Регуляция активности пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК)
| Ковалентная модификация: | Осуществляется фосфорилированием и дефосфорилированием. В состав ПДК входят 2 регуляторных субъединицы: киназа ПДК – фосфорилирует ферменты комплекса и инактивирует ПДК; а фосфатаза – дефосфорилирует ферменты, превращая ферментативный комплекс в активную форму. |
| Ингибирование продуктами реакции: | Продукты пируватдегидрогеназной реакции аллостерически активируют киназу ПДК. Активированная киназа фосфорилирует и инактивирует ферменты комплекса. Таким образом, при накоплении НАДН и ацетил-КоА тормозится превращение пирувата в ацетил-КоА. Так, например, в печени при голодании: - из жирового депо в печень поступают жирные кислоты, из которых образуется ацетил-КоА; - в присутствии высокомолекулярных жирных кислот ингибирование ПДК усиливается. Пируват при этом не окисляется и может быть использован для синтеза глюкозы (в процессе глюконеогенеза). |
| Аллостерический путь: | Пируват аллостерически активирует нефосфорилированную форму ПДК, действуя согласно с другими субстратами НАД+ и КоА. |
Регуляция общего пути катаболизма
Скорости функционирования пируватдегидрогеназного комплекса (ПВК) и цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) точно соответствуют потребности клеток в молекулах ацетил-КоА, необходимых для синтеза липидов и АТФ, используемых в качестве универсального источника энергии. Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (1) и цикла трикарбоновых кислот (2, 3 и 4) приведена на рис.8.
ПИРУВАТ
 | |||
| |||
ИНГИБИРУЕТСЯ АТФ,
АЦЕТИЛ-КоА И НАДН
|
АЦЕТИЛ-СоА
Оксалоацетат
Цитрат
Малат
Фумарат Изоцитрат
|
α-Оксоглутарат
Сукцинат (α-Кетоглутарат)
|
Сукцинил-
СоА
Рис.8 Схема регуляции общего пути катаболизма. Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (1) и цикла трикарбоновах кислот (2, 3 и 4).
Общим принципом регуляции пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) и цикла трикарбоновых кислот (ЦТК), процессов независимых, но функционально тесно связанных, является то, что они совместно активируются при низком энергетическом потенциале клетки. И совместно ингибируются при высоком энергетическом клеточном потенциале.
Энергетический потенциал клетки определяется концентрацией молекул АТФ, НАДН, ацетил-КоА. Это такие молекулы, которые готовы отдать энергию в различных процессах (АТФ), или отдать электроны высоких энергий для синтеза АТФ (НАДН), или готовы к отдаче высокоэнергетических электронов как ацетил-КоА (для образования НАДН, а впоследствии АТФ).
При высоком энергетическом потенциале клетки велики внутриклеточные концентрации молекул АТФ и НАДН. Это вызывает торможение ПДК и ЦТК.
При низком энергетическом потенциале клетки внутриклеточные концентрации АТФ и НАДН снижаются и увеличиваются концентрации таких молекул как АДФ, НАД+. Они активируют оба процесса (ПДК и ЦТК). Происходит ускоренный распад глюкозы до пирувата (активируется специфический катаболизм) и ускоряется преобразование пирувата в ацетил-КоА, происходит ускоренное образование молекул НАДН и ФАДН2, переносящих электроны в процесс окислительного фосфорилирования для синтеза АТФ (активируется общий путь катаболизма).
Энергетический потенциал клетки характеризует отношение АТФ/АДФ и НАДН/ НАД+.
Механизмы регуляции цитратного цикла
1. Первая цитратсинтазная реакция образования цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА – важнейшая регуляторная реакция всего цикла (2 на рис. 8). Реакция активируется оксалоацетатом – субстратом реакции и ингибируется продуктом – цитратом. Увеличение энергетического потенциала клетки (увеличение отношения НАДН/ НАД+, концентрация АТФ) тормозит образование цитрата. АТФ - аллостерический ингибитор цитратсинтатазы. Его действие заключается в повышении Км для ацетил-КоА. Поэтому с увеличением содержания АТФ снижается насыщение фермента ацетил-КоА и в результате уменьшается образование цитрата. Ингибируют реакцию Сукцинил-КоА и длинноцепочечные жирные кислоты.
2. Изоцитрат-дегидрогеназная реакция аллостерически активируется АДФ, изоцитратом, субстратом реакции и Са++ (3 на рис. 8). Фермент состоит из 8 каталитических субъединиц и при связывании первой молекулы субстрата в одной субъединице за счет конформационных изменений в других резко ускоряется присоединение последующих молекул субстрата, что ускоряет ферментативную реакцию (положительный кооперативный эффект).
Фермент аллостерически активируется АДФ и Са++, поскольку имеет аллостерические центры связывания АДФ и Са++ на каждой субъединице.
НАДН имеет более высокое сродство к каталитическому центру фермента, чем НАД+ и вытесняет его, что ингибирует ферментативную активность (механизм конкурентного ингибирования).
3. α-Оксоглутарат дегидрогеназный комплекс (4 на рис.8) катализирующий преобразование α-оксоглутарата (α-кетоглутарата) в сукцинил-КоА, структурно подобен и гомологичен пируват-дегидрогеназному комплексу, но в отличие от ПДК, не имеет регуляторных белков в своем составе. α-Оксоглутарат дегидрогеназный комплекс активируется АМФ, АДФ, Са++, но ингибируется Сукцинил-КоА, АТФ, НАДН.
АМФ, АДФ – положительные аллостерические регуляторы ферментативного комплекса. Так, связывание АМФ ферментативным комплексом уменьшает Км для α-кетоглутарата в 10 раз. В области физиологических концентраций и сукцинил-КоА и НАДН (продукты реакции) обладают ингибирующим эффектом, действуя по механизму конкурентного ингибирования. Главным регулятором активности α-оксоглутарат дегидрогеназного комплекса является сукцинил-КоА.