Окислительное декарбоксилирование пирувата.




Раздел 2. Тема 7. Общий путь катаболизма.

 

Сущность общего пути катаболизма.

Начальные этапы катаболизма (специфические пути катаболизма) основных пищевых веществ (углеводы, белки, жиры) происходят при участии ферментов, специфичных для каждого класса веществ, и завершаются образованием 2 метаболитов - ПВК и уксусной кислоты в форме ацетил-КоА. После образования ПВК дальнейший путь распада веществ до конечных продуктов СО2 и Н2О происходит одинаково в общем пути катаболизма (ОПК, см. рисунок!!!).

Ацетил-КоА образуется в специфических реакциях катаболизма жирных кислот и некоторых аминокислот. Но главным источником ацетил-КоА служит пировиноградная кислота, образующаяся в реакциях катаболизма глюкозы и некоторых аминокислот.

Катаболизм основных пищевых веществ. 1-3 - пищеварение; 4-8 - специфические пути катаболизма; 9-10 - общий путь катаболизма; 11 - ЦПЭ; 12 - окислительное фосфорилирование.

 

Таким образом, общий путь катаболизма включает: 1) окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-КоА; 2) окисление ацетильной группы ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот (ЦТК=Цикле Кребса=цикле лимонной кислоты).

Общий путь катаболизма протекает в матриксе митохондрий, реакции являются необратимыми, т.к. происходит уменьшение стандартной свободной энергии.

Строение пируватдегидрогеназного комплекса.

Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) является классическим мультиферментным комплексом (молекулярная масса более 6×106), в котором промежуточные продукты остаются связанными на поверхности молекулы фермента до образования конечного продукта. Его концентрация повышена в сердечной мышце, почках.

В состав ПДК входит 3 фермента и 5 кофакторов.

I-й фермент – пируватдегидрогеназа содержит кофактор тиаминпирофосфат (производное витамина В1);

II-й фермент – дигидролипоилтрансацетилаза содержит кофакторы липоевую кислоту (липоамид, ЛК) и кофермент А (НS-КоА);

III-й фермент - дигидролипоилдегидрогеназа содержит кофакторы ФАД+ и НАД+.

Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза.

Фермент   Кофермент Витамин
1. Пируватдекарбоксилаза (пируватдегидрогеназа) Е1 ТПФ (ТДФ) Тиамин (B1)
2. Дигидролипоилтрансацетилаза Е2 Липоамид Липоевая кислота (ЛК)
KoA Пантотеновая кислота (В5)
3. Дигидролипоилдегидрогеназа Е3 FAD+ NAD+ Рибофлавин (В2) Никотиновая кислота (РР)

 

В центре комплекса располагается дигидролипоилтрансацетилаза (Е2), образуя его ядро. К дигидролипоилтрансацетилазе присоединены молекулы: пируватдекарбоксилазы (Е1) и дигидролипоилдегидрогеназы (Е3). Пируватдекарбоксилаза содержит прочно связанный с белковой частью ТПФ, а дигидролипоилдегидрогеназа - FAD. Липоиллизиновые группы центрального фермента (Е2) функционируют как поворотные "кронштейны", переносящие атомы водорода и ацетильные группы от одной ферментной молекулы комплекса к другой.

Пируватдегидрогеназный комплекс характеризуется большим отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом, который обеспечивает наряду с восстановлением кофермента (NADH+Н+) образование высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА.

Структурное объединение 3 видов ферментов создаёт возможности для координации отдельных этапов сложной ферментативной реакции. Все промежуточные продукты реакции окислительного декарбоксилирования пирувата прочно связаны с комплексом, что увеличивает суммарную скорость процесса и сводит к минимуму побочные реакции.

Пируватдегидрогеназный комплекс, как и все белки, участвующие в реакциях ЦТК, кодируется ядерной ДНК. Транспорт субъединиц ПДК в митохондрии происходит сложным путём за счёт энергии АТФ или трансмембранного электрохимического потенциала при участии белков теплового шока - шаперонов, предотвращающих их преждевременный фолдинг (приобретение окончательной нативной конформации) до поступления в митохондриальный матрикс или внутреннюю мембрану митохондрий.

Окислительное декарбоксилирование пирувата.

Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий. Транспорт пирувата в митохондриальный матрикс через внутреннюю мембрану митохондрий осуществляется при участии специального белка-переносчика по механизму симпорта с Н+.

Превращение пирувата в ацетил-КоА описывают следующим суммарным уравнением:

СН3-СО-СООН + NAD+ + HS-KoA → CH3-CO ∼SKoA + (NADH + H+) + CO2

В ходе этой реакции происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, в результате которого карбоксильная группа удаляется в виде СО2, а ацетильная группа включается в состав ацетил-КоА. Один атом водорода оказывается в составе NADH, а другой в виде Н+ поступает в среду. Реакция необратима, поскольку ΔG0' = -33,5 кДж/моль.

Превращение пирувата в ацетил-КоА включает 5 стадий (см. рисунок ниже).

Стадия I. На этой стадии пируват соединяется с ТПФ в составе Е1 и подвергается декарбоксилированию. В результате двух реакций образуется производное ТДФ с гидроксиэтильной группой - гидроксиэтилтиаминпирофосфат.

Стадия П. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты (ацитиллипоевая кислота).

Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток (дигидролипоевая кислота).

Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е3.

Стадия V. На стадии V восстановленный FADH2 передаёт водород на NAD+ с образованием NADH+Н+.

 

Окислительное декарбоксилирование пирувата сопровождается образованием NADH+Н+, поставляющим электроны в дыхательную цепь и обеспечивающим синтез 3 молей АТФ на 1 моль пирувата путём окислительного фосфорилирования.

 

или упрощенная схема (учим по той, которая больше нравится):



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-10-25 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: