Меню Рубрики

Какой витамин входит в состав пируватдегидрогеназного комплекса

Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) молекулярной массой 6*10 6 д., включает в себя три вида ферментов (Е13) и пять видов коферментов. При этом 2 кофермента (НАД и HS-КоА) находятся в свободном состоянии и входят в состав комплекса только в момент реакции. Общий вид реакции окислительного декарбоксилирования пирувата:

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Е1 – пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая;

Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза);

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

  1. Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В1, кофактор пируватдегидрогеназы.
  2. Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы.
  3. Кофермент ФАД, содержащий витамин В2, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты.
  4. Кофермент НАД, содержащий витамин РР.
  5. Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В3).

Окислительное декарбоксилирование ПВК протекает в несколько стадий, в процессе которых двухуглеродный фрагмент, образующийся из ПВК, переносится на липоевую кислоту, а затем на HS-КоА.

Витамины, входящие в состав пируватдегидрогеназного комплекса

В состав ПДК входит пять витаминов (РР. В2, липоевая кислота, В1, пантотеновая кислота).

Липоевая кислота

Липоевая кислота — витаминоподобное вещество, представляет собой восьмиуглеродную жирную кислоту с двумя -SH группами. Биологическая роль: является коферментом ПДК, участвует в окислении α — кетокислот.

Пантотеновая кислота, витамин В3

Пантотеновая кислота является витамином, который, в свою очередь, включает β — аланин и производное масляной кислоты. Она распространена в животных и растительных продуктах. Суточная потребность в пантотеновой кислоте составляет до 10 мг. Биологическая роль: входит в состав НS- КоА и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, участвует в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В1, тиамин, антиневритный витамин

Витамин В1 включает в свой состав пиримидиновое кольцо, содержит аминогруппу. Суточная потребность в нём составляет 2 мг. Тиамин содержится в злаках, дрожжах. Биологическая роль: входит в состав кофермента ТДФ и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, а также является коферментом транскетолазной реакции в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса осуществляется путём фосфолирирования — дефосфолирирования пируватдегидрогеназы

Активаторами ПДК служат АДФ и НАД окисленный. Ингибиторами этого комплекса являются АТФ и НАДН2..

5.1.2. Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата Биологическое значение процесса окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ. Окислительное декарбоксилирование пирувата протекает внутри митохондрий.

5.2. Цикл трикарбоновых кислот (цикл Г. Кребса)

Ацетил-КоА окисляется в цикле трикарбоновых кислот — цикле Кребса.

5.2.1. Химизм цикла Кребса (цикла трикарбоновых кислот)

В данном цикле происходит полное окисление ацетил-КоА. Цикл начинается с взаимодействия ацетил-КоА с щавелевоуксусной кислотой (ЩУК), а заканчивается образованием щавелевоуксусной кислоты. Цикл трикарбоновых кислот (ЦТК) протекает внутри митохондрий.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

источник

Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) молекулярной массой 6*10 6 д., включает в себя три вида ферментов (Е13) и пять видов коферментов. При этом 2 кофермента (НАД и HS-КоА) находятся в свободном состоянии и входят в состав комплекса только в момент реакции. Общий вид реакции окислительного декарбоксилирования пирувата:

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Е1 – пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая;

Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза);

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

  1. Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В1, кофактор пируватдегидрогеназы.
  2. Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы.
  3. Кофермент ФАД, содержащий витамин В2, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты.
  4. Кофермент НАД, содержащий витамин РР.
  5. Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В3).

Окислительное декарбоксилирование ПВК протекает в несколько стадий, в процессе которых двухуглеродный фрагмент, образующийся из ПВК, переносится на липоевую кислоту, а затем на HS-КоА.

Витамины, входящие в состав пируватдегидрогеназного комплекса

В состав ПДК входит пять витаминов (РР. В2, липоевая кислота, В1, пантотеновая кислота).

Липоевая кислота

Липоевая кислота — витаминоподобное вещество, представляет собой восьмиуглеродную жирную кислоту с двумя -SH группами. Биологическая роль:является коферментом ПДК, участвует в окислении α — кетокислот.

Пантотеновая кислота, витамин В3

Пантотеновая кислота является витамином, который, в свою очередь, включает β — аланин и производное масляной кислоты. Она распространена в животных и растительных продуктах. Суточная потребность в пантотеновой кислоте составляет до 10 мг. Биологическая роль: входит в состав НS- КоА и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, участвует в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В1, тиамин, антиневритный витамин

Витамин В1 включает в свой состав пиримидиновое кольцо, содержит аминогруппу. Суточная потребность в нём составляет 2 мг. Тиамин содержится в злаках, дрожжах. Биологическая роль: входит в состав кофермента ТДФ и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, а также является коферментом транскетолазной реакции в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса осуществляется путём фосфолирирования — дефосфолирирования пируватдегидрогеназы

Активаторами ПДК служат АДФ и НАД окисленный. Ингибиторами этого комплекса являются АТФ и НАДН2..

5.1.2. Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата Биологическое значение процесса окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ. Окислительное декарбоксилирование пирувата протекает внутри митохондрий.

Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 6738 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

источник

Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) молекулярной массой 6*10 6 д., включает в себя три вида ферментов (Е13) и пять видов коферментов. При этом 2 кофермента (НАД и HS-КоА) находятся в свободном состоянии и входят в состав комплекса только в момент реакции. Общий вид реакции окислительного декарбоксилирования пирувата:

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Е1 – пируватдегидрогеназа декарбоксилирующая;

Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (трансацетилаза);

Коферменты пируватдегидрогеназного комплекса

  1. Тиаминдифосфат (ТДФ, ТПФ), содержащий витамин В1, кофактор пируватдегидрогеназы.
  2. Липоевая кислота, кофактор трансацетилазы.
  3. Кофермент ФАД, содержащий витамин В2, кофактор дегидрогеназы дигидролипоевой кислоты.
  4. Кофермент НАД, содержащий витамин РР.
  5. Кофермент НS-КоА, содержащий аденин, рибозу, два остатка фосфорной кислоты, пантотеновую кислоту (витамин В3).

Окислительное декарбоксилирование ПВК протекает в несколько стадий, в процессе которых двухуглеродный фрагмент, образующийся из ПВК, переносится на липоевую кислоту, а затем на HS-КоА.

Витамины, входящие в состав пируватдегидрогеназного комплекса

В состав ПДК входит пять витаминов (РР. В2, липоевая кислота, В1, пантотеновая кислота).

Липоевая кислота

Липоевая кислота — витаминоподобное вещество, представляет собой восьмиуглеродную жирную кислоту с двумя -SH группами. Биологическая роль:является коферментом ПДК, участвует в окислении α — кетокислот.

Пантотеновая кислота, витамин В3

Пантотеновая кислота является витамином, который, в свою очередь, включает β — аланин и производное масляной кислоты. Она распространена в животных и растительных продуктах. Суточная потребность в пантотеновой кислоте составляет до 10 мг. Биологическая роль: входит в состав НS- КоА и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, участвует в активации жирных кислот. Авитаминоз проявляется дерматитом, депигментацией волос, поражением нервной системы.

Витамин В1, тиамин, антиневритный витамин

Витамин В1 включает в свой состав пиримидиновое кольцо, содержит аминогруппу. Суточная потребность в нём составляет 2 мг. Тиамин содержится в злаках, дрожжах. Биологическая роль: входит в состав кофермента ТДФ и участвует в окислительном декарбоксилировании α — кетокислот, а также является коферментом транскетолазной реакции в пентозофосфатном пути окисления глюкозы. Авитаминоз проявляется полиневритами (болезнь бери-бери).

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса осуществляется путём фосфолирирования — дефосфолирирования пируватдегидрогеназы

Активаторами ПДК служат АДФ и НАД окисленный. Ингибиторами этого комплекса являются АТФ и НАДН2..

