Розкладання вуглеводів в організмі

Вуглеводи органів і тканин організмів людини і тварин, здебільшого глікоген і глюкоза, постійно зазнають різних перетворень, серед яких особливе місце належить процесам розкладання вуглеводів з вивільненням енергії.

Розкладання вуглеводів у тканинах організмів людини і тварин відбувається анаеробно (за відсутності кисню) і аеробно (при наявності кисню). У першому випадку кінцевим продуктом є молочна кислота:

Під час аеробного розкладання вуглеводів кінцевими продуктами є С0₂ і Н_аО:

Анаеробне перетворення вуглеводів

Процес анаеробного перетворення вуглеводів, порівняно з аеробним, є філогенетично давнішим, він виник на ранніх етапах розвитку живої матерії, коли атмосфера Землі не містила вільного кисню. В той час анаеробне перетворення поживних речовин було основним способом забезпечення організму енергією. Більшість аеробних організмів зберегла до цього часу такий спосіб вилучення енергії. Він є ніби підготовчим етапом до наступного окислення вуглеводів до кінцевих продуктів за аеробних умов.

Анаеробне перетворення вуглеводів проходить у різних органах і тканинах вищих організмів, а також у клітинах бактерій та мікроорганізмів. Основним субстратом для цього процесу є глюкоза і глікоген, а для окремих бактерій — пентози, жирні кислоти та амінокислоти.

Анаеробне перетворення вуглеводів в організмах людини і тварин може розпочинатися з глікогену або глюкози. У першому випадку його називають глікогенолізом, у другому — гліколізом. У скелетних м'язах ці два процеси виражені в одинаковій мірі, а в головному мозку і серцевому м'язі переважає гліколіз. Обидва процеси розпочинаються з перетворення глюкозо-6-фосфату, проходять однаково і каталізуються одними і тими самими ферментами, локалізованими у розчинній частині цитоплазми. Відмінність між цими процесами полягає лише у способі утворення фосфорильованої форми гексози т-глюкозо-6-фосфату. Значний внесок у вивчення анаеробного перетворення вуглеводів зробили такі вчені як В. О. Енгельгардт, Я. О. Парнас, В. О. Беліцер, Г. Ембден, О. Мейєргоф, К. Корі, А. Гарден та інші.

£лікогеноліз.Процес розпочинається з фосфоролізу глікоген участкмрермеН'гу глікогенфосфорилази. За цих умов внаслідок транс-

феразної реакції — перенесення глікозильного залишку з глікогену на фосфорну кислоту — утворюється глюкозо-1-фосфат (ефір Корі):

:н^он

, _ . І лікогенфосфорилаза і/й \| _Ли

<C_tH_wQ₅)_a -f „H₃PQ, . ^Ф Кпин/ І ⁺ ^"«^л

НО\С_Уо-Р = 0 Глікоген

І І | (містить на

Н ОН qh один залишок

г...,„.... с- . о. глюкози менше'

Глікоген Глюкозо- 1-фосфат

Ферменти, які каталізують фосфороліз глікогену, детально вивчені Я. О. Парнасом і Д. Корі. Вони встановили, що фосфорилаза є ферментом мультимером з досить високою молекулярною масою і може існувати в двох формах. Одна з них (фосфорилаза а) — активна, а друга (фосфорилаза Ь) — неактивна. Фосфорилаза а побудована із чотирьох субодиниць, а фосфорилаза b — з двох. Перетворення фосфо-рилази b у фосфорилазу о. здійснюється внаслідок фосфорилюванпя білка під впливом каталітичної дії ферменту— кінази фосфорилази: 2 Молекули фосфорилази Ь -f- 4ДТФ -- 1 Молекула фосфорилази a -f- ЗАДФ.

Фермент кіназа фосфорилази також може існувати в активній і неактивній формах. Перетворення неактивної форми на активну відбувається за участю ферменту прогеїпкінази, що активується цАМФ. Як зазначалось у розділі «Нуклеїнові кислоти», цАМФ утворюється з АТФ при каталітичній дії ферменту аденілатцнклази, активна форма якої виникає під дією гормонів адреналіну або глюкагону.

Слід наголосити, що фосфорилаза а розщеплює в ланцюгу молекули глікогену лише а (1 -> 4)-зв'язки. При наближенні до а (1 -»-6)-зв'язків її дія припиняється. Ці зв'язки гідролізуе фермент аміло-1,6-глюкозидаза, після чого фосфорилаза а продовжує процес.

