Оксалоцетна киселина

Оксалоцетната киселина е органско соединение со хемиска формула HО<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CО<sub>2</sub>H. Во форма на својата конјугирана база оксалоацетат, таа е метаболички многу важен интермедиер (полупроизвод) во голем број на биохемиски процеси во клетката. Некои од овие процеси се: гликонеогенезата, циклусот на уреа, глиоксилатниот циклус, синтеза на некои аминокиселини, синтеза на масни киселини и циклусот на лимонска киселина.
1 Својства
Оксалоцетната киселина подлежи на неколку последователни депротонации:
: HО<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CО<sub>2</sub>H ⇌ <sup>−</sup>O<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CО<sub>2</sub>H + H<sup>+</sup> pK<sub>a</sub> = 2.22
:<sup>−</sup>О<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CО<sub>2</sub>H ⇌ <sup>−</sup>O<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub><sup>−</sup> + H<sup>+</sup>, pK<sub>a</sub> = 3.89
При високи рH вредности, енолниот протон се јонизира:
:<sup>−</sup>О<sub>2</sub>CC(O)CH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub><sup>−</sup> ⇌ <sup>−</sup>O<sub>2</sub>CC(O<sup>−</sup>)CHCO<sub>2</sub><sup>−</sup> + H<sup>+</sup>, pK<sub>a</sub> = 13.03
Енолните форми на оксалоцетната киселина се особено стабилни; до толку што два тавтомера имаат различни точки на топење (152 °C за ''cis'' изоформата и 184 °C за ''trans'' изоформата).
2 Биосинтеза
Оксалоацетатот се добива на неколку начини во природата. Главниот пат е со оксидација на L-малат, која е катализирана од ензимот малат дехидрогеназа, во тек на циклусот на лимонска киселина. Малатот може да биде оксидиран и од сукцинат дехидрогеназата, во бавна реакција која како почетен производ дава енол-оксалоацетат.
Оксалоацетатот, исто така, се добива со кондензација на пируват и јаглеродна киселина, за кој процес е потребна енергија од хидролизата на АТP:
: CH<sub>3</sub>C(O)CO<sub>2</sub><sup>−</sup> + HCO<sub>3</sub><sup>−</sup> + АТP → <sup>−</sup>O<sub>2</sub>CCH<sub>2</sub>C(O)CO<sub>2</sub><sup>−</sup> + ADP + Pi
Во мезофилот на растенијата, овој процес се одвива преку фосфоенолпируватот, а процесот е катализиран од пируват карбоксилазата. Оксалоацетатот може да се добие и со транс- или де-аминација на аспарагинска киселина.
3 Биохемиски функции
Оксалоацетатот е интермедиер во циклусот на лимонска киселина, каде што реагира со ацетил-СоА за да формира цитрат; процес кој е катализиран од ензимот цитратна синтаза. Тој, исто така, учествува во гликонеогенезата, циклусот на уреа, циклусот на глиоксилат, синтезата на некои аминокиселини и синтезата на масни киселини. Оксалоацетатот е, исто така, потентен инхибитор на комплексот II.
3.1 Гликонеогенеза
Гликонеогенезата е метаболички пат кој се состои од серија на единаесет ензимски катализирани реакции, кои резултираат со продукција на гликоза од не-јаглехидратни супстрати. Почетокот на овој процес се одвива во митохондриската матрица, каде се наоѓаат пируватните молекули. Молекулата на пируват се карбоксилира со ензимот пируват карбоксилаза, а реакцијата се активира со молекула на АТP и вода. Оваа реакција резултира со формирањето на оксалоацетат. NADH го редуцира оксалоацетатот во малат. Оваа трансформација е неопходна за транспорт на молекулата надвор од митохондриите. По стигнување во цитоплазмата, малатот се оксидира во оксалоацетат повторно со NAD+. Потоа, осалоацетатот останува во цитозолот, каде се одвиваат останатите реакции. Оксалоацетатот потоа се декарбоксилира и фосфорилира со ензимот фосфоенолпируват карбоксикиназа и станува 2-фосфоенолпируват, а како извор на фосфат во текот на овој процес се користи гванозин трифосфат (GTP). Гликозата се добива со понатамошни реакции.