5.1.2. Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата Биологическое значение процесса окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ. Окислительное декарбоксилирование пирувата протекает внутри митохондрий.

источник

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Состав пируватдегидрогеназного комплекса. Роль в этом процессе витаминов В1 и В3.

В аэробных условиях пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетилКоА. Это превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента: пируватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты, их количественные соотношения в составе комплекса зависят от источника выделения, как правило это соотношение приближается к 30:1:10.

Первый фермент этого комплекса пируватдекарбоксилаза ( Е1)

катализирует реакцию: СН3СОСООН + ТДФЕ1 > СО2 + СН3 СТДФ(тиаминдифосфат)Е1с образованием углекислого газа и активированного ацетальдегида, связанного с тиаминдифосфатом простетической группой фермента.

Второй фермент дигидролипоатацетильрансфераза ( Е2 ) катализирует два последовательных превращения:

а) на первом этапе идет перенос активированного остатка ацетальдегида на простетическую группу фермента липоевую кислоту, причем этот перенос сопровождается одновременным окислением альдегидной группы до карбоксильной группы

б) на втором этапе остаток ацетила переносится с липоевой кислоты, жестко связанной с ферментом, на свободный HSКоА:

Образуются ацетилКоА и фермент Е2 с восстановленной формой кофермента.

Третий фермент дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты катализирует превращение восстановленной формы липоевой кислоты предыдущего фермента в окисленную форму, при окислении глюкозы образуется 2 молекулы пирувата, что следует учесть при написании суммарного уравнения окислительного декарбоксилирования пирувата:

2Пируват +2НАД+ +2HSКоА >2АцетилКоА +2НАДН+Н+ +2СО2

В ходе окисления 2 моль пирувата высвобождается около 120 ккал энергии, из них около 100 ккал накапливается ввиде энергии восстановленного НАД. Остальная энергия рассеивается в виде теплоты.

Превращение пирувата в ацетилКоА в ходе функционирования пируватдегидрогеназного комплекса необратимо, посколько сопровож дается потерей 11,5 ккал/моль энергии в расчете на 1 моль окис ленного пирувата.

Контроль интенсивности потока метаболитов по пируватдегидрогеназному комплексу осуществляется за счет работы двух механизмов: ковалентной модификации и аллостерической модуляции

Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях АТФ/АДФ, НАДН/НАД+ и ацетилКоА/КоА. Иначе говоря, активность комплекса снижается, если клетка хорошо обеспечена энергией

Образовавшийся ацетилКоА, как уже неоднократно упоминалось. поступает в цикл трикарбоных кислот, работа которого сопряжена с функционированием цепи дыхательных ферментов. При функционирова нии этих двух метаболических путей остаток ацетила окисляется до углекислого газа и воды.

36. Анаэробный распад глюкозы в клетках (гликолиз), последовательность реакций до образования лактата. Физиологическое значение этого процесса, его регуляция. Роль анаэробного распада глюкозы и гликогена в мышцах. Утилизация молочной кислоты в организме.

Человек является аэробным организмом, так как основным конечным акцептором отщепляемых от окисляемых субстратов атомов водорода является кислород. Парциальное давления кислорода в тканях составляет в среднем 3540 мм рт. ст. Торможение окислительных процессов при дефиците кислорода связано с тем, что клеточный пул НАД+ и других коферментов. способных акцептировать атомы водорода от окисляемых субстратов, весьма ограничен. Как только основная их масса переходит в восстановленное состояние из за дефицита кислорода, дегидрирование субстратов прекращается. Развивается гипоэнергетическое состояние, которое может стать причиной гибели клеток.

В подобного рода условиях в клетках различных органов и тканей включаются механизмы, обеспечивающие клетки энергией, не за висящие от наличия кислорода. Основными из них являются анаэробное расщепление гликогена и гликогенолиз. В анаэробных условиях расщепление глюкозы и гликогена идет абсолютно идентичными по сравнению с метаболическими путями до образования пирувата. Однако далее эти пути расходятся: если в аэробных условиях пируват подвергается окислительному декарбоксилированию, то в анаэробных условиях пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту. Реакция катализируется ферментом лактатдегидрогеназой.

Поскольку в ходе лактатдегидрогеназной реакции используются молекулы НАДН+Н+, ранее образовавшиеся при окислении 3фосфогли цериноваго альдегида в 1,3дифосфоглицериновую кислоту,

расщепление глюкозы до лактата сопровождается высвобождением лишь 1/12 — 1/13 всей заключенной в химических связях глюкозы энергии (

50 ккал/моль ), тем не менее на каждую распавшуюся в ходе анаэробного гликолиза молекулу глюкозы клетка получает 2 молекулы. При гликогенолизе клетка получит 3 молекулы АТФ на каждый остаток глюкозы из молекулы гликогена ( 1 АТФ расходуется и 4 АТФ синтезируется ). Несмотря на очевидную невыгодность в отношении количества высвобождаемой энергии анаэробные гликолиз и гликогенолиз позволяют клеткам существовать в условиях отсутствия кислорода.

Суммарное уравнение гликолиза:

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Н3РО4Д> 2 Лактат + 2 АТФ + 2 Н2О Анаэробный путь окисления глюкозы и анаэробное расщепление гликогена играют важную роль в обеспечении клеток энергией, во первых, в условиях высокой экстренно возникающей функциональной нагрузки на тот или иной орган или организм в целом. Во вторых, эти процессы играют большую роль в обеспечении клеток энергией при гипоксичеких состояниях, например, при тромбозах артерий в период до развития коллатерального кровообращения или при тяжелых шоковых состояниях с выраженными расстройствами гемодинамики.

Читайте также:  Какие витамины для ослабленных волос

Активация анаэробного окисления углеводов приводит к увеличению продукции лактата в клетках и тканях. При сохранении кровообращения этот наработанный в клетках лактат выносится кровью и основная его часть метаболизируется в печени или в сердечной мышце. В миокарде лактат окисляется до углекислого газа и воды; в печени же лишь примерно 1/5 поступающего лактата подвергается окислению до конечных продуктов, а 4/5 ресинтезируются в глюкозу в ходе интенсивно идущего в печени процесса глюконеогенеза.

Если же вынос лактата из гипоксической ткани невозможен, то при его накоплении в клетках за счет повышения концентрации про тонов ингибируется фосфофруктокиназа, в результате чего ингибируются и гликолиз, и гликогенолиз. Клетки, лишенные последних источников энергии, обычно погибают, что наблюдается при инфарктах различных органов, в особенности при инфаркте миокарда.

Следует заметить, что в клетках некоторых органов и тканей человека образование молочной кислоты происходит и в обычных, т.е. в аэробных условиях. Так. в эритроцитах, не имеющих митохондрий. все необходимое для них количество энергии вырабатывается в ходе гликолиза. К тканям с относительно высоким уровнем аэробного гликолиза относятся также сетчатка глаза и кожа. Высокий уровень аэробного гликолиза присущ также многим опухолям.

Обмен и функции липидов

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; Нарушение авторского права страницы

источник

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Состав пируватдегидрогеназного комплекса. Роль в этом процессе витаминов В1 и В3.

В аэробных условиях пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетилКоА. Это превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента: пируватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты, их количественные соотношения в составе комплекса зависят от источника выделения, как правило это соотношение приближается к 30:1:10.

Первый фермент этого комплекса пируватдекарбоксилаза ( Е1)

катализирует реакцию: СН3СОСООН + ТДФЕ1 > СО2 + СН3 СТДФ(тиаминдифосфат)Е1с образованием углекислого газа и активированного ацетальдегида, связанного с тиаминдифосфатом простетической группой фермента.