Глюкозо-1-фосфат, що утворився під впливом фосфорилази, перетворюється на глюкозо-6-фосфат. Реакцію каталізує фосфоглю ком у таза (див. с 427, 428).

Далі перетворення глюкозо-6-фосфату відбувається так само, як і в процесі гліколізу.

Гліколіз. Процес розпочинається з фосфорнлювання глюкози за участю АТФ і ферменту гексокінази. При цьому утворюється також глюкозо-6-фосфат:

Н он

Г.і и жою-tt-фосфат

Фосфорилювання глюкози є досить важливим етапом, оскільки лише в фосфорильованому стані вона здатна вступати в наступні метаболічні перетворення. Враховуючи це, реакція фосфорилювання глюкози дістала назву «шлюзової», або реакції «запалу». Вивільнення значної кількості енергії в ході гексокіназної реакції сприяє зміщенню рівноваги вправо і робить реакцію практично незворотною.

Гексокінази, що каталізують процес фосфорилювання гексоз, бувають специфічні і неспецифічні. Перші мають досить виражену специфічність відносно певних гексоз — глюкози, фруктози, галактози. Вони містяться у печінці і відсутні в м'язах. Неспецифічні гексокінази (їх >20) каталізують фосфорилювання глюкози та інших гексоз, крім галактози.

Обидві кінази, що каталізують реакції фосфорилювання глюкози — специфічна (глюкокіназа) і неспецифічна (гексокіназа),— активуються іонами Mg²⁺ і Мп²⁺. Ці іони зв'язуються з молекулами АТФ, утворюючи істинні субстрати Д^АТФ^2- і МпАТФ²-.

Наступною реакцією гліколізу є ізомеризація глюкозо-б-фосфату в фруктозо-6-фосфат. Реакцію каталізує фермент глюкозо-6-фосфат^ ізомер аза:

Реакція протікає в основному в зворотному напрямку. У тканинах організму між двома фосфорними ефірами гексоз встановлюється динат мічна рівновага (70 % глюкозо-6-фосфату і 30% фруктозо-6-фосфату).

На наступному етапі фруктозо-6-фосфат за участю АТФ, іонів A»g²⁺ та ферменту фосфофруктокінази перетворюється на фруктозо-1,6-дифосфат (ефір Іванова) (див. с 429).

Реакція необоротна і є найповільнішою у процесі гліколізу. Фермент фосфофруктокіназа активується АДФ і АМФ та інактивується при

4V8

значному підвищенні вмісту АТФ. Отже, при інтенсифікації процесів окислювального фосфорилювання, коли збільшується відношення АТФ/АДФ, активність фосфофруктокінази послаблюється, що супроводжується сповільненням гліколізу. І, навпаки, при зменшенні відношення АТФ/АДФ процес гліколізу прискорюється.

Наступний етап гліколізу забезпечує розкладання фруктозо-1,6-дифосфату за участю ферменту альдолази на дві молекули фосфотрі-оз-3-фосфогліцериновий альдегід і діоксіацетонфосфат:

,ОН .О

СН₂-0-Р^о ^с\ СН₂ОН

с=о ^он снон . с=о

Н—С—ОН

н-с-он

І /ОН CH₂-0-Pfo

^хон

З-Фосфогліце-
Фруктозо-1,б-дифосфат риновий альде- Діоксіацетонфосфат

гід

Далі частина діоксіацетонфосфату, що утворився, за участю ферменту тріозофосфатізомерази перетворюється на 3-фосфогліцериновнй альдегід:

Отже, з кожної молекули глюкози утворюються дві молекули 3-фосфогліцеринового альдегіду. На цьому завершується перша стадія гліколізу, для якої характерне використання енергії АТФ. її називають підготовчою стадією.

Далі розпочинається друга стадія гліколізу, що супроводжується вивільненням енергії та акумулюванням її в макроергічних зв'язках АТФ.

На наступній стадії гліколізу 3-фосфогліцериновий альдегід почи
нає перетворюватись на 3-фосфогліцеринову кислоту. Реакція прохо
дить у кілька етапів за участю специфічної дегідрогенази та неорганіч
ного фосфату. *

Молекула ферменту 3-фосфогліцеринальдегіддегідрогеназа складається з 4 субодиниць, кожна з яких містить 1 молекулу НАД і 4 вільних тіолових групи (SH-групи) залишків цистеїну, які входять до складу активного центра ферменту. В процесі каталітичної реакції на першому етапі 3-фосфогліцериновий альдегід зв'язується з молекулою ферменту за участю його тіолової групи з утворенням фермент-субстратного комплексу:

На наступному етапі при наявності неорганічного фосфату 3-фос-фогліцерипальдегіддегідрогеназа за участю НАД+ окислює фермент-субстратний комплекс. Енергія, що виділяється внаслідок реакції окислення, зосереджується в карбоніл-тіоловому зв'язку:

Н О

/ОН \\

/ + НАД+ -* C~S — фермент + НАД • Н -f H+_#

|^S— фермент

снон _он снон _/0Н

СН₂-0-РГО СН₂-0-Р=°

^хон ^чон

Фермент-субстрат- Окислений фермент-субстратний

ний комплекс комплекс

Окислений фермент-субстратний комплекс нестійкий, він взаємодіє з фосфорною кислотою, внаслідок чого утворюється 1,3-дифосфор-гліцеринова кислота. При цьому енергія карбоніл-тіолового зв'язку

зосереджується на карбоксил-фосфатному зв'язку: О

C~S — фермент ОН

СНОН _пн + НО-Р=0 z± СНОН HS - фермент.

СН₂ - Pf О ОН

^ЧОН

Окислений фермент-субстратний комлекс

Наступна стадія перетворення 1,3-дифосфогліцеринової кислоти — перенесення від неї залишку фосфорної кислоти і енергії, зосередженої на карбоксил-фосфатному зв'язку, на АДФ. Внаслідок реакції утворюється 3-фосфогліцеринова кислота і АТФ. Реакцію каталізує фермент фосфогліцераткіназа:

О

і! /ОН

С—0~Р£*о СООН

^лн Фосфогліцераткіназа
СНОН ^ин +АДФ <- -» СНОН + АТФ.

ОН І ОН

:н_л—о-р=о сн₂-о—р=о

' І І

он он

1,3- Днфосфо гліцеринова З-Фосфогліцери-

кислота нова кислота

3-Фосфогліцеринова кислота, що утворилась, внаслідок каталітичної дії ферменту фосфогліцеромутази перетворюється на 2-фосфогліце-

рИНОВу киглптл/-

Остання, втрачаючи молекулу води, під впливом ферменту фосфо-піруватгідратази перетворюється на 2-фосфоенолпіровиноградну кислоту. Ця реакція важлива в зв'язку з енергетичними змінами, які відбуваються під час її перебігу. Залишок фосфорної кислоти, що входить до складу 3-фосфогліцеринової кислоти, сполучений з останньою

простим енергетично бідним ефірним зв'язком. Внаслідок енолізації відбувається перерозподіл внутрішньомолекулярної енергії і цей зв'язок перетворюється на макроергічний:

соон он соон

lfWtl vyn Сгі2

2-Фосфогліцсри- 2-Фосфоенолпіровино-

нова кислота градна кислота

Далі 2-фосфоенолпіровиноградна кислота дефосфорилюється за участю АДФ, внаслідок чого енергетично багатий фосфатний залишок переходить до АДФ. Продуктом реакції є енольна форма піровиноградної кислоти, яка спонтанно перетворюється на піровиноградну кислоту і АТФ:

Реакцію каталізує фермент піруваткіназа, яка активується іонами Mg²+, Mn²+ або іонами лужних металів.

Далі піровиноградна кислота, що утворилась, за участю ферменту лактатдегідрогенази перетворюється на молочну кислоту. Донором водню у цій реакції є відновлена форма коферменту НАД:

соон соон

-О + НАДН + Н+ -»- СНОН + НАД+.
І І

сн₃ сн,

Піровиноград- Молочна

на кислота кислота

Отже, описаний вище біохімічний процес об'єднує різні типи взаємозв'язаних перетворень, що забезпечують послідовність реакцій, в результаті яких поступово руйнується вуглецевий ланцюг глюкози з утворенням молочної кислоти — кінцевого продукту анаеробного перетворення вуглеводів. Гліколіз каталізують одинадцять ферментів,

більшість з яких детально вивчено і виділено в чистому стані. Основна кількість цих ферментів локалізована в розчинній частині цитоплазми, хоч є дані, що деякі з них можуть зв'язуватись у клітині з плазматичною мембраною, міофібрилами, мітохондріями.