3.2 Циклус на уреа
Циклусот на уреа е метаболички пат кој резултира со формирање на уреа од два амониумови јони и еден бикарбонат. Овој метаболички пат се одвива во хепатоцитите. Реакциите од циклусот на уреа создаваат NADH, кој може да се добие на два различни начина. Еден од овие начина го вклучува оксалоацетатот. Во цитозолот се наоѓаат молекули на фумарат, кои може да се трансформира во малат под дејство на ензимот фумараза. На малатот дејствува ензимот малат дехидрогеназа, кој го претвора во оксалоацетат, со добивање на молекула на NADH. После тоа, оксалоацетатот се рециклира во аспартат, бидејќи трансаминазите ги претпочитаат овие кето киселини над другите. Ова рециклирање ја одржува хомеостазата на азотот во клетката.
3.3 Глиоксилатен циклус
Глиоксилатниот циклус е варијанта на циклусот на лимонска киселина. Тој претставува анаболен пат кој се одвива во растенијата и бактериите, а во кој учествуваат ензимите изоцитрат лиаза и малат синтаза. Некои интермедиерни чекори на циклусот се малку поразлични од оние кај циклусот на лимонска киселина, но сепак оксалоацетатот ја има истата функција во двата процеса. Ова значи дека оксалоацетатот, и во овој циклус, делува како примарен реактант и краен производ. Всушност оксалоацетатот е нето производ на глиоксилатниот циклус, бидејќи циклусот вклучува две молекули на ацетил-КоА.
3.4 Синтеза на масни киселини
Во претходните стадиуми ацетил-КоA се пренесува од митохондриите во цитоплазмата каде што се наоѓа синтазата на масни киселини. Ацетил-КоА се транспортира како цитрат, кој претходно бил формиран во митохондриската матрица, од една молекула на ацетил-КоА и една молекула на оксалоацетат. Оваа реакција обично го започнува циклусот на лимонска киселина, но кога нема потреба од енергија, цитратот се транспортира во цитоплазмата каде се разградува на цитоплазматичен ацетил-КоА и оксалоацетат.
Во другиот дел од циклусот потребен е NADPH за синтеза на масните киселини. Дел од оваа редуктивна моќ се создава кога цитозолниот оксалоацетат се враќа во митохондриите, додека внатрешниот митохондриски слој е непропустлив за оксалоацетат. Прво, оксалоацетатот се редуцира во малат со употреба на NADH. Потоа малатот се декарбоксилира во пируват, кој може да навлезе во митохондриите, каде што повторно се карбоксилира во оксалоацетат со ензимот пируват карбоксилаза. Процесот на декарбоксилација на малатот, кој е катализиран од маличниот ензим, е проследен со претворање на NADP+ во NADPH.
3.5 Синтеза на аминокиселини
Шест неопходни и три ненеопходни аминокиселини се синтетизираат од оксалоацетатот и пируватот. Аспарагинската киселина се синтетизира од оксалоацетат, а аланинот од пируват, со трансаминација на глутаминска киселина. Аспарагинот, метионинот, лизинот и треонинот се синтетизираат од аспарагинска киселина, па затоа оксалоацетатот е битен и за нивната синтеза.
3.6 Биосинтеза на оксалат
Оксалоацетатот со хидролиза дава оксалат.: оксалоацетат + H<sub>2</sub>O ⇌ оксалат + ацетат
Овој процес е катализиран од ензимот оксалоацетаза.
4 Поврзано
*Гликолиза
*Оксидативна фосфорилација
*Циклус на лимонска киселина