Второй фермент дигидролипоатацетильрансфераза ( Е2 ) катализирует два последовательных превращения:

а) на первом этапе идет перенос активированного остатка ацетальдегида на простетическую группу фермента липоевую кислоту, причем этот перенос сопровождается одновременным окислением альдегидной группы до карбоксильной группы

б) на втором этапе остаток ацетила переносится с липоевой кислоты, жестко связанной с ферментом, на свободный HSКоА:

Образуются ацетилКоА и фермент Е2 с восстановленной формой кофермента.

Третий фермент дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты катализирует превращение восстановленной формы липоевой кислоты предыдущего фермента в окисленную форму, при окислении глюкозы образуется 2 молекулы пирувата, что следует учесть при написании суммарного уравнения окислительного декарбоксилирования пирувата:

2Пируват +2НАД+ +2HSКоА >2АцетилКоА +2НАДН+Н+ +2СО2

В ходе окисления 2 моль пирувата высвобождается около 120 ккал энергии, из них около 100 ккал накапливается ввиде энергии восстановленного НАД. Остальная энергия рассеивается в виде теплоты.

Превращение пирувата в ацетилКоА в ходе функционирования пируватдегидрогеназного комплекса необратимо, посколько сопровож дается потерей 11,5 ккал/моль энергии в расчете на 1 моль окис ленного пирувата.

Контроль интенсивности потока метаболитов по пируватдегидрогеназному комплексу осуществляется за счет работы двух механизмов: ковалентной модификации и аллостерической модуляции

Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях АТФ/АДФ, НАДН/НАД+ и ацетилКоА/КоА. Иначе говоря, активность комплекса снижается, если клетка хорошо обеспечена энергией

Образовавшийся ацетилКоА, как уже неоднократно упоминалось. поступает в цикл трикарбоных кислот, работа которого сопряжена с функционированием цепи дыхательных ферментов. При функционирова нии этих двух метаболических путей остаток ацетила окисляется до углекислого газа и воды.

36. Анаэробный распад глюкозы в клетках (гликолиз), последовательность реакций до образования лактата. Физиологическое значение этого процесса, его регуляция. Роль анаэробного распада глюкозы и гликогена в мышцах. Утилизация молочной кислоты в организме.

Человек является аэробным организмом, так как основным конечным акцептором отщепляемых от окисляемых субстратов атомов водорода является кислород. Парциальное давления кислорода в тканях составляет в среднем 3540 мм рт. ст. Торможение окислительных процессов при дефиците кислорода связано с тем, что клеточный пул НАД+ и других коферментов. способных акцептировать атомы водорода от окисляемых субстратов, весьма ограничен. Как только основная их масса переходит в восстановленное состояние из за дефицита кислорода, дегидрирование субстратов прекращается. Развивается гипоэнергетическое состояние, которое может стать причиной гибели клеток.

В подобного рода условиях в клетках различных органов и тканей включаются механизмы, обеспечивающие клетки энергией, не за висящие от наличия кислорода. Основными из них являются анаэробное расщепление гликогена и гликогенолиз. В анаэробных условиях расщепление глюкозы и гликогена идет абсолютно идентичными по сравнению с метаболическими путями до образования пирувата. Однако далее эти пути расходятся: если в аэробных условиях пируват подвергается окислительному декарбоксилированию, то в анаэробных условиях пировиноградная кислота восстанавливается в молочную кислоту. Реакция катализируется ферментом лактатдегидрогеназой.

Поскольку в ходе лактатдегидрогеназной реакции используются молекулы НАДН+Н+, ранее образовавшиеся при окислении 3фосфогли цериноваго альдегида в 1,3дифосфоглицериновую кислоту,

расщепление глюкозы до лактата сопровождается высвобождением лишь 1/12 — 1/13 всей заключенной в химических связях глюкозы энергии (

50 ккал/моль ), тем не менее на каждую распавшуюся в ходе анаэробного гликолиза молекулу глюкозы клетка получает 2 молекулы. При гликогенолизе клетка получит 3 молекулы АТФ на каждый остаток глюкозы из молекулы гликогена ( 1 АТФ расходуется и 4 АТФ синтезируется ). Несмотря на очевидную невыгодность в отношении количества высвобождаемой энергии анаэробные гликолиз и гликогенолиз позволяют клеткам существовать в условиях отсутствия кислорода.

Суммарное уравнение гликолиза:

Глюкоза + 2 АДФ + 2 Н3РО4Д> 2 Лактат + 2 АТФ + 2 Н2О Анаэробный путь окисления глюкозы и анаэробное расщепление гликогена играют важную роль в обеспечении клеток энергией, во первых, в условиях высокой экстренно возникающей функциональной нагрузки на тот или иной орган или организм в целом. Во вторых, эти процессы играют большую роль в обеспечении клеток энергией при гипоксичеких состояниях, например, при тромбозах артерий в период до развития коллатерального кровообращения или при тяжелых шоковых состояниях с выраженными расстройствами гемодинамики.

Активация анаэробного окисления углеводов приводит к увеличению продукции лактата в клетках и тканях. При сохранении кровообращения этот наработанный в клетках лактат выносится кровью и основная его часть метаболизируется в печени или в сердечной мышце. В миокарде лактат окисляется до углекислого газа и воды; в печени же лишь примерно 1/5 поступающего лактата подвергается окислению до конечных продуктов, а 4/5 ресинтезируются в глюкозу в ходе интенсивно идущего в печени процесса глюконеогенеза.

Если же вынос лактата из гипоксической ткани невозможен, то при его накоплении в клетках за счет повышения концентрации про тонов ингибируется фосфофруктокиназа, в результате чего ингибируются и гликолиз, и гликогенолиз. Клетки, лишенные последних источников энергии, обычно погибают, что наблюдается при инфарктах различных органов, в особенности при инфаркте миокарда.

Следует заметить, что в клетках некоторых органов и тканей человека образование молочной кислоты происходит и в обычных, т.е. в аэробных условиях. Так. в эритроцитах, не имеющих митохондрий. все необходимое для них количество энергии вырабатывается в ходе гликолиза. К тканям с относительно высоким уровнем аэробного гликолиза относятся также сетчатка глаза и кожа. Высокий уровень аэробного гликолиза присущ также многим опухолям.

Обмен и функции липидов

Последнее изменение этой страницы: 2016-12-28; Нарушение авторского права страницы

источник

В этой статье мы постараемся доступно объяснить, что представляет собой пируватдегидрогеназный комплекс и биохимию процесса, раскрыть состав ферментов и коферментов, обозначить роль и значение данного комплекса в природе и жизни человека. Кроме того, будут рассмотрены возможные последствия нарушения функционального предназначения комплекса и время их проявления.

Пируватдегидрогеназный комплекс (PDH) – это комплекс белкового типа, роль которого заключается в осуществлении окисления пирувата в результате декарбоксилирования. Данный комплекс содержит в себе 3 фермента, а также два белка, необходимых для осуществления вспомогательных функций. Чтобы пируватдегидрогеназный комплекс мог функционировать, необходимо наличие определенных кофакторов. Их пять: СоА, никотинамидадениндинуклеотид, флавинадениндинуклеотид, тиаминпирофосфат и липоат.

Локализация PDH у бактериальных организмов сосредоточена в цитоплазме, эукариотические клетки хранят его в матриксе на митохондриях.

Значение пируватдегидрогеназного комплекса заключается в реакции окисления пирувата. Рассмотрим суть этого процесса.

Механизм окисления пирувата под воздействием декарбоксилирования представляет собой процесс биохимической природы, в котором происходит отщепление молекулы CO2 в единственном числе, а далее следует присоединение этой молекулы к пирувату, подвергнутому декарбоксилированию и принадлежащему коферменту А (КоА). Так создается ацетил-KoA. Это явление занимает промежуточное место между процессами гликолиза и цикла кислот трикарбонового типа. Процесс дикарбоксилирования пирувата осуществляется с участием сложного ПДК, который заключает в себе, как было ранее сказано, три фермента и два белка вспомогательного типа.

