У більшості випадків швидкість функціонування метаболічних циклів визначається їх початковими реакціями. В ЦТК найважливіша регуляторна реакція - утворення цитрату з оксалоацетата і ацетил-СоА, катализируемая цітратсінтазой. Ця реакція прискорюється при підвищенні концентрації оксалоацетата - субстрату реакції - і гальмується продуктом реакції - цитратом. Коли відношення NADH / NАD + знижується, швидкість окислення малата в оксалоацетат зростає. Підвищення концентрації оксалоацетата підвищує цітратсінтазную реакцію. Швидкість реакції знижується при підвищенні концентрації АТP, сукцинил-СоА (сукцинил-СоА знижує спорідненість цітратсінтази до ацетил-СоА) і довголанцюгових жирних кислот (служать попередниками ацетил-СоА). Однак точний механізм впливу цих метаболітів на цітратсінтазу недостатньо ясний (рис. 19.1).
Мал. 19.1. Регуляція загального шляху катаболізму: 1 - 4 - основні етапи
На першому етапі піруватдегідрогеназний комплекс активується пируватом, NAD +. СоА; відзначено зниження NADH і ацетил-СоА; на другому етапі цітратсінтазная реакція прискорюється при підвищенні концентрації оксалоацетата і сповільнюється при підвищенні концентрації цитрату, NADH, АТP і сукцинил-СоА; на третьому етапі ізоцитратдегідрогеназа аллостеріческого активується АDP, іонами кальцію, відзначено зниження NADH; на четвертому етапі a- кетоглутаратдегідрогеназного комплекс відзначено зниження NADH, АTP і сукцинил-СоА, активується іонами кальцію.
Ізоцитратдегідрогеназа - олігомерного фермент, що складається з 8 субодиниць. Приєднання ізоцитрату до першої субодиниці викликає кооперативне зміна конформації інших, збільшуючи швидкість приєднання субстрату. Фермент аллостеріческого активується АDP і Са 2+. які приєднуються до нього в різних аллостеріческіх центрах. У присутності АDP конформація всіх субодиниць змінюється таким чином, що зв'язування ізоцитрату відбувається значно швидше. Таким чином, при концентрації ізоцитрату, яка існує в мітохондріальному матриксе, невеликі зміни концентрації АDP можуть викликати значну зміну швидкості реакції. Збільшення активності ізоцитратдегідрогенази знижує концентрацію цитрату, що в свою чергу зменшує інгібування цітратсінтази продуктом реакції. При підвищенні концентрації NADH активність ферменту знижується.
a- кетоглутаратдегідрогеназного комплекс. має схожу будову з піруватдегідрогеназного, на відміну від останнього не має в своєму складі регуляторних субодиниць. Головний механізм регуляції a-кетоглутаратдегідрогеназного комплексу - інгібування реакції NADH і сукцинил-СоА. a- кетоглутаратдегідрогеназного комплекс, як і ізоцитратдегідрогеназа, активується Са 2+. а при підвищенні концентрації АТР швидкості обох реакцій знижуються.
Таким чином, в циклі лимонної кислоти регулюються, щонайменше, три стадії, і тільки в своїх деталях ця регуляція у різних типів клітин дещо різниться. Крім описаних механізмів в регуляції цитратного циклу існує безліч додаткових механізмів, що забезпечують необхідний рівень метаболітів і їх участь в інших метаболічних шляхах.
Швидкість гліколізу в нормальних умовах узгоджена зі швидкістю функціонування циклу лимонної кислоти: в клітці до пірувату розщеплюється рівно стільки глюкози, скільки необхідно для того, щоб забезпечити цикл лимонної кислоти «паливом», т. Е. Ацетильную групами ацетил-СоА. Ні піруват, ні лактат, ні ацетил-СоА зазвичай не накопичуються в аеробних клітинах у великих кількостях; їх концентрації підтримуються на якомусь постійному рівні, відповідному динамічної рівноваги. Узгодженість між швидкістю гліколізу і швидкістю функціонування циклу лимонної кислоти пояснюється не тільки тим, що перший процес відзначено зниження високими концентраціями АТP і NADH, т. Е. Компонентами, загальними для гликолитической і дихальної стадій окислення глюкози; певну роль в цій узгодженості грає також і концентрація цитрату. Продукт першої стадії циклу лимонної кислоти - цитрат - є аллостерическим інгібітором фосфофруктокинази, що каталізує в процесі гліколізу реакцію фосфорилювання фруктозо-6-фосфату.