нализ зависимости между интенсивностью биосинтеза цитрата и содержанием основных контролирующих его факторов (аюсалоацетат, аденино-вые нуклеотиды) в головном мозгу и печени крыс. В этих экспериментах для оценки интенсивности биосинтеза цитрата в органах интактного животного использовали как величины активности цитратсинтазы и содержание лимонной кислоты в тканях, так и результаты опытов по включению в цитрат радиоактивных предшественников (214С-ацетата, 214С-пирувата и др.). Анализ всего комплекса показателей в норме и при резких нарушениях энергетического обмена, вызванных разобщением окислительного фосфорилирования, гипоксией или тяжелой формой тиреотоксикоза, дал возможность установить, что в головном мозгу во всех случаях проявляется наиболее четкая зависимость между интенсивностью биосинтеза цитрата и отношением адениновых нуклеотидов, а в печени — между скоростью цитратсинтазной реакции и уровнем оксалоацетата.

В печени щавелевоуксусная кислота является компонентом многих интенсивно протекающих метаболических превращений (трансаминирования, пируваткарбоксилазной реакции и др.), и при изменениях функционального состояния животного концентрация этого субстрата варьирует в широких пределах. Поэтому не удивительно, что этот фактор доминирует в митохондриях печени в системе контроля над активностью цитратсинтазы.

В митохондриях головного мозга, напротив, ведущую роль в контроле над скоростью биосинтеза цитрата in vivo играет изменение концентрации АТФ. Причем, как и во многих других случаях, здесь имеет значение не столько абсолютная величина концентрации АТФ, сколько изменение его доли в общем пуле адениновых нуклеотидов. Таким образом, в митохондриях мозга можно проследить четкую зависимость между скоростью начального, самого медленного, этапа ЦТК и содержанием в клетке основных компонентов энергетического обмена.

58

Изоцитратдегидрогеназные реакции и их регуляция в головном мозгу

Основным путем метаболизма лимонной кислоты в мозговой ткани является окисление ее в изоцитратдегидрогеназных реакциях после превращения под действием аконитазы в изо-лимонную кислоту. Активность аконитазы (цитрат (изоцитрат)* гидролиаза, 4.2.1.3) значительно превышает активность как цитратсинтазы, так и изоцитратдегидрогеназ (см. табл. 14), и, следовательно, она не лимитирует скорость взаимопревращения трикарбоновых кислот. В головном мозгу взрослых животных до 98% цитрата подвергается дальнейшему окислению, и лишь около 2% расщепляется в цитратлиазной реакции до ацетил-КоА и щавелевоуксусной кислоты. В других тканях (печень, жировая ткань) доля лимонной кислоты, подвергающаяся расщеплению цитратлиазой, может быть в 2—5 раз выше.

Окисление изолимонной кислоты осуществляется двумя типами изоцитратдегидрогеназ (ИЦДГ): НАД-зависимым ферментом (Тв-изоцитрЗ?гт^ 1.1.1.41), катализирующим необратимую .реакцию, которая протекает исключительно в митохондриях, а также НАДФ-специфичным энзимом (1я-изоцитрат: НАДФ-оксидоредуктаза, 1.1.1.42), катализирую-

е

Р

9000

то

§5 5000

9ч05

1000

то

W5 № J45

738

7535

2550

па

1 2,3 Головной мозг

1 2 3 Печень

1 2 3 Сердце

Рис. 5. Роль НАД- и НАДФ-специфичных кзо-иитратдегилрогеназ в окислении изолимонной кислоты в различных тканях (Ещенко, Прохорова, 1976)

/ — НАД-изоцитратдегидрогеназа; 2 — НАДФ-изо-цитратдегидрогеназа митохондрий; 3 — НАДФ-изодитраг-дегидрогеназа цитоплазмы.

щим обрвгю/^^ митохондриях, так и в цито-

плазме. Роль этих ферментов*?"окйслениа изолимонной кисло* ты далеко не одинакова. По нашим данным (рис. 5), а также судя по результатам ряда исследователей, в головном мозгу основная часть (до 65—70%) этого субстрата окисляется по

59

НАД-зависимому пути, поставляющему НАДН непосредственно"""'в дыхательную цепь митохондрий и таким образом тесно связанному с поддержанием энергетического баланса клеток. Напротив, в печени, сердце и других тканях с помощью НАД-зависимой ИЦДГ окисляется менее 10% изоцитрата, а основная масса субстрата используется в НАДФ-ИЦДГ реакциях, особенно интенсивно протекающих в цитоплазме, где образующийся НАДФН может быть использован для разнообразных реакций восстановительных биосинтезов.

Явное преобладание НАД-зависимого пути окисления изолимонной кислоты в митохондриях характерно лишь для мозга взрослых животных. В то же время у растущих животных в период интенсивного лнпогенеза, связанного с процессами миелиниза-ции, значительная часть изоцитрата окисляется в НАДФ-ИЦДГ реакции (рис. 6) и может служить источником НАДФН для биосинтеза специфических липидов мозга.

В головном мозгу регуляция скорости окисления изолимонной кислоты осуществляется главным образом за счет изменения активности НАД-специфичной, а не НАДФ-зависимой дегидрогеназы. Это обусловлено по крайней мере двумя обстоятельствами и прежде всего значительными различиями в величинах /См субстрата для обеих дегидрогеназ. Для НАДФ-ИЦДГ /См изоцитрата составляет в среднем (2,0—2,6) * 10"6 М, а для НАД-зависимого фермента при физиологических значениях рН и концентрации АДФ достигает величины (1,0—1,5) X ХЮ~3М. Сопоставление этих величин и средних значений концентрации изоцитрата в митохондриях ((1—3)-10~4М) убедительно показывает, что НАД-зависимая ИЦДГ в отличие от НАДФ-специфичного фермента функционирует в митохондриях в условиях, далеких от насыщения субстратом. При этом любое возрастание концентрации изоцитрата (например, при ускорении цитратсинтазной реакции) будет сопровождаться увеличением скорости лишь НАД-зависимого окисления этого субстрата. Уместно добавить, что, поскольку НАД-ИЦДГ обладает положительной кооперативностью по отношению к субстрату, то даже малый прирост концентрации изолимонной кислоты вызовет резкое повышение скорости его окисления.

Другим важным обстоятельством, объясняющим значение НАД-ИЦДГ для контроля над скоростью окислении изоцигра-

Возраст жибстных (дни)

Рис. 6. Возрастные изменения активности НАД (7)- и НАДФ (^-зависимых .изоцптратдегидрогеназ в митохондриях головного мозга крыс (Ещенко и др., 1976),

60

та, является то, что этот фермент в отличие от НАДФ-ИЦДГ относится к числу регуляторных. НАД-изоцитратдегидрогеназа представляет собой аллостерический энзим с «/См-кинетикой». В животных тканях АД^ Служит -положительным модулятором фермента, а АТФ, напротив, ингибирует его. Эффект АДФ обусловлен конформационными изменениями фермента, при которых возрастает его сродство к субстрату. Необходимо подчеркнуть, что эффективность адениннуклеотидного контроля активности НАД-ИЦДГ в этом, как и в ряде других случаев, определяется не столько абсолютными значениями концентраций АТФ, АДФ, АМФ, сколько соотношением высоко- и низкоэнергетических компонентов адениннуклеотидной системы. Четким показателем такого соотношения служит величина «энергетического заряда», расчет которой предложен Аткннсоном. «Энергетический заряд» представляет собой отношение

[АТФ] -J- [АДФ]/2 ~ [АТФ] [АДФ] н-1 \МФ] ' Теоретически возможные пределы колебания этой величины — от ну