Для пируватдегидрогеназного комплекса ферменты играют важнейшую роль. Однако они могут начать свою работу лишь в присутствии пяти коферментов либо групп простетического типа, которые были перечислены выше. Сам процесс приведет в конечном итоге к тому, что ацильная группа будет входить в СоА-ацетил. Говоря о коферментах, необходимо знать, что четыре из них принадлежат к производным витаминам: тиамин, рибофлавин, ниацин и пантотеновая кислота.

Флавинадениндинуклеотид и никотинамидадениндинуклеотид занимаются переносом электронов, а тиаминпирофосфат, многим известный как пируватдекарбоксильный кофермент, вступает в реакции брожения.

Кофермент ацетилирования (А) – содержит в себе группу тиольного типа (-SH), которая очень активна, она критически важна и необходима, для того чтобы СоА функционировала в роли вещества, которое сможет переносить ацильную группу в тиольную и образовывать тиоэфир. Сложные эфиры тиолов (тиоэфиры) – имеют достаточно высокий показатель гидролизной энергии свободного характера, потому им присущ высокий потенциал переноса ацильной группы к разнообразным акцепторным молекулам. Именно поэтому ацетил СоА периодически называют активированной СН3СООН.

Помимо четырех кофакторов, имеющих природу производных витаминов, существует 5-й кофактор пируватдегидрогеназного комплекса, именуемый липоатом. Ему присущи 2 группы тиольного типа, способные подвергаться воздействию обратимого окисления, в результате которого образуется связь дисульфидного характера (-S-S-), что схоже с тем, как этот процесс протекает между аминокислотыцистеинными остатками в белках. Умение окисляться и восстанавливаться дает липоату возможность быть переносчиком не только ацильной группы, но и электронов.

Из ферментов пируватдегидрогеназный комплекс включает в себя три основных компонента. Первым ферментом является пируватдегидрозеназа (Е1). Второй фермент – это дигидролипоилдегидрогеназа (Е3). Третий – дигидролипоилтрансацетилаза (Е2). Пируватдегидрогеназный комплекс включает в себя данные ферменты, храня их в большом количестве копий. Количество копий каждого фермента может быть разным, а потому и размеры комплекса могут сильно варьироваться. PDH комплекс у млекопитающих достигает около 50 нанометров в диаметре. Это больше диаметра рибосомы в 5-6 раз. Такие комплексы очень большие, поэтому их можно различить в электронном микроскопе.

Грамположительная бактерия bacillus stearothermophilus в своем PDH имеет шестьдесят одинаковых копий дигидролипоилтрансацетилазы, которые, в свою очередь, создают додекаэдр пентагонального типа, диаметром, приблизительно равным 25 нанометрам. Грамположительная бактерия Escherichia coli содержит в себе двадцать четыре копии Е2, кот. присоединяет к себе простетическую группу липоата, а она устанавливает связь амидного типа с аминогруппой остатка лизина, входящего в Е2.

Дигидролипоилтрансацетилаза строится при взаимодействии 3 доменов, имеющих функциональные различия. Это: аминотерминальный липоильный домен, содержащий в себе лизина остаток и связанный с липоатом; связывающий домен (центральный Е1- и Е3-); внутренний ацилтрасферазный домен, включающий в себя ацилтрансферазные центры активного типа.

Пируватдегидрогеназный комплекс дрожжей имеет в себе только один домен липоильного типа, млекопитающие таких доменов имеют два, а бактерия кишечной палочки – три. Линкерная последовательность аминокислот, которые состоят из двадцати-тридцати аминокислотных остатков, разделяет Е2, при этом остатки аланинов и пролинов перемежаются с остатками аминокислот, которые заряжены. Эти линкеры чаще всего имеют протяженные формы. Такая особенность влияет на то, что они разделяют 3 домена.

Е1 своим активным центром устанавливает связь с ТТР, а активный центр E3 – с FAD. Человеческий организм фермент Е1 содержит в форме тетрамера, который складывается из четырех субъединиц: двух E1альфа и двух E1бета. Регуляторные белки представлены в виде протеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы. Этот тип структуры (Е1— Е2— Е3) остается элементом консерватизма в эволюционном учении. Комплексы с подобным строением и устройством могут участвовать в разнообразных реакция, отличных от стандартных, например, при подвергании окислению α-кетоглутарата на протяжении действия цикла Кребса, также окисляется и α-кетокислота, что образовалась из-за катаболических утилизаций аминокислот разветвленного типа: валина, лейцина и изолейцина.

Пируватдегидрогеназный комплекс имеет фермент E3, встречающийся и в других комплексах. Сходство белковой структуры, кофакторов и также реакционных механизмов указывает на общее происхождение. Липоат прикрепляется к лизину E2, и создается подобие «руки», что способна передвигаться от активного центра Е1 до активных центров Е2 и Е3, что составляет приблизительно 5 нм.

Эукариоты в пируватдегидрогеназном комплексе содержат по двенадцать субъединиц Е3ВР (Е3 – связывающего белка некаталитической природы). Местоположение этого белка точно не известно. Есть гипотеза о том, что этот протеин заменяет некоторое подмножество субъед. E2 в коровьем PDH.

Рассматриваемый комплекс присущ некоторым видам бактерий анаэробного типа. Однако количество бактериальных организмов, имеющих в своем строении PDH, невелико. Функции, выполняемые комплексом у бактерий, как правило, сводятся к общим процессам. Например, роль пируватдегидрогеназного комплекса у бактерии Zymonomonas mobilis заключается в брожении спиртового характера. Пируват бактерии в размере до 98% израсходуется именно на подобные цели. Оставшиеся несколько процентов подвергаются окислению до углекислого газа, никотинамидадениндинуклеотида, ацетил-СоА и т. д. Интересно строение пируватдегидрогеназного комплекса у Зимомонас мобилис. У данного микроорганизма в него входит четыре фермента: E1альфа, Е1бета, Е2 и Е3. В PDH этой бактерии находится липоильный домен внутри Е1бета, что делает ее уникальной. Кор комплекса представляется Е2, а организация самого комплекса принимает вид додекаэдра пентагонального типа. Зимомонас мобилис не имеет целые ряды ферментов цикла трикарбоновых кислот, а потому ее PDH занимается только анаболическими функциями.

Читайте также:  Витамины для детей отзывы какие лучше рейтинг

Человек, как и другие живые организмы, имеет гены, занимающиеся кодированием PDH. В Х-хромосоме локализируется ген E1альфа – PDHA 1. Механизм действия пируватдегидрогеназного комплекса чрезвычайно важен, что следует из того, что существует больше тридцати аллелей мутантного типа у вышеуказанного гена, и каждая из мутаций приводит к PDH-недостаточности. Симптоматика заболевания может сильно варьироваться от лактатацидозовых проблем слабовыраженного характера до летальных пороков в развитии организма. Мужчин, у которых Х-хромосома включает подобную аллель, ждет скорая гибель в совсем юном возрасте. Женские особи тоже подвергаются этому заболеванию, но в меньшей степени, а сама проблема заключается в инактивации какой-либо Х-хромосомы.

Е1бета – PDHB – располагается на третьей хромосоме. Известны лишь две аллели мутантного типа у данного гена, которые, находясь в гомозиготном положении, приводят к летальному исходу на протяжении года, что связанно с пороками развития.

Вероятно, есть и другие подобные аллели, которые могут вызвать смерть до полноценного развития организма. Е2 – DLAT – сосредоточен на одиннадцатой хромосоме. Человечеству известно о двух аллелях данного гена, которые создадут проблемы в будущем, однако правильная диета может это компенсировать. Существует большая вероятность того, что плод погибнет внутри утробы из-за других мутаций этого гена. E3 – dld – располагается на седьмой хромосоме и включает в себя большое количество аллелей. Довольно большой их процент приводит к возникновению болезней генетического характера, которые будут связаны с нарушением аминокислотного обмена.

