Окисление пирувата до ацетил-КоА

 

Аэробное дыхание распадается на две стадии. В первой при достаточном количестве кислорода каждая молекула пирувата поступает в митохондрию, где она полностью окисляется аэробным путем. Сначала происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, т.е. отщепление СО₂ с одновременным окислением путем дегидрирования. Во время этих реакций молекула пирувата соединяется с веществом, которое называется коферментом А (КоА или КоА-SH), в результате чего образуется ацетилкофермент А. Количество выделяющейся при этом энергии достаточно для образования в молекуле ацетилкофермента А высокоэнергетической связи. Этот процесс представляет собой необходимую стадию, благодаря которой углеводы (через пируват) включаются в цикл. КоА выполняет функцию переносчика ацильных (в данном случае ацетильных групп), точно также как АТФ выполняет функцию переноса фосфатных групп. Ацетилированная форма КоА (ацетил-КоА) представляет собой тиоэфир, в образовании которой участвует карбоксильная группа уксусной кислоты и тиоловая группа КоА. Тиоэфирная связь относится к высокоэнергетическим связям, что означает, что стандартная свободная энергия гидролиза ацетил–S–КоА выражается большой отрицательной величиной

 

Ацетил–S–КоА + Н₂О → Ацетат + КоА – SH DG¢ = – 7, 52 ккал

Окислительное декарбоксилирование пирувата до Ацетил–КоА и СО₂ требует присутствия трех различных ферментов и пяти коферментов, объединенных в один мультиферментный комплекс – пируватдегидрогеназную систему.

 

Суммарная реакция имеет вид:

 

СН₃СОСООН + КоА–S – H + НАД⁺ → СН₃СО ~ S – КоА + СО₂ + НАДH + Н⁺

 

НАДH, являющийся продуктом этой реакции, отправляется в дыхательную цепь митохондрий.

Пируватдегидрогеназный комплекс избирательно ингибируется мышьяком, а также АТФ, которая служит негативным модулятором. Всякий раз, как содержание АТФ в клетке начинает превышать определенный уровень, пируватдегидрогеназная система, поставляющая “топливо” для цикла Кребса, сразу же выключается. “Топливом”, поступающим в цикл трикарбоновых кислот, служит ацетил–КоА – конечный продукт сложных превращений, катализируемых пируватидегидрогеназой.

 

Рис.12. Общая схема дыхания

 

2.7.4. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса)

 

Вторую фазу аэробного дыхания составляет цикл Кребса (названный так в честь открывшего его исследователя – сэра Ганса Кребса). Ацетильная группа ацетил–КоА, содержащая 2 атома углерода, включается в цикл Кребса при гидролизе ацетил–КоА. Она присоединяется к щавелевоуксусной кислоте – четырехуглеродному соединению, в результате чего образуется шестиуглеродная лимонная кислота. Для этой реакции требуется энергия, ее поставляет высокоэнергетическая связь ацетил–КоА. Далее следует цикл реакций, в которых ацетильные группы, поступающие в цикл при гидролизе ацетил–КоА, дегидрируются с высвобождением четырех пар атомов водорода и декарбоксилируются с образованием двух молекул СО₂. При декарбоксилировании для окислении двух атомов углерода до СО₂ используется кислород, отщепляемый от двух молекул воды. Этот процесс носит название окислительного декарбоксилирования. В конце цикла молекула щавелевой кислоты регенерируется. Теперь она способна вступить в реакцию с новой молекулой ацетил-КоА и цикл повторяется. На каждую окисленную молекулу ацетил–КоА образуется: одна молекула АТФ, 4 пары атомов водорода, 2 молекулы СО₂. Водородные атомы присоединяются к НАД⁺ или ФАД и попадают в дыхательную цепь. Поскольку из одной окисленной молекулы глюкозы образуется 2 молекулы ацетил-КоА, для окисления каждой молекулы глюкозы в процессе дыхания требуется 2 оборота цикла. Поэтому в конечном итоге при окислении одной молекулы глюкозы синтезируется 2 молекулы АТФ, выделяется 4 молекулы СО₂ и высвобождается 8 пар атомов водорода, поступающие затем в дыхательную цепь.

Суммарную реакцию для образования ацетил-КоА и цикла Кребса можно записать так:

 

С₆Н₁₂О₆ + 6Н₂О ® 6СО₂ + 4 АТФ + 12 АсН₂

где Ас – акцептор водорода.

Рис. 13. Цикл трикарбоновых кислот

Цитрат-синтаза

Конденсация ацетил-КоА с оксалоацетатом, приводящая к образованию цитрата, катализируется ферментом цитрат-синтазой. В ходе этой реакции метильная группа ацетил-КоА присоединяется к углероду карбонильной группы оксалоацетата с последующим гидролизом тиоэфирной связи и образованием свободного КоА–SH. Гидролиз сопровождается уменьшением стандартной свободной энергии (на 7, 7 ккал). Цитрат-синтаза относится к регуляторным ферментам, она ингибируется АТФ и НАДН.

O H₂C – COO^-

|| |

О = С – СОО^- + С – СН₃ + Н₂О ® НО – С – СОО^- + HS – CoA + H⁺

| | |

H₂C – COO^- S – CoA H₂C – COO^-

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться: