Аэробный распад углеводов

Путь аэробного распада глюкозы можно представить следующим образом:

Процесс окисления пирувата до ацетил-КоА (окислительное декарбоксилирование) осуществляется в матриксе митохондрий и происходит с участием ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, называемую «пируватдегидрогеназным комплексом».

-На первой стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (TPP) в составе активного центра фермента пируватдегидрогеназы (E1).

-На второй стадии оксиэтильная группа комплекса E1–TPP–СНОН–СН3 окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидролипоилацетилтрансферазой (Е2).                

-Этот фермент катализирует третью стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим CоА (HSCoA) с образованием конечного продукта (ацетил-CоА), который является высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением.                                                           -На четвертой стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамида-Е2. При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на FAD, к-й выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан. -На пятой стадии восстановленный FADН2 дигидролипоилдегидрогеназы передает водород на кофермент NAD+ (с обр-ем NADН + Н+). Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий.  В нем (в составе сложного мультиферментного комплекса) принимают участие: 3 фермента (пируватдегидрогеназа, дигидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и  5 коферментов (TРP, амид липоевой кислоты, коэнзим А, FAD и NAD), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТPP-E1, липоамид-Е2 и FAD-Е3), а два – легко диссоциируют (HS-CoA и NAD).

Суммарную реакцию окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты можно представить в следующем виде:

Пируват + НАД⁺ + Н SKoA --> -Ацетил- KoA + НАДН + H ⁺  + CO 2

При окислительном декарбоксилировании пировиноградной кислоты образуется одна молекула НАДН + Н+ . При прохождении по цепи дыхательных ферментов восстановленные эквиваленты НАДН + Н+ генерируют три высокоэнергические фосфатные связи посредством образования АТФ из АДФ в процессе окислительного фосфорилирования.

Энергетический эффект окислительного декарбоксилирования одной молекулы пировиноградной кислоты равен 3 молекулам АТФ.

36.Цикл лимонной кислоты. Регуляция цикла.                                                       впервые был открыт английским биохимиком Г. Кребсом.

Цикл Кребса, – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-CоА), в которые в процессе катаболизма превращается большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот.

Цикл протекает в матриксе митохондрий в отличие от гликолиза, к-й проходит в цитозоле. В результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до и СО2 Н2О, а молекула оксалоацетата регенерируется.

Данный цикл происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных реакций.

1-я реакция катал-ется фер-том цитрат-синтазой; при этом ацетильная группа ацетил-СоА конденсируется с оксалоацетатом, в р-те чего обр-ся лимонная кислота (цитрат).                                                                                      В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединив молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат). Катализирует эти обратимые реакции гидратации-дегидратации фермент аконитаза. В р-те происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле цитрата: Третья реакция, по-видимому, лимитирует скорость цикла Кребса. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии NAD-зависимой изоцитратдегидрогеназы. В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции изолимонная кислота одновр-но декарбоксилируется. NAD+-зависимая изоцитратдегидрогеназа яв. аллостерическим ферментом, к-ому в качестве специфи-го активатора необходим ADP. Кроме того, фермент для проявления своей активности нуждается в ионах Mg2+ или Мn2+.

Во время четвертой реакции происходит окисл-ое декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты с обр-ем высокоэнергетического соединения сукцинил-CоА. В реакции принимают участие 5 коферментов: TPP, амид липоевой кислоты, HSCoA, FAD и NAD+.                                                             Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-СоА-синтетазой. В ходе этой реакции сукцинил-СоА при участии GTP и неорганического фосфата превращается в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование высокоэргической фосфатной связи GTP за счет высокоэргической тиоэфирной связи сукцинил-СоА:                                             В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту. Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой с белком прочно (ковалентно) связан кофермент FAD. В свою очередь сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной:

Седьмая реакция осущ-ется под влиянием фермента фумаразы. Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется, продуктом реакции является яблочная кислота (малат). Фумаратгидратаза обладает стереоспецифичностью, т.е. в ходе реакции образуется L-яблочная кислота:   В ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием митохондриальной NAD-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-малата в оксалоацетат:

Цикл начинается с конденсации оксалоацетата (С4) и ацетил-КоА (С2) с образованием цитрата (С6), который далее изомеризуется в изоцитрат (С6).

В результате окислительного декарбоксилирования изоцитрата образуется – α-кетоглутарат (С5), который позже подвергается окислительному декарбоксилированию, выделяя СО2 и превращаясь в сукцинил-КоА (С4).

В последующей реакции за счет субстратного фосфорилирования осуществляется синтез высокоэнергетического соединения ГТФ. Сукцинат окисляется в фумарат (С4). Т.о., два атома углерода поступают в цикл Кребса в виде ацетил-КоА и два атома углерода выделяются в цикле в виде СО2.

За один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-CоА.

Для непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-CоА, а коферменты (NAD+ и FAD), перешедшие в восстановленное состояние, должны окисляться.

Это окисление осущест-ется в системе переносчиков электронов в дых-ой цепи (в цепи дыхательных ферментов), локализованной в мембране митохондрий.