Мы рассмотрели, насколько важен для живых организмов пируватдегидрогеназный комплекс. Реакции, в нем происходящие, направлены, в первую очередь, на декарбоксилирование пирувата путем окисления, а сам PDH узкоспециализирован, но в разных условиях, при наличии определенных причин может выполнять и функции другого характера, например, участвовать в брожении. Также мы выяснили, что комплексы белкового типа, которые занимаются пируватным окислением, состоят из пяти ферментов, которые сохраняют работоспособность лишь при наличии пяти кофакторов. Любые изменения в алгоритме сложного механизма декарбоксилирования могут вызвать серьезные патологии и даже привести к смерти индивида.

источник

При окислении глюкозы, глицерина и аминокислоты аланина →(пируват→окислен до СО2 в общем пути катаболизма. Реакции промежуточного обмена протекают в цитоплазме, а окисление пирувата — в митохондриях, → пируват транспортируется в митохондрии специальным переносчиком через мембрану. Первый шаг катаболизма пирувата — окислительное декарбоксилирование.

Тиаминдифосфат (ТДФ) — производное витамина В1

Никотинамидадениндинуклеотид (НАД + ) — производное витамина никотинамида РР

Флавинадениндинуклеотид (ФАД) — производное витамина В2

Липоевая кислота ковалентно связана с боковой цепью лизина фермента Е2 (липоамид)

Две последние реакции → регенерации активных форм коферментов. Образовавшийся в пятой реакции НАДН → дыхательную цепь под действием НАДН-дегидрогеназы. При окислении в дыхательной цепи 1 моль НАДН образуется 3 моль АТФ.

ПВК+Е1-ТПФ→Е1-ТПФ-СОН0СН3→ацетиллипоамидЕ2→ацетилКоА→дигидролипоамидЕ3→Е3-ФАД (=Е3ФАДР2→+НАД=НАДН2)→липоамидЕ2 во 2 реакцию к Е1-ТАФ-СНОН-СН3

Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА →окислению с →СО2 и Н2О. полное окисление ацетил-КоА происходит

Следует отметить, что этот процесс необратим, регулируется следующим образом: когда концентрация АТФ в митохондриях велика и достаточна концентрация ацетил-КоА, образование ацетил-КоА приостанавливается.

2) Витамин С — аскорбиновая кислота (антицинготный, антискорбутный)
1.Кофактор в процессах биологического окисления
2. Реакции гидроксилирования – кофермент пролин- и лизингидроксилазы. Обеспечивает формирование коллагена3. Восстановление фолиевой кислоты в тетрагидрофолиевую4. Синтез стероидных гормонов
5. Распад гемоглобина6. Антиоксидант
Недостаточность: цинга (поражается соед.ткань); болезнь Миллера-Барноу. Суточная норма 50-100 мг.

3) Функции почек:В организме почки выполняют три функции:1.Экскреция вредных веществ и соединений, находящихся в избытке.2.Поддержание объема и состава внеклеточной жидкости.3.Участие в обмене углеводов, органических кислот, минеральных солей и воды.

Экскреторная функцияконечные продукты азотистого обмена – мочевина,креатинин, мочевая кислота,

продукты обезвреживания эндогенных токсичных веществ – гиппуровая кислота, билирубинглюкуронид, индикан,избыточные или не нужные вещества – витамины, гормоны, органические кислоты, вода,

ксенобиотики и продукты их детоксикации – лекарственные препараты, никотин и т.п.

Регулирующая функцияПочки обеспечивают водно-солевой и кислотно-основной гомеостаз. Поддержание гомеостаза внеклеточных жидкостей осуществляется как непосредственно клетками почек, так и при помощи образования определенных активных веществ:

• 1ацидогенез и аммониегенез обеспечивают удаление ионов Н+ из организма,2реабсорбция бикарбонатов повышает буферную емкость крови,3секреция ренина через альдостероновый механизм стимулирует реабсорбцию ионов Na+ и секрецию ионов К+,

• 4почки являются объектом воздействия антидиуретического гормона, который усиливает реабсорбцию воды,

• 5паратгормон, воздействуя на почки, стимулирует реабсорбцию ионов Ca2+,

• 6синтезируемые здесь же простагландины участвуют в регуляции почечного кровотока, расширяя афферентные и эфферентные артериолы, также уменьшают чувствительность клеток канальцев к АДГ,

• 6в почке вырабатывается сильный вазодилататор брадикинин.

Метаболическая функция

1.Почки осуществляют ряд биохимических синтезов:

• синтез эритропоэтина, стимулирующего продукцию эритроцитов,

• 2.синтезируется активатор плазминогена урокиназа.

• гидроксилирование 25-оксикальциферола и превращение его в 1,25-_диоксикальциферол, регулирующий кальциевый обмен,

3.в почках происходит синтез глюкозы (глюконеогенез) из органических кислот (лактата, пирувата). Основное значение глюконеогенез в почках имеет при полном голодании – при этом образуется до 50% всей глюкозы, находяящейся в крови.

источник

Источником образования простагландинов является: арахидоновая кислота

Основной функцией гормонов является: регуляторная

Энзимопатии – заболевания, связанные с недостаточной функцией: белков-ферментов

Какой углевод относится к пентозам: рибоза

Найдите ингибитор пируватдегидрогеназного комплекса: НАДН2

Гормонами пептидной и белковой природы являются: глюкагон и инсулин

Простые ферменты состоят из: аминокислот

Известно, что в эритроцитах нет митохондрий. В какое соединение превращается пируват в эритроцитах?: в лактат

Ферменты ЦТК (кроме сукцинатдегидрогеназы) локализованы: в матриксе митохондрий

К ферменту ЦТК сукцинатдегидрогеназе подберите соответствующий кофактор: ФАД

При инфаркте миокарда диагностическое значение имеет определение в крови активности фермента:лактатдегидрогеназы — ЛДГ1 иЛДГ2

12. Цикл Кори — это: глюкозо- лактатный цикл

Какие структуры не входят в состав комплексов дыхательной цепи: коэнзим Q и цитохром с

Связи, стабилизирующие α-спираль: водородные

Какой фермент катализирует распад гликогена в ткани до глюкозо-1-фосфата: гликогенфосфорилаза

Небелковым компонентом цитохромов является: гем

Для большинства ферментов характерна кривая зависимости скорости реакции от концентрации субстрата: гиперболическая

При действии низкой температуры с ферментом происходит: обратимая инактивация

19. Трансферазы — это: ферменты, катализирующие перенос групп атомов от донора к акцептору

В состав α-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса входят 5 следующих кофакторов:ТПФ, ФАД, НАД, КоАSH, липоевая кислота

Первичная структура белка не характеризуется тем, что: в ее формировании участвуют слабые связи

Наиболее точно механизму передачи информации в клетке соответствует следующая классификация гормонов: по химическому строению.

Какой из перечисленных гормонов вызывает гипогликемию:инсулин

Указать основное значение пентозофосфатного пути катаболизма глюкозы: образование НАДФН2 и пентоз

Назовите витамин, входящий в состав пиридинзависимых дегидрогеназ в ЦТК: B3

26.Активность каких ферментов ЦТК зависит от соотношения в клетке НАДН2/НАД+?изоцитратдегидрогеназы и α-кетоглутаратдегидрогеназы

Выберите ингибитор фермента ЦТК изоцитратдегидрогеназы: НАДН2

Регуляторный эффект действия гормонов белковой природы связан с: влиянием на активность ферментов

29. Положительный эффектор: изменяет конформацию активного центра фермента и ускоряет ход реакции

Фосфофруктокиназу ингибирует: АТФ

31. Центр регуляции – это: место присоединения эффектора

Конечным продуктом распада глюкозы при анаэробных условиях является: молочная кислота

Какие из перечисленных ниже факторов могут вызвать денатурацию белка: температура выше 600С

34. Вторичная структура – это: альфа-спираль, бета-складчатость и аморфные участки

При внутриклеточном механизме действия гормон-рецепторный комплекс: при участии кислых белков хроматина присоединяется к ДНК

Кофактор сукцинатдегидрогеназы содержит: витамин В2

37. Найдите активатор пируватдегидрогеназного комплекса: НАД

38. Биологическое значение витаминов заключается в том, что они: входят в состав ферментов в виде коферментов

39. К гормонам — производным ненасыщенных жирных кислот относятся: простагландины

40. В состав комплекса α-кетоглутаратдегидрогеназы входит: витамин В1

41. В пентозофосфатном пути НАДФН2 образуется под действием фермента: глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы

42. Ингибирование фермента по типу обратной связи называется: ретроингибированием

43. Какое количество молекул ГТФ может синтезироваться в цикле КРЕБСА: 1

44. Изоферменты – это: ферменты, отличающиеся по физико-химическим свойствам, катализирующие одну и ту же реакцию

45. Гормоны c внутриклеточным механизмом действия влияют на: концентрацию белков, в том числе ферментов

46. Четвертичная структура – это: пространственная укладка нескольких протомеров

47. Фермент сукцинатдегидрогеназа: относится к флавиновым ферментам

48. Что происходит с белком при денатурации: потеря биологических свойств

49. К гормонам белковой природы относится: инсулин

50. Ферменты, расщепляющие молекулу субстрата на два фрагмента с присоединением молекулы воды по месту разрыва, относятся к классу:гидролазы

51. Фосфолипаза С участвует: в образовании вторичных мессенджеров

52. Найдите разобщитель окислительного фосфорилирования: 2,4-динитрофенол

53. Укажите моносахариды, входящие в состав дисахарида сахарозы:глюкоза и фруктоза

Дата добавления: 2017-01-28 ; просмотров: 763 | Нарушение авторских прав

источник

6Глюкозо-6-фосфат +12NADP + +6Н2О ? 6Рибозо-5-фосфат +12NADPH +12Н + +6СО2,

6Рибозо-5-фосфат ? 4Фруктозо-6-фосфат +2Глицеральдегид-3-фосфат,

4Фруктозо-6-фосфат +2Глицеральдегид-3-фосфат + Н2О ? 5Глюкозо-6-фосфат + Фн

Суммируя эти реакции, получается

Глюкозо-6-фосфат +12NADP + +7Н2О ? 6СО2 +12NADPH +12Н + + Фн

Таким образом, эквивалент глюкозо-6-фосфата может быть полностью окислен до С02 с одновременным генерированием NADPH. Смысл указанных реакций состоит в том, что рибозо-5-фосфат, образовавшийся по пентозофосфатному пути, вновь превращается в глюкозо-6-фосфат под действием транскетолазы, трансальдолазы и некоторых ферментов глюконеогенеза. То есть происходят обе фазы пентозофосфатного пути.

4. Потребность в NADPH значительно превышает потребность в рибозо-5-фосфате: глюкозо-6-фосфат превращается в пируват. Возможен и другой путь; рибозо-5-фосфат образовавшийся по окислительной ветви пентозофосфатного пути, превращается в пируват. Фруктозо-6-фосфат и глицеральдегид-3-фосфат, происходящие из рибозо-5-фосфата, вступают на гликолитический путь обмена, а не подвергаются обратному превращению в глюко-зо-6-фосфат. Согласно изложенному механизму, происходит одновременное генерирование АТР и NADPH и пять из шести атомов углерода глюкозо-6-фосфата появляются в пирувате:

3Глюкозо-6-фосфат +6NADP + +5NAD + +5Фн +8AДФ ? 5Пируват +3СО2 +6NADPH +5NADH +8АТФ +2Н2О +8Н + .

Образовавшийся в этих реакциях пируват может окисляться с образованием дополнительного количества АТФ или может быть использован в качестве строительного блока в различных биосинтетических процессах.

По другому вторичному пути катаболизма глюкозы в животных тканях образуются два специализированных продукта: D-глюкуронат, важная роль которого связана с обезвреживанием и выведением из организма чужеродных органических веществ, и L-аскорбиновая кислота (витамин С) (схема реакций образования аскорбиновой кислоты представлена на рисунке 6).

Рисунок 6: Схема реакций биосинтеза аскорбиновой кислоты (витамина С) (черный круг с буквой Р в центре обозначает фосфатную группу).

В этом случае D-глюкозо-1-фосфат сначала взаимодействует с УТФ и превращается в УДФ-глюкозу. Затем глюкозная часть молекулы УДФ-глюкозы подвергается ферментативному дегидрированию с образованием УДФ-D-глюкуроната. Эта реакция представляет собой еще один пример использования УДФ-производных в качестве промежуточных продуктов при ферментативных превращениях сахаров. УДФ-D-глюкуронат способствует обезвреживанию некоторых чужеродных веществ или лекарственных препаратов (например, фенола) и таким образом усиливает их выведение через почки.

В организме человека, морской свинки, обезьян, некоторых видов птиц и индийской плодоядной летучей мыши витамин С не синтезируется; эти виды должны получать его в готовом виде, с пищей. Человек, морская свинка и разные виды обезьян не синтезируют витамин С потому, что у них отсутствует фермент гулонолактон – оксидаза. Можно думать, что некогда все организмы располагали набором ферментов, необходимых для синтеза аскорбата, но затем какие-то виды утратили эту способность к синтезу вследствие мутации, которая, однако, не оказалась для них летальной, поскольку обычную пищу данного вида составляли богатые витамином С растения.

Доля глюкозы, отвлекаемой на этот вторичный путь, очень невелика, по сравнению с большим ее количеством, расщепляемым в процессе гликолиза и через цикл лимонной кислоты. Однако продукты таких вторичных путей жизненно необходимы организму.

Как говорилось выше, у аэробных организмов пируват, образовавшийся в ходе гликолиза, поступает в процесс клеточного дыхания, который дает значительно больше молекул АТФ, чем гликолиз или другие пути анаэробного окисления углеводов.

Клеточное дыхание включает три стадии:

окислительное образование ацетил-СоА из пирувата, жирных кислот и аминокислот, расщепление ацетильных остатков в цикле лимонной кислоты, в результате которого образуются СО2 и атомы водорода, перенос электронов на молекулярный кислород, сопряженный с окислительным фосфорилированием AДФ до АТФ.

При окислении углеводов гликолиз завершается образованием пирувата, который поступает в пируват дегидрогеназный комплекс, катализирующий образование ацетил-коА, то есть в первый этап клеточного дыхания, где субстратом являются углеводы.

В аэробных условиях конечный продукт гликолиза пируват подвергается сначала дегидрированию и декарбоксилированию с образованием ацетил-Со А и СО2. Катализирует этот процесс пируватдегидрогеназный комплекс, располагающийся во внутренней мембране митохондрии и состоящий из трех последовательно действующих ферментов, важным коферментом которого является тиамин пирофосфат (ТПФ), производное витамина В1. Недостаток витамина B1, или тиамина, обуславливает заболевание, известное под названием бери-бери.

Читайте также:  Какие витамины принимать чтобы избавиться от прыщей

Рисунок 7: схема реакций пируватдегидрогеназного комплекса. А – схема работы пируватдегидрогеназного комплекса; Б – структура тиаминпирофосфата; В – схема реакции с тиаминпирофосфатом

Теперь нам ясно, что в организме животных, лишенных тиамина, оказывается невозможным нормальное окисление пирувата. Особенно сильно влияет такое нарушение на мозг, который обычно получает всю необходимую энергию путем аэробного окисления глюкозы и для которого поэтому окисление пирувата жизненно необходимый процесс. Превращение пирувата в ацетил-СоА происходит в четыре стадии (схема реакций с участием пируватдегидрогеназного комплекса представлен на рисунке 7).