Реакції гліколізу (глікогенолізу) часто поділяють на дві стадії. На першій стадії проходить енергозалежний процес фосфорилювання глюкози та розкладання її на дві тривуглецеві сполуки — фосфотріо-зи. Реакції першої стадії ендоергічні, вони проходять з поглинанням

4S3

енергії АТФ. Цю стадію перетворення глюкози можна вважати підготовчою.

Друга стадія гліколізу (глікогенолізу) забезпечує перетворення фосфотріоз на кінцевий продукт — молочну кислоту. В зв'язку із специфічністю частини реакцій, які відбуваються на цій стадії, вони дістали назву гліколітичної оксидоредукції. В процесі утворення молочної кислоти синтезується також макроергічна сполука АТФ, тобто друга стадія гліколізу проходить з виділенням енергії і є екзергонічним процесом (див. с 433).

Як видно з наведених вище рівнянь хімічних реакцій, під час гліколізу з однієї молекули глюкози утворюється дві молекули фосфотріоз. Кожна з них у процесі перетвореная на молочну кислоту зумовлює утворення двох молекул АТФ, тобто всього утворюється чотири молекули АТФ. Однак дві з них використовуються для фосфор плювання глюкози (гексокіназна реакція) та утворення фруктозо-1,6-ди-фзсфату (фруктокіназна реакція), тому енергетична ефективність гліколізу становить дві молекули АТФ. Оскільки в макроергічному зв'язку АТФ акумулюється в середньому 42 кДж енергії, то всього під час гліколізу нагромаджується 84 кДж енергії. Експериментально установлено, що внаслідок перетворення глюкози у дві молекули молочної кислоти зміна вільної енергії дорівнює 210 кДж/моль. На основі цього неважко обчислити, що під час гліколізу близько 40 % вивільненої енергії акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ, а решта розсіюється у вигляді теплоти. Отже, коефіцієнт корисної дії гліколізу становить 0,35—0,40.

Загальну схему гліколізу можна записати так:

С₆Н₁₂О_в 4- 2Н₃РО, + 2А ДФ -► 2СН₃-СНОН — СООН 4- 2АТФ.

Під час глікогенолізу також утворюється чотири молекули АТФ, однак на першій стадії цього процесу використовується лише одна молекула АТФ (у фосфофруктокіназній реакції), тому енергетичний ефект глікогенолізу становить 3 молекули АТФ, або 126 кДж/моль.

На перший погляд енергетичний ефект глікогенолізу більший, ніж гліколізу. Однак, якщо врахувати, що частина молекул АТФ використовується для синтезу глікогену, стане зрозумілим, що ці два процеси в енергетичному відношенні майже рівноцінні. Для організму і гліколіз, і глікогеноліз не вигідні, оскільки для компенсування енергетичних витрат необхідна велика кількість вуглеводів. Однак як фізіологічні процеси вони досить важливі, оскільки дають змогу забезпечити організм енергією за умов недостатнього постачання тканин киснем.

Під час вивчення енергетичних ефектів окремих реакцій анаеробного перетворення вуглеводів було встановлено, що більшість реакцій цього процесу близькі до рівноваги і можуть проходити як у прямому, так і в зворотному напрямках. Це дає змогу організму з одних і тих самих речовин діставати як хімічну енергію, так і сполуки, необ-

хідні для забезпечення протікання різних метаболічних реакцій. Однак три реакції анаеробного перетворення вуглеводів (гексокіназна, фруктокіназна і піруваткіназна) супроводжуються значним зменшенням вільної енергії, тому є практично необоротними. Перебіг цих реакцій у зворотному напрямку потребує подолання певного енергетичного бар'єру та наявності специфічних ферментів.

СПИРТОВЕ БРОДІННЯ

У нижчих організмів—дріжджових і цвільових грибків, деяких мікроорганізмів — процес анаеробного перетворення вуглеводів завершується утворенням етилового спирту, тому він дістав назву спиртового бродіння:

А Хімізм цього процесу досить близький до гліколізу, який протікає в тканинах вищих організмів. Усі стадії перетворення глюкози до утворення піровиноградної кислоти включно в обох випадках проходять однаково і каталізуються одними і тими самими ферментними системами. Відмінність між цими процесами виявляється, починаючи з етапу перетворення піровиноградної кислоти. Так, під час гліколізу і глікогенолізу піровиноградна кислота відновлюється до молочної, а під час спиртового бродіння вона піддається декарбоксилюванню і перетворюється на оцтовий альдегід:

Фермент піруватдекарбоксилаза, що каталізує цю реакцію, містить у вигляді простетичної групи тіамінпірофосфат, який зв'язується з піровиноградною кислотою з утворенням оксіетилтіамінпірофосфату. В процесі перетворення останнього вивільнюється оцтовий альдегід і тіамінпірофосфат. Каталітична активність ферменту забезпечується наявністю іонів Mg^2H\

Утворений за цією реакцією оцтовий альдегід далі за участю НАД • Н + Н^т відновлюється до кінцевого продукту спиртового бродіння — етилового спирту:

Реакцію каталізує фермент алкогольдегідрогеназа.

Слід зазначити, що деяким мікроорганізмам властиві специфічні шляхи утилізації тривуглецевих сполук, що утворюються під час розкладання глюкози. Тому крім спиртового бродіння існують також інші ного види: молочнокисле, пропіоновокисле, ацетоетилове, маслянокисле тощо.

Під час молочнокислого бродіння у бактеріях піровиноградна кислота відновлюється до молочної, подібно як під час гліколізу в тканинах вищих організмів. Відома також інша група молочнокислих бактерій, які здатні перетворювати кожну молекулу глюкози в молекулу молочної ислоти, молекулу етанолу і С0₂. Це так зване гетеро-ферментативне (змішане) молочнокисле бродіння.

Аеробне перетворення вуглеводів

Аеробне й анаеробне перетворення вуглеводів тісно зв'язані між собою. Це насамперед виявляється в тому, що обидва процеси проходять однаково включно до стадії утворення піровиноградної кислоти. В них беруть участь одні й ті самі ферменти та утворюються однакові проміжні продукти. Відмінність між анаеробним і аеробним розкладанням вуглеводів починається з перетворення піровиноградної кислоти.

Якщо вуглеводи перетворюються в анаеробних умовах, то піровиноградна кислота, як уже зазначалося, відновлюється до молочної кислоти, при перетворенні вуглеводів в аеробних умовах піровиноградна кислота піддається декарбоксилюванню з утворенням ацетил-КоА, який далі окислюється до кінцевих продуктів — С0₂ і Н₂0 з виділенням значної кількості енергії, що акумулюється в молекулах АТФ.

Процес перетворення піровиноградної кислоти до ацетил-КоА дістав назву окислювального декарбоксилювання. Каталізується він складним поліферментним комплексом — піруватдегідрогеназою, який пов'язаний з дією п'яти коферментів: тіамінпірофосфату, ліпоєво, кислоти, коензиму А, НАД і ФАД. Численними дослідженнями дове. депо, що окислювальне декарбоксилювання піровиноградної кислоти в тканинах організмів людини і тварин проходить лише в аеробних умовах. Загальну схему даного процесу можна подати так:

СН₃

С=0 ^1Пп^«^У^^НЛД- СНз-CO-S-KoA + НАД . Н + Н+ + CO,

соон

В зв'язку із значним зменшенням вільної енергії ця реакція є необоротною. Вона проходить у декілька стадій.

На першій стадії піровиноградна кислота взаємодіє з тіамінпіро-фосфатом з утворенням проміжної сполуки, де вона перебуває в ак-

■ліпному стані. Далі піл каталітичною дією піруватдекарбоксилази піровиноградна кислота, що входить до складу тіаміни ірофосфату, де-карбоксилюється. В результаті цієї реакції утворюється оксіетилті-амінпірофосфат, який під впливом ферменту ліпоїлредуктази ацетил-трансферази, коферментом якого є ліпоєва кислота, розкладається на вільний тіамінпірофосфат і ацетилліпоєву кислоту. Ацетилліпоєва кислота утворюється внаслідок переходу залишку оцтової кислоти від оксіетилтіамінпірофосфату до ліноєвої кислоти: соон

гп ^ч С—^сн;—N--------- С—СН, ПН пи Дегідрогеназ

СО + і її *~J| )\ ^LMJ _ ОН ОН піровиноградної

<н. Н^Чґ%_Ні ^нСч_сх<--<сн,),-о-р-о-р-.о--

П/рови- О О

ЇЇЙЙЯГ Т^анпрофосфат

~~ Г 1ї~^С^НІ~іГ^СНз ?^н ?^{н П}!Р*^МТ

_н<сЧ_Ч'⁽-—*н, Д .с~сн,-сн,-о-р-о-р-<г -2™

НО / л її и

З ацетилліпоєвої кислоти залишок ацетилу далі переноситься на КоА -SH. Продуктами реакції є ацетил-КоА і дигідроліпоева кислота. Слід підкреслити, що дигідроліпоева кислота під впливом ФАД здатна переходити у ліпоєву кислоту:

СООН CO ОН

І І

(СН₂)₄ (СН₂)₄

І І

СНз-CO-S-CH IIS-CH

^>СН₂ 4- KoA-SH -*- СН_г—CO~SKoA + ^>СН₂;

HS-CH_a HS-CH₂

Ацетилліпоева кислота Ацетил-КоА Дигідроліпоева

(СН_а)₄ ((

HS—СН + ФАД -*- S—СН + ФАД • H_t.

^СН₂ ^>СН₂

HS—СН₂ S—СН₂

Ліпоєва кислота

За них умов відновлений ФАД передає атоми водню на окислений НАД:

Відновлений НАД, що утворився, за допомогою цитохромної системи окислюється киснем повітря:

В результаті окислення, спряженого з процесами фосфорилювання, синтезується три молекули АТФ, тобто акумулюється 126 кДж енергії.

Частина ацетил-КоА, що утворився під час декарбоксилювання піровиноградної кислоти, використовується для синтезу жирів, вуглеводів та інших сполук, а інша його частина вступає в цикл трикар-юнових кислот, де окислюється до С0₂ і Н₂0. При цьому вивільнюється певна кількість енергії.

ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВИХ КИСЛОТ (ЦИКЛ КРЕБСА)

Цикл трикарбоновнх кислот є одним з найголовніших шляхів жислення залишків оцтової кислоти до кінцевих продуктів. Він властивий всім тканинам організмів людини і вищих тварин, а також деяким аеробним мікроорганізмам. Цей цикл є заключною стадією окислювального катаболізму не лише вуглеводів, а й інших класів органічних сполук.

У вивчення хімізму окремих реакцій циклу Кребса значний внесок зробили такі вчені, як В. П. Скулачов, С Є. Северин, X. Кребс, А. Сент-Дьордьї, А. Ленінджер, Ф. Л'іпмаи та інші.

Окислення ацетил-КоА в циклі Кребса до кінцевих продуктів відбувається в кілька стадій:

На першій стадії циклу трикарбонових кислот відбувається так звана цитратсинтетазна реакція (утворення лимонної кислоти) внаслідок взаємодії ацетил-КоА з щавлевооцтовою кислотою. Реакція проходиіь у кілька стадій і каталізується одним ферментом — цитрат-

синтетазою. Залежно від стадії, яку каталізує фермент, він виконує роль енолази, синтетази або гідролази.

Спочатку протікає реакція енолізації щавлевооцтової кислотні

Далі енольна форма щавлевооцтової кислоти взаємодіє з ацетил-КоА, внаслідок чого утворюється цитрил-КоА, що гідролізується з утворенням лимонної кислоти:

Далі лимонна кислота за участю ферменту аконітатгідратази перетворюється на ізолимонну кислоту:

СООН СООН СООН

X

СгІ2 СгІ2 СН₂

НО-С-СООН —__-» С-СООН ^ г*СН-СООН -н,о , сн2—соон сн—соон но-сн—соон Лимонна кислота цис-Аконітова Ізолимонна кислота кислота _ Остання під впливом ферменту ізоцитратдегідрогенази окислюється і перетворюється на щавлевоянтарну кислоту. За цих умов атоми вод-

+н,о. ^

ню приймає НАДФ+:

Щавлевоянтарна кислота при каталітичній дії специфічної декарбоксилази декарбоксилюеться з утворенням а-кетоглутарової кислоти:

—і

а-Кетоглутарова кислота декарбоксилюеться повторно. Реакція відбувається подібно до декарбоксилювання піровиноградної кислоти за участю кофермептів НАД+, ліпоєвої кислоти, КоА і ТПФ. Продуктом реакції є сукциніл-КоА:

Далі сукциніл-КоА перетворюється на янтарну кислоту. Енергія, акумульована в карбоніл-тіоефірному зв'язку, переходить у макроер-гічний зв'язок ГТФ:

ГТФза участю ферменту ГТФ-аденілаткінази передає макроергіч-ний зв'язок із залишком фосфорної кислоти на АДФ. При цьому утворюється АТФ:

ГТФ + АДФ -*- ГДФ + АТФ.

