 |
Общая характеристика.. Окислительное декарбоксилирование пирувата (ОДП).
|
|
|
|
Общая характеристика.
Большинство организмов в биосфере находятся в аэробных условиях. В присутствии кислорода в организме происходит полное «сжигание» углеводов и других молекул «клеточного топлива» до конечных продуктов — С02 и Н20.
В этом сложном, многостадийном процессе окисления глюкозы можно выделить три этапа:
• На первом этапе протекают реакции аэробного гликолиза, в процессе которых глюкоза расщепляется на две молекулы пирувата. Этот этап составляет начальную фазу разложения углеводов, его называют «подготовительным».
• На втором этапе протекает цепь реакций окислительного декарбоксилирования пирувата, в результате которых происходит образование одного из центральных метаболитов клетки ацетил ~S-Ко А и окисление одного атома углерода пирувата до С 02. Поскольку в расчете на одну молекулу глюкозы образуется две молекулы пирувата, на этом этапе уже происходит окисление двух атомов углерода глюкозы до С 02.
• Третий этап представляет собой крайне важный набор реакций полного окисления ацетильного остатка, который получил название цикла трикарбоновых кислот (ЦТК).
Процесс аэробного окисления углеводов сопровождается освобождением большого количества энергии (2880 кДж/моль глюкозы). Если суммировать общий выход АТФ в этом процессе, то он составит 38 молекул. На синтез одной макроэргической связи АТФ необходимо 31 кДж, а на синтез 38 молекул АТФ расходуется 1178 кДж, т. е. более 40% свободной энергии полного окисления глюкозы запасается в молекулах АТФ. Это свидетельствует о высокой эффективности окислительных процессов, протекающих в аэробных условиях по сравнению с анаэробными. В процессе аэробного окисления метаболически доступная энергия кумулируется в молекулах восстановленных НАДН и ФДДН2, которые затем окисляются в ходе кислородзависимого процесса окислительного фосфорилирования,, результатом которого является образование 34 молекул АТФ, и только 4 молекулы АТФ образуются путем субстратного фосфорилирования: 2АТФ в гликолизе (I этап) и 2АТФ — в ЦТК (2 оборота, III этап). Следует отметить, что, если первый этап аэробного окисления углеводов — гликолиз является специфическим процессом катаболизма глюкозы, то два последующие — окислительное декарбоксилирование пирувата и ЦТК относятся к общим путям катаболизма (ОПК). После образования пирувата (С3-фрагмент) и ацетил-КоА (С2-фрагмент), образующихся при распаде не только глюкозы, но и липидов и аминокислот, пути окисления этих веществ до конечных продуктов происходят одинаково по механизму реакций ОПК.
|
|
|
Окислительное декарбоксилирование пирувата (ОДП).
Пируват, образовавшийся в цитоплазме клетки, поступает в митохондрии, где он превращается в ацетил-КоА и С02, при действии сложноорганизованного мультиферментного пируватдегидрогеназного комплекса (ПД-комплекс). В состав ПД-комплекса входят три сложных фермента, коферменты которых достаточно прочно ассоциированы с апоферментами, и два кофермента — легко диссоциирующие (HS-KoA и НАД+). Ферменты ПД-комплекса и коферменты, локализованные в матриксе митохондрий, объединены в мультиферментную систему.
Установлено, что в состав комплекса входят также ферменты киназа и фосфатаза, выполняющие регуляторную функцию, механизм которой будет рассмотрен ниже.
Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой, Е1), окислению полученного гидроксиэтила до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируется дигидролипоат-ацетилтрансферазой, Е2).
|
|
|
Реакции синтеза ацетил-SКоА
Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоат-дегидрогеназой, Е3). При этом образуется НАДН.
Суммарное уравнение:
Образовавшийся в процессе ОДП ацетильный остаток в форме ацетил-КоА далее полностью окисляется в ЦТК до С02 и Н20. Следует обратить внимание, что включение ацетильной группы в ЦТК не потребует затраты АТФ, поскольку в комплексе с коэнзимом А он находится в активированной форме. Процесс ОДП является энергетически выгоден еще и потому, что в расчете на одну молекулу глюкозы происходит восстановление двух молекул НАДН, а следовательно, в процессе их окисления дыхательной цепью митохондрий синтезируется шесть молекул АТФ. ' Следует помнить, что окислительное декарбоксилирование пирувата представляет собой один из общих путей катаболизма, поскольку на уровне пирувата в этот процесс вовлекается ряд метаболитов обмена аминокислот и липидов.
Регуляция окислительного декарбоксилирования пирувата.
Регулируемым ферментом ПВК-дегидрогеназного комплекса является первый фермент – пируватдегидрогеназа (Е1). Два вспомогательных фермента – киназа и фосфатаза обеспечивают регуляцию активности пируватдегидрогеназы путем ее фосфорилирования и дефосфорилирования.
Вспомогательный фермент киназа активируется при избытке конечного продукта биологического окисления АТФ и продуктов ПВК-дегидрогеназного комплекса – НАДН и ацетил-S-КоА. Активная киназа фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее, в результате первая реакция процесса останавливается.
Фермент фосфатаза, активируясь ионами кальция или инсулином, отщепляет фосфат и активирует пируватдегидрогеназу.
Регуляция активности пируватдегидрогеназы
Таким образом, работа пируватдегидрогеназы подавляется при избытке в митохондрии (в клетке) ацетил-SКоА и НАДН, что позволяет снизить окисление пирувата и, следовательно, глюкозы в случае когда энергии достаточно.
Если АТФ мало или имеется влияние инсулина, то образуется ацетил-SКоА. Последний в зависимости от условий будет направляться либо в цикл трикарбоновых кислот с образованием энергии АТФ, либо на синтез холестерина и жирных кислот.
|
|
|
|
|
|
