Регуляция активности пируватдегидрогеназы.

Пируватдегидрогеназный комплекс может существовать в активной и неактивной формах. Переход одной формы в другую осуществляется путём обратимого фосфорилирования с участием киназы и дефосфорилирования с участием фосфатазы. При этом фосфорилированная форма является неактивной, а дефосфорилированная – активной (рис.3).

Рис.3. Активирование пируватдегидрогеназы.

 

При низкой концентрации инсулина и высоком уровне энергообеспеченности клетки (↑АТФ, ↑ ацетил-КоА и ↑ НАДН·Н⁺) этот комплекс находится в неактивном состоянии. Активирование пируватдегидрогеназного комплекса индуцируется инсулином, КоА-SН, пируватом, АДФ и ионами магния.

Цикл Кребса – центральный путь обмена веществ.

Своё название этот метаболический путь получил по имени открывшего его автора – Ганса Кребса, получившего (совместно с Ф. Липманом) за это открытие в 1953 г. Нобелевскую премию. В цикле лимонной кислоты улавливается большая часть свободной энергии, образующейся при распаде белков, жиров и углеводов пищи. Цикл Кребса – центральный путь обмена веществ.

Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования пирувата ацетил-КоА в матриксе митохондрий включается в цепь последовательных реакций окисления. Таких реакций 8.

1 реакция – образование лимонной кислоты.

Образование цитрата происходит путём конденсации ацетильного остатка ацетил-КоА с оксалацетатом (ЩУК) при помощи фермента цитратсинтазы (с участием воды):

 

СН₃ О=С―СООН Н₂О НS-КоА СН₂―СООН

│ + │ │

С= О Н₂С―СООНцитратсинтазаНО―С―СООН

КоА │

Н₂С―СООН

Ацетил-КоА Оксалацетат Лимонная кислота

 

Данная реакция практически необратима, поскольку при этом распадается богатая энергией тиоэфирная связь ацетил~S-КоА.

2 реакция – образование изолимонной кислоты. Эта реакция катализируется железосодержащим (Fe – негеминовое) ферментом – аконитазой. Реакция протекает чрез стадию образования цис-аконитовой кислоты (лимонная кислота подвергается дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя молекулы воды, превращается в изолимонную).

 

СООН СООН

│ │

СН₂ СН₂

│ │

ОН―С―СООН Н―С―СООН

│ │

Н―С―Н НО―С―Н

│ │

СООН СООН

Цитрат Изоцитрат

 

Реакция – дегидрирование и прямое декарбоксилирование изолимонной кислоты.

Реакция катализируется НАД⁺–зависимым ферментом изоцитратдегидрогеназой. Фермент нуждается в присутствии ионов марганца (или Mg²⁺). Являясь по своей природе аллостерическим белком, изоцитратдегидрогеназа нуждается в специфическом активаторе – АДФ.

СООН СООН

│ │

СН₂ СН₂

│ │

Н―С―СООН СН₂

│ │

НО―С―Н С=О

│ │

СООН СООН

Изоцитрат α-кетоглутарат

4 реакция – окислительное декарбоксилирование α-кетоглутаровой кислоты.

Процесс катализируется α-кетоглутаратдегидрогеназой – ферментным комплексом, по стуктуре и механизму действия похожим на пируватдегидрогеназный комплекс. В его «распоряжении» те же коферменты: ТПФ, липоевая кислота и ФАД – собственные коферменты комплекса; КоА-SH и НАД⁺ – внешние коферменты.

 

СООН СООН

│ │

CH₂ CH₂

│ ТПФ, липоевая к-та, КоА-SH, ФАД, НАД⁺ │

CH₂ CH₂

│ │

C=O СО₂ НАДН·Н⁺ С=О

│ S-KoA

COOH

α-кетоглутарат Сукцинил-КоА

Реакция – субстратное фосфорилирование.

Суть реакции заключается в переносе богатой энергией связи сукцинил-КоА (макроэргическое соединение) на ГДФ с участием фосфорной кислоты – при этом образуется ГТФ, молекула которого вступает в реакцию перефосфорилирования с АДФ – образуется АТФ.

СООН СООН

│ │

CH₂ ГДФ Н₃РО₄ CH₂

│ │ + ГТФ +SH-KoA

CH₂ сукцинил-КоА-синтетаза CH₂

│ │

СО COOH

SkoA

Cукцинил-КоА Сукцинат

 

нуклеозидфосфаткиназа

ГТФ + АДФ ГДФ + АТФ

 

Реакция – дегидрирование янтарной кислоты сукцинатдегидрогеназой.

Фермент осуществляет прямой перенос водорода с субстрата (сукцината) на II комплекс дыхательной цепи митохондрий. Коферментом в этой реакции является ФАД. Комплекс «ФАД – сукцинатдегидрогеназа» прочно связан с внутренней мембраной митохондрий.

 

СООН СООН

│ ФАД ФАДН₂│

CH₂CH

│ ║

CH₂ сукцинатдегидрогеназа CH

│ │

СООН СООН

Сукцинат Фумарат

 

7 реакция – образование яблочной кислоты ферментом фумаразой.

Фумараза (фумаратгидратаза) гидратирует фумаровую кислоту – при этом образуется яблочная кислота, причём её L-форма, так как фермент обладает стереоспецифичностью.

 

СООН СООН

│ Н₂О │

СН ОН –СН

║ │

СН фумараза Н–С –Н

│ │

СООН СООН

Фумарат L-Малат

 

8 реакция – образование оксалацетата.

Реакция катализируется малатдегидрогеназой, коферментом которой служит НАД⁺. Образовавшийся под действием фермента оксалацетат вновь включается в цикл Кребса и весь циклический процесс повторяется.

 

СООН СООН

│ │

НО–С– Н НАД⁺ НАДН ∙Н⁺ С=О

│ │

CH₂ CH₂

│ │

СООН СООН

Малат ЩУК

 

Последние 3 реакции обратимы, но поскольку НАДН∙Н⁺ захватывается дыхательной цепью, равновесие реакции сдвигается вправо, т.е. в сторону образования оксалацетата. Как видно, за один оборот цикла происходит полное окисление, «сгорание», молекулы ацетил-КоА. В ходе цикла образуются восстановленные формы никотинамидных и флавиновых коферментов, которые окисляются в дыхательной цепи митохондрий. Таким образом, цикл Кребса находится в тесной взаимосвязи с процессом клеточного дыхания.

Рекомендуемые страницы: