Тема 3.Превращения пировиноградной кислоты в

аэробных условиях: окислительной декарбоксилирование, образование ацетил-КоА. Цикл лимонной кислоты.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

При окислении глюкозы, глицерина и аминокислоты аланина образуется пировиноградная кислота (пируват). Пируват далее может быть окислен до СО₂ в общем пути катаболизма. Реакции промежуточного обмена протекают в цитоплазме, а окислениепирувата - в митохондриях, поэтому пируват транспортируется в митохондрии специальным переносчиком через мембрану. Первый шаг катаболизма пирувата - окислительное декарбоксилирование.

В этом процессе участвуют ферменты, работающие в определенной последовательности и объединенные в мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс (ПДГК).

В состав этого комплекса входит 3 фермента и 5 коферментов.

Ферменты:

Пируватдегидрогеназа (Е₁)

Дигидролипоилацетилтрансфераза (Е₂)

Дигидролипоилдегидрогеназа (Е₃).

Реакции окислительного декарбоксилирования пирувата

Две последние реакции необходимы для регенерации активных форм коферментов, участвующих в окислительномдекарбоксилировании пирувата. Образовавшийся в пятой реакции НАДН поступает в дыхательную цепь под действием НАДН-дегидрогеназы. При окислении в дыхательной цепи 1 моль НАДН образуется 3 моль АТФ.

Пируватдегидрогеназа дезактивируется при фосфорилировании по остатку серина киназой пируватдегидрогеназы, при этом образуется неактивная фосфорилированная форма фермента (ПДГ- b). При дефосфорилировании, катализируемом фосфотазой, активность фермента восстанавливается (ПДГ- a). Ацетил-КоА и НАДН являются положительными эффекторами киназыпируватдегидрогеназы. НАДН и ацетил-КоА накапливаются при увеличении клеточного заряда, поэтому увеличение уровня АТФ также приводит к увеличению активности киназы. При увеличении концентрации пирувата, АДФ, КоА-SH, НАД⁺ активность киназыснижается, а, следовательно, возрастает количество активной формы ПДГ- а.

Значение окислительного декарбоксилирования пирувата.

Реакции пируватдегидрогеназного комплекса связывают метаболические пути гликолиза, глюконеогенеза, синтеза жирных кислот с циклом лимонной кислоты. ПДГ-комплекс имеет огромное значение в поддержании гомеостаза. Энергетический метаболизм аэробных тканей (например, мозга) очень зависит от превращения пирувата в ацетил-КоА, поэтому такие ткани более чувствительны к нарушениям ПДГ-комплекса. Большинство нарушений, связанных с недостаточностью пируватдегидрогеназной активности, обусловлены мутациями пируватдегидрогеназы. Главными последствиями таких нарушений являются энцефалопатии и церебральные молочные ацидозы.

Цикл лимонной кислоты

Цикл лимонной кислоты представляет собой замкнутый процесс, состоящий из серии отдельных реакций. Оксалоацетат(щавелевоуксусная кислота) является одним из исходных субстратов и одновременно конечным продуктом этого цикла. Вторым субстратом служит ацетил-КоА. В серии реакций, протекающих в митохондриях, включающих дегидрирование, гидратацию, дегидратацию и окислительное декарбоксилирование осуществляется метаболизм ацетильных групп и высвобождение восстановительных эквивалентов (НАДН×Н⁺ и ФАДН₂), которые затем окисляются в цепи переноса электронов и дают энергию на синтез АТФ. В этом заключается энергетическая роль цикла лимонной кислоты.

Ацетильные группы находятся в составе ацетил-КоА. В результате реакций ЦЛК атомы углерода ацетильных групп окисляются до СО₂. Таким образом, главная функция ЦЛК состоит в том, что он является общим конечным путем окисления углеводов, липидов и белков. В этом заключается катаболическая роль ЦЛК.

ЦЛК играет также важную роль в процессах глюконеогенеза, переаминирования, дезаминирования аминокислот, липогенеза. Эти метаболические пути берут начало от метаболитов ЦЛК. Например, исходным соединением в синтезе порфиринов является сукцинил-КоА (промежуточный продукт ЦЛК). Оксалоацетат и a-кетоглутарат - предшественники многих аминокислот. Таким образом, ЦЛК играет и анаболическую роль.

О жизненно важной роли ЦЛК говорит тот факт, что у человека неизвестны генетически обусловленные изменения ферментов ЦЛК; вероятно наличие таких нарушений несовместимо с нормальным развитием.