На первой стадии пируват соединяется с ТПФ и затем подвергается декарбоксилированию. Реакция катализируется пируват-дегидрогеназным компонентом мультиферментного комплекса. Решающее значение для данного процесса имеет следующая особенность ТПФ, у простетической группы пируватдегидрогеназного компонента: очень кислый характер атома углерода, находящегося между атомами азота и серы тиазолового кольца (смотри рис. 7, Б). Этот атом углерода ионизируется, образуя карбанион, который легко присоединяется к карбонильной группе пирувата. Положительно заряженный азот в кольце ТПФ принимает на себя электроны, стабилизируя формирование отрицательного заряда, необходимого для декарбоксилирования.

Затем протонирование приводит к образованию гидроксиэтиламинпирофосфата. На второй стадии гидроксиэтильная группа, связанная с ТПФ, окисляется с образованием ацетильной группы и одновременно переносится на липоамид. Окислителем в этой реакции служит дисульфидная группа липоамида, которая превращается в сульфгидрильную группу. Реакция катализируется дигидролипоил трансацетилазным компонентом комплекса и приводит к образованию ацетиллипоамида. На третьей стадии ацетильная группа переносится с ацетиллипоамида на СоА, образуя ацетил-СоА, Процесс также катализируется дигилролипоилтрансацетилазой.

При переходе ацетильной группы на СоА сохраняется богатая энергией тиоэфирная связь. На четвертой, завершающей стадии происходит регенерирование окисленной формы липоамида. Реакция катализируется дигидролипоил-дегидрогеназным компонентам комплекса, Окислителем в ней служит NAD + , а роль простетической группы фермента выполняет FAD + .

Пируватдегидрогеназный комплекс настолько крупный, что по размеру может быть сравнен с рибосомой или другой млекулярной «машиной». Молекулярная масса данного комплекса составляет 4600 кDa и размер 300 А. В состав комплекса входит 48 полипептидных цепей, ядро комплекса образуют трансацетилазные цепи, пируват и липоил дегидрогеназные комплексы присоединяются к ядру с внешней стороны. Структурное объединение трех видов ферментов делает возможным координированный катализ при осуществлении сложной реакции. Все промежуточные продукты реакции окислительного декарбоксилирования пирувата прочно связываются с комплексом. Тесная близость между ферментами увеличивает суммарную скорость процесса и сводит к минимуму побочные реакции. Активированные промежуточные продукты переносятся от одного активного центра к другому липоамидной простетической группой трансацетилазы. Присоединение липоильной группы к ?-аминогруппе лизинового остатка трансацетилазы создает гибкий рычаг для реакционноспособного кольца. Этот молекулярный рычаг в 14? способствует взаимодействию липоильной части трансацетилазной субъединицы с тиаминпирофосфатным компонентом соседней пируват-дегидрогеназной субъединицы и с флавиновым компонентом соседней липоилдегидрогеназы. Кроме того, липоильные компоненты мультиферментного комплекса могут реагировать друг с другом, образуя сеть взаимодействующих реакционноспособных групп.

Таким образом, суммарная реакция пируватдегидрогеназного комплекса может быть сформулирована следующим образом:

Скорость реакции пируватдегидрогеназной реакции регулируется.

Реакция образования ацетил-СоА, катализируемая пируватдегидрогеназным комплексом, регулируется в животных тканях при помощи ковалентной модификации этого комплекса. Когда концентрация АТФ в митохондриях относительно велика и когда ацетил-СоА, а также промежуточные продукты цикла Кребса имеются в достаточном количестве, обеспечивающем удовлетворение энергетических нужд клетки, дальнейшее образование ацетил-СоА приостанавливается. В этих условиях, которые служат сигналом для такой приостановки, АТФ является положительным модулятором, активирующим вспомогательный фермент – киназу пируватдегидрогеназы. Этот фермент использует АТФ для фосфорилирования остатка серина в активном центре молекулы пируватдегидрогеназы, в результате чего образуется неактивная форма фермента – фосфопируватдегидрогеназа.

Если, однако, потребность в АТФ возрастает и уровень АТФ соответственно снижается, то неактивная, фосфорилированная, форма пируватдегидрогеназы может быть вновь активирована. Это происходит в результате гидролитического отщепления от молекулы пируватдегидрогеназы ингибирующей фосфатной группы. Катализирует эту реакцию другой фермент – фосфатаза фосфопируватдегидрогеназы. Стимулирующее действие на этот фермент оказывает повышение концентрации ионов Са 2+ , играющих роль важного метаболического посредника; концентрация ионов Са 2+ увеличивается всякий раз, когда возникает потребность в АТФ.

Киназа пируватдегидрогеназы и фосфатаза фосфопируватдегидрогеназы присутствуют в пируватдегидрогеназном комплексе. Этот комплекс, следовательно, представляет собой очень сложную, независимую и саморегулирующуюся систему. Пируватдегидрогеназный комплекс регулируется также путем аллостерической модуляции. Сильное ингибирующее действие оказывают на него (помимо АТФ) ацетил-СоА и NADH, которые являются продуктами пируватдегидрогеназной реакции и в то же время играют роль аллостерических ингибиторов этой системы. Аллостерическое ингибирование окисления пирувата резко усиливается в присутствии высокомолекулярных жирных кислот; ниже будет показано, что жирные кислоты тоже служат источником ацетил-СоА. Таким образом, каталитическая активность пируватдегидрогеназного комплекса выключается в тех случаях, когда в клетках имеется достаточно топлива в виде жирных кислот и ацетил-СоА или когда в них повышаются концентрация АТФ и отношение NADH/NAD + .

Ацетил-СоА поступает в цикл трикарбоновых кислот, который является вторым этапом клеточного дыхания. Впервые предположение о существовании такого цикла для окисления пирувата в животных тканях было высказано в 1937 г. Гансом Кребсом. Эта идея родилась у него, когда он исследовал влияние анионов различных органических кислот на скорость поглощения кислорода суспензиями измельченных грудных мышц голубя, в которых происходило окисление пирувата. Грудные мышцы отличаются чрезвычайно высокой интенсивностью дыхания, что делает их особенно удобным объектом для изучения окислительной активности. Незадолго до описываемых работ Кребса Альберт Сент-Дьёрдьи в Венгрии обнаружил, что некоторые четырехуглеродные дикарбоновые органические кислоты, присутствующие в животных тканях (янтарная, фумаровая, яблочная и щавелевоуксусная), способны усиливать поглощение кислорода мышечной тканью. Кребс подтвердил это наблюдение и показал, что перечисленные органические кислоты стимулируют также окисление пирувата. Кроме того, он нашел, что окисление пирувата мышечной тканью стимулируется шестиуглеродными трикарбоновыми кислотами лимонной, цис-аконитовой и изолимонной, а также пятиуглеродной ?-кетоглутаровой кислотой. Испытаны были и некоторые другие встречающиеся в природе органические кислоты, но ни одна из них не обнаружила подобной активности. Обращал на себя внимание сам характер стимулирующего действия активных кислот: даже малого количества любой из них было достаточно для того, чтобы вызвать окисление во много раз большего количества пирувата.

Цикл трикарбоновых кислот выполняет несколько функций.

Во-первых, цикл трикарбоновых кислот представляет собою конечный общий путь для окисления топливных молекул. Большинство топливных молекул вступают в цикл в виде ацетил-СоА.

Во-вторых, образующиеся в реакциях цикла трикарбоновых кислот активные восстановительные эквиваленты, такие как NADH и FADH2, затем поступают в третий этап – окислительное фосфорилирование, в результате которого образуется основная масса молекул АТФ. Именно поэтому цикл трикарбоновых кислот является одним из основных путей энергетического обмена.

В-третьих, цикл трикарбоновых кислот служит также источником строительных блоков для процессов биосинтеза.

