Щавелевоуксусная кислота (также известная как щавелевоуксусная кислота или OAA ) представляет собой кристаллическое органическое соединение с химической формулой HO 2 CC(O)CH 2 CO 2 H. Щавелевоуксусная кислота в форме сопряженного основания оксалоацетата является метаболическим промежуточным продуктом во многих процессах, происходящих в организме животных. Она принимает участие в глюконеогенезе , цикле мочевины , глиоксилатном цикле , синтезе аминокислот , синтезе жирных кислот и цикле лимонной кислоты . [1]
Щавелевоуксусная кислота подвергается последовательным депротонированиям с образованием дианиона :
При высоком pH енолизируемый протон ионизируется:
Енольные формы щавелевоуксусной кислоты особенно стабильны. Кето-енольная таутомеризация катализируется ферментом оксалоацетаттаутомеразой . Транс -енол-оксалоацетат также появляется, когда субстратом для фумаразы является тартрат . [2]
Оксалоацетат образуется в природе несколькими способами. Основной путь — окисление L - малата , катализируемое малатдегидрогеназой , в цикле лимонной кислоты. Малат также окисляется сукцинатдегидрогеназой в медленной реакции, при этом исходным продуктом является енол-оксалоацетат. [3]
Он также возникает в результате конденсации пирувата с угольной кислотой, вызванной гидролизом АТФ :
Происходящий в мезофилле растений, этот процесс протекает через фосфоенолпируват , катализируемый фосфоенолпируваткарбоксилазой .
Оксалоацетат может также возникать в результате транс- или дезаминирования аспарагиновой кислоты .
Оксалоацетат является промежуточным продуктом цикла лимонной кислоты , где он реагирует с ацетил-КоА с образованием цитрата , катализируемого цитратсинтазой . Он также участвует в глюконеогенезе , цикле мочевины , глиоксилатном цикле , синтезе аминокислот и синтезе жирных кислот . Оксалоацетат также является мощным ингибитором комплекса II .
Глюконеогенез [1] — это метаболический путь, состоящий из серии из одиннадцати катализируемых ферментами реакций, в результате которых из неуглеводных субстратов образуется глюкоза . Начало этого процесса происходит в митохондриальном матриксе , где находятся молекулы пирувата . Молекула пирувата карбоксилируется ферментом пируваткарбоксилазой , активируемой молекулой АТФ и воды. Эта реакция приводит к образованию оксалоацетата. НАДН восстанавливает оксалоацетат до малата . Это преобразование необходимо для транспортировки молекулы из митохондрий . Попав в цитозоль , малат снова окисляется до оксалоацетата с помощью НАД+. Затем оксалоацетат остается в цитозоле, где будут происходить остальные реакции. Оксалоацетат позже декарбоксилируется и фосфорилируется фосфоенолпируваткарбоксикиназой и становится 2-фосфоенолпируватом с использованием гуанозинтрифосфата (ГТФ) в качестве источника фосфата. Глюкоза получается после дальнейшей обработки .
Цикл мочевины — это метаболический путь, который приводит к образованию мочевины с использованием одной молекулы аммония из деградированных аминокислот, другой аммонийной группы из аспартата и одной молекулы бикарбоната. [1] Этот путь обычно происходит в гепатоцитах . Реакции, связанные с циклом мочевины, производят НАДН , а НАДН может быть получен двумя различными способами. Один из них использует оксалоацетат . В цитозоле находятся молекулы фумарата . Фумарат может быть преобразован в малат под действием фермента фумаразы . Малат подвергается воздействию малатдегидрогеназы, чтобы стать оксалоацетатом, производя молекулу НАДН. После этого оксалоацетат будет переработан в аспартат , поскольку трансаминазы предпочитают эти кетокислоты другим. Эта переработка поддерживает поток азота в клетку.
Глиоксилатный цикл является вариантом цикла лимонной кислоты. [4] Это анаболический путь, происходящий в растениях и бактериях, использующий ферменты изоцитратлиазу и малатсинтазу . Некоторые промежуточные этапы цикла немного отличаются от цикла лимонной кислоты; тем не менее, оксалоацетат имеет ту же функцию в обоих процессах. [1] Это означает, что оксалоацетат в этом цикле также действует как первичный реагент и конечный продукт. Фактически, оксалоацетат является чистым продуктом глиоксилатного цикла, поскольку его петля цикла включает две молекулы ацетил-КоА.
На предыдущих стадиях ацетил-КоА переносится из митохондрий в цитоплазму, где находится синтаза жирных кислот . Ацетил-КоА транспортируется в виде цитрата, который ранее образовался в митохондриальном матриксе из ацетил-КоА и оксалоацетата. Эта реакция обычно инициирует цикл лимонной кислоты, но когда нет необходимости в энергии, он транспортируется в цитоплазму, где расщепляется на цитоплазматический ацетил-КоА и оксалоацетат.
Другая часть цикла требует НАДФН для синтеза жирных кислот. [5] Часть этой восстановительной силы генерируется, когда цитозольный оксалоацетат возвращается в митохондрии, пока внутренний слой митохондрий непроницаем для оксалоацетата. Сначала оксалоацетат восстанавливается до малата с помощью НАДН. Затем малат декарбоксилируется до пирувата. Теперь этот пируват может легко попасть в митохондрии, где он снова карбоксилируется до оксалоацетата с помощью пируваткарбоксилазы. Таким образом, перенос ацетил-КоА из митохондрий в цитоплазму приводит к образованию молекулы НАДН. Общая реакция, которая является спонтанной, может быть суммирована следующим образом:
Шесть незаменимых аминокислот и три заменимых синтезируются из оксалоацетата и пирувата . [6] Аспартат и аланин образуются из оксалоацетата и пирувата, соответственно, путем трансаминирования из глутамата . Аспарагин синтезируется путем амидирования аспартата, при этом глутамин отдает NH4. Это заменимые аминокислоты, и их простые биосинтетические пути встречаются во всех организмах. Метионин, треонин, лизин, изолейцин, валин и лейцин являются незаменимыми аминокислотами у людей и большинства позвоночных. Их биосинтетические пути у бактерий сложны и взаимосвязаны.
Оксалоацетат производит оксалат путем гидролиза. [7]
Этот процесс катализируется ферментом оксалоацетазой . Этот фермент обнаружен в растениях, но неизвестен в животном мире. [8]