15 5-287 441

Під впливом ферменту сукцинатдегідрогенази, коферментом якої є ФАД, янтарна кислота окислюється до фумарової кислоти:

Під час гідратації за участю ферменту фумаратгідратази фумарова кислота перетворюється на яблучну кислоту:

Завершується цикл Кребса окисленням яблучної кислоти під впливом ферменту малатдегідрогенази, що містить кофермент НАД+. Продуктом реакції є щавлевооцтова кислота, тобто той субстрат, з якого розпочинався трикарбоновий цикл:

Щавлевооцтова кислота, що утворилась, переходить в енольну форму, вступає в реакцію а новою молекулою ацетил-КоА і далі повторюється весь цикл перетворень.

Так, відносно невелика кількість щавлевооитової кислоти, вступаючи кілька разів у реакцію конденсації з ацетил-КоА, забезпечує окислення значної кількості оцтової кислоти, яка утворюється в процесі обміну не тільки вуглеводів, а й ліпідів і білків. Внаслідок усіх перетворень циклу Кребса оцтова кислота у вигляді ацетил-КоА розкладається на С0₂ і Н₂0:

Енергія, що вивільнюється під час окислення оцтової кислоти, акумулюється в макроергічних зв'язках АТФ.

Як видно з рівнянь реакцій, у циклі Кребса утворюється чотири молекули відновлених форм коферментів: одна молекула НАДФ • Н + + Н+, дві молекули НАД • Н -+- Н+ і одна молекула ФАД • Н₂. При цьому доведено, що під час окислення однієї молекули НАД X X Н -f- H+ або НАДФ • Н 4- Н⁺ шляхом відщеплення атома водню в ланцюгу дихальних ферментів синтезується три молекули АТФ. Вна-

слідок окислення ФАД • Н.> утворюється дві молекули АТФ. Отже, всього під час окислення відновлених форм коферментів утворюється З • З ■+■ 2 = II молекул АТФ. Крім того, одна молекула АТФ утворюється на рівні субстрату під час перетворення сукциніл-КоА в янтарну кислоту. Отже, в процесі перетворення однієї молекули аце-тил-КоА в циклі трикарбонових кислот синтезується 11 + І = 12 молекул АТФ. Разом з тим три молекули АТФ синтезуються внаслідок окислення однієї молекули НАД • Н — Н , яка утворюється в процесі перетворення піровиноградної кисло:и до анетил-КоА. Всього в процесі перетворення однієї молекули піровиноградної кислоти до ацетил-КоА і останнього до С0₂ і Н.,0 синтезується 12 -f- 3 *= — 15 молекул АТФ. Оскільки з однієї молекули глюкози утворюється дві молекули піровиноградної кислоти, то всього утворюється 15 • 2 *= = ЗО молекул АТФ. Крім того, 6 молекул АТФ утворюється внаслідок окислення двох молекул НАД • Н -|- Н+, які вивільнюються під час гліколітичної оксиредукції, і дві молекули синтезується в процесі гліколізу. Тому загальний енергетичний ефект аеробного розкладання отнієї молекули глюкози до кінцевих продуктів—С0₂ і Н₂0 — становить ЗО + 6 -Ь 2 — 38 молекул АТФ. Оскільки в одній молекулі АТФ зосереджено 42 кДж енергії, то всього під час аеробного перетворення однієї молекули глюкози акумулюється 1596 кДж енергії. Перетворення однієї молекули глюкози за анаеробних умов, як зазначалось раніше, дає лише дві молекули АТФ, тобто в макроер-гічних зв'язках її акумульовано 2-42—84 кДж енергії.

Отже, основним джерелом енергії для організму є аеробне окислення органічних сполук.