +, который используется в трех других окислительных реакциях цикла. Роль акцептора водорода в этой реакции выполняет FAD, потому что изменение свободной энергии оказывается недостаточным для восстановления NAD +. В реакциях такого типа функцию акцептора электронов почти всегда несет FAD. В молекуле сукцинат-дегидрогеназы изоаллоксазиновое кольцо FAD ковалентно связано с боковой цепью гистидина, входящего в состав фермента

Молекула сукцинат-дегидрогеназы содержит кроме флавина четыре атома железа и четыре неорганических сульфида. Гем в состав этого фермента не входит. Атомы железа связаны с неорганическими сульфидами. Белки такого типа известны как железосеропротеины или белки, содержащие негемовое железо. Железосе-ропротеины играют важную роль в электронтранспортных системах митохондрий и хлоропластов (разд. 14.4 и 19.9). Сукцинат-дегидрогеназа состоит из компонен-

та включающего FAD и два кластера -белков, и компонента содержащего единичный кластер белков. Этот фермент в отличие от других ферментов цикла трикарбоновых кислот является интегральным белком внутренней мембраны митохондрий. Сукцинат-дегидрогеназа непосредственно связана с цепью переноса электронов. образовавшийся при окислении сукцината, не отделяется от фермента (в противоположность ). Два электрона прямо переносятся на атомы фермента. Конечным акцептором этих электронов служит молекулярный кислород, что будет рассмотрено в гл. 14.

Следующий этап цикла - гидратация фумарата с образованием -малата. Фумараза катализирует стереоспецифическое транс-присоединение как было показано в исследованиях с использованием в качестве метки дейтерия. Поскольку -группа присоединяется только с одной стороны двойной связи фумарата, образуется исключительно -изомер малата.

В конце концов малат окисляется, образуя оксалоацетат. Эта реакция катализируется малат-дегидрогеназой, и роль акцептора электронов в ней опять выполняет NAD +.