Цикл трикарбоновых кислот осуществляется в митохондрии, где располагаются ферменты, катализирующие реакции этого цикла. Большая часть ферментов располагается в матриксе митохондрии. Исключение – ?-кетоглутаратдегидрогеназа и сукцинатдегидрогеназа, располагающиеся во внутренней мембране митохондрии.

Несмотря на то, что реакции замкнуты в цикл, их можно подразделить на два этапа: окисление ацетил коА до СО2 и регенерация оксалоацетата (последовательность реакций цикла трикарбоновых кислот представлена на рисунке 8).

Рисунок 8: Схема реакций цикла трикарбоновых кислот.

Первая стадия окисления ацетил-СоА начинается с начальной реакции цикла. Начальная реакция – конденсация ацетил-СоА и оксалоацетата, приводящая к образованию цитрата, катализируется конденсирующим ферментом, цитратсинтазой, при этом происходит образование связи углерод-углерод между метильным углеродом ацетил-СоА и карбонильным углеродом оксалоацетата. За реакцией конденсации, приводящей к образованию цитрил-СоА, следует гидролиз тиоэфирной связи, сопровождающийся потерей большого количества свободной энергии в форме теплоты; это определяет протекание реакции слева направо до ее завершения. Превращение цитрата в изоцитрат катализируется аконитазой (аконитатгидратазой), содержащей ион железа в Fe 2+ -состоянии. Ион железа является кофактором, обеспечивающим правильную организацию каталитического центра. Аконитаза относится классу лиаз, а не изомераз, как могло бы показаться на первый взгляд. Эта реакция осуществляется в две стадии: сначала происходит дегидратация с образованием цис-аконитата (часть его остается в комплексе с ферментом), а затем – гидратация и образование изоцитрата. Реакция ингибируется фторацетатом, который сначала превращается во фторацетил-СоА; последний конденсируется с оксалоацетатом, образуя фторцитрат. Непосредственным ингибитором аконитазы является фторцитрат; при ингибировании накапливается цитрат.

Среди простых соединений самым «смертельным» ядом является фторацетат натрия. LD50 (доза, летальная для 50% получивших ее животных) для крыс составляет всего лишь 0,2 мг/кг – почти в 10 раз меньше летальной дозы нервного яда диизопропилфторфосфата. Широко употребляемый (хотя и отзывы о его действии противоречивы) как яд для грызунов «1080», фторацетат был также обнаружен в листьях некоторых ядовитых растений, встречающихся в Африке, Австралии и Южной Америке. Примечательно, что дифторацетат НСР2—СОО — вообще нетоксичен. Биохимическими исследованиями установлено, что сам фторацетат не оказывает на клетки токсического действия. Токсичность проявляется лишь после метаболического превращения фторацетата в фтороцитрат, являющийся высокоспецифичным ингибитором аконитазы. Этот факт весьма примечателен, поскольку изомерный фторцитрат, образующийся в реакции фтороксалоацетата с ацетил-СоА, оказывает на тот же фермент лишь слабое ингибирующее действие, хотя как раз у этого изомера атом фтора находится на том участке, который атакуется аконитазой. Атом фтора имеет небольшой ван-дер-ваальсов радиус (0,135 нм), сравнимый с ван-дер-ваальсовым радиусом водорода (0,12 нм); на это обстоятельство часто ссылаются, когда говорят о способности фторсодержащих соединений «обманывать» ферменты. Однако более вероятно, что высокая электроотрицательность фтора и его способность к участию в водородных связях делают его в метаболическом отношении более сравнимым с – ОН-группой. В случае с фторцитратом предполагают, что ингибирующий изомер связывается с аконитазой «неправильным способом», при котором атом фтора оказывается координационно-связанным с атомом железа в активном центре аконитазы.

Эксперименты с использованием промежуточных соединений, меченных изотопом С 14 , показывают, что аконитаза взаимодействует с цитратом асимметрично: она всегда действует на ту часть молекулы цитрата, которая образовалась из оксалоацетата. Это сначала было трудно объяснить, так как лимонная кислота является внешне симметричным соединением. Однако положение в пространстве двух групп – СН-СООН лимонной кислоты относительно групп – ОН и – СООН неидентично. Об асимметричном действии аконитазы свидетельствует «судьбах меченого ацетил-СоА (т. е. положение атомов С 14 ) в интермедиатах цикла лимонной кислоты. Возможно, что цис-аконитат не является обязательным интермедиатом между цитратом и изоцитратом и образуется на боковой ветви основного пути.

Образовавшийся изоцитрат окисляется под действием изоцитратдегидрогеназы до оксалосукцината или ?-кетоглутарата. Окислению подвергается гидроксильная группа изоцитрата, образующаяся в результате кето-группа дестабилизирует карбоксильную группу во втором положении, это приводит к декарбоксилированию. Карбоксильная группа отщепляется в виде молекулы углекислого газа. Это первая молекула СО2, образующаяся при окислении ацетил-СоА. Важным компонентом реакции декарбоксилирования являются ионы Мn 2+ (или Mg 2+ ). Акцептором протонов и электронов является молекула NAD + , в результате образуется NADH. Описаны три различных формы изоцитратдегидрогеназы. Одна из них, NAD + -зависимая, найдена только в митохондриях. Две другие формы фермента являются NADP + -зависимыми, причем одна из них также находится в митохондриях, а другая в цитозоле. Окисление изоцитрата, связанное с работой дыхательной цепи, осуществляется почти исключительно NAD + -зависимым ферментом.

Образовавшийся в результате окисления изоцитрата ?-кетоглутарат подвергается окислительному декарбоксилированию, сходному с окислительным декарбоксилированием пирувата. Окислительное декарбоксилирование ?-кетоглутарата катализируется ?-кетоглутарат-дегидрогеназным комплексом, сходным по структуре с пируват-дегидрогеназным комплексом. В состав ?-кетоглутарат-дегидрогеназного комплекса входят три вида ферментов: ?-кетоглутарат-дегидрогеназный, транссукцинилазный и дигидролипоил-дегидрогеназный компоненты. Ядро комплекса составляет транссукцинилаза (аналогично трансацетилазе). ?-Кетоглутарат – дегидрогеназный компонент и транссукцинилаза отличаются от соответствующих ферментов пируват-дегидрогеназного комплекса. В то же время дигидролипоил-дегидрогеназные части обоих комплексов идентичны. Видно, что пируват– и ?-кетоглутарат-дегидрогеназные комплексы представляют собою гомологичные ассоциации ферментов. Структурные и механистические особенности, обеспечивающие координированный катализ на входе в цикл трикарбоновых кислот, вновь используются позднее в процессе функционирования этого цикла. Равновесие реакции настолько сильно сдвинуто в сторону образования сукцинил-СоА, что ее можно считать физиологически однонаправленной. Как и при окислении пирувата, реакция ингибируется арсенатом, что приводит к накоплению субстрата (?-кетоглутарата). Реакция окисления ?-кетоглутарата с образованием сукцинил-СоА является реакцией окислительного декарбоксилирования с образованием параллельно молекул СО2 и NADH. Это последняя реакция первого этапа цикла.

Все последующие реакции относятся ко второму этапу цикла – регенерации оксалоацетата.

Продолжением цикла является превращение сукцинил-СоА в сукцинат, катализируемое сукцинаттиокиназой (сукцинил-СоА-синтетазой). Одним из субстратов реакций является ГДФ (или ИДФ), из которого в присутствии неорганического фосфата образуется ГТФ (ИТФ). Это – единственная стадия цикла лимонной кислоты, в ходе которой генерируется высокоэнергетическая фосфатная связь на субстратном уровне; при окислительном декарбоксилировании ?-кетоглутарата потенциальное количество свободной энергии достаточно для образования NADH и высокоэнергетической фосфатной связи. В реакции, катализируемой фосфокиназой, АТФ может образовываться как из ГТФ, так и из ИТФ.

источник