Окислительное декарбоксилирование пирувата

Превращение пирувата в ацетил-КоА

Стадия I. Реакция декарбоксилирования пирувата.

Значение декарбоксилирования пирувата в отношении извлечения энергии из мо­лекулы исключительно велико. Три углеродных атома пирувата имеют разную степень окисления. Углерод метильной группы (-СНз) не окислен и, следователь­но, в дальнейшем при его окислении можно получить полезную энергию. Углерод кето-группы (>С=О) окислен частично. При его дальнейшем окислении можно также извлечь некоторое количество дополнительной энергии. А углерод карбок­сильной группы окислен почти полностью. Поэтому карбоксильная группа - это до некоторой степени балластная часть молекулы с позиции извлечения энергии. Её необходимо удалить. Удаление карбоксильной группы (т.е. реакцию декарбокси­лирования) катализирует фермент пируватдегидрогеназа, в активном центре кото­рого локализован тиаминдифосфат - кофермент декарбоксилирования.

Пируват + Е₁-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + CO₂.

Тиаминдифосфат (ТДФ) и гидроксиэтил-ТДФ. Рабочей частью ТДФ служит тиазоповое кольцо, к которому присоединяется продукт декарбоксилирования пирувата - гидроксиэтил. В активном центре фермента происходит прямое взаимодействие двух атомов углерода с образованием между ними ковалентной связи. Это взаимодействие обусловлено частичными разноименными зарядами, которыми обладают углерод кето-группы пирувата с одной стороны и атом углерода тиазолового кольца тиаминпирофосфата с другой.

2. На этой стадии E₁ (пируватдегидрогеназа) переносит атом водорода и двухуг-
леролеродный ацетильный фрагмент (СН₃-СО-) на молекулу липоевой кислоты,
локализованную в активном центре фермента Е₂ (дигидролипоамидацетилтранс-
феразы). При этом в активном центре фермента образуется ацетилтиоэфир липое­
вой кислоты.

3. В этой реакции KoA-SH атакует тиоэфирную связь в активном центре фермента
Е₂, разрывает её и присоединяет к себе двухуглеролеродный ацетильный фрагмент (СНз-СО-). Происходит образование ацетил~КоА, который покидает актив­ный центр фермента Е₂ (дигидролипоамидацетилтрансферазы). При этом оба ато­ма серы липоевой кислоты полностью восстановлены.

4. В этой реакции фермент Е₃ (дигидролипоамиддегидрогеназа) катализирует

пе­ренос двух атомов водорода с восстановленной липоевой кислоты, находящейся в активном центре фермента Е₂ на кофермент ФАД, локализованный в своём актив­
ном центре. При этом в активном центре фермента Е₃ образуется ФАДН₂.

5. В активный центр дегидрогеназы (Е₃) пируватдегидрогеназного комплекса входит НАД⁺ и присоединяет к себе 2 электрона и протон от кофермента ФАДН₂ и в
форме НАДН переносит их в процесс окислительного фосфорилирования.

Связь окислительного декарбоксилирования пирувата с процессом окисли­тельного фосфорилирования

При превращении пирувата в ацетил-КоА происходит образование НАДН, транс­портирующего электроны в дыхательную цепь. Из пары высокоэнергетических электронов в процессе окислительного фосфорилирования может синтезироваться до 3 молекул АТФ. Усиление распада АТФ в клетке ведет к повышению концен­трации АДФ и ускорению окисления НАДН в дыхательной цепи. Повышение концентрации НАД⁺, в свою очередь, стимулирует окислительное декарбоксили-рование пирувата. Напротив, повышение концентрации АТФ и НАДН снижает скорость этого процесса.

Таким образом, изменения отношений АДФ/АТФ и НАДН/НАД⁺ - важнейшие внутриклеточные регуляторные сигналы, отражающие энергетические потребно­сти клетки и регулирующие скорость окислительного декарбоксилирования пиру­вата. Каталитическая активность пируватдегидрогеназного комплекса снижается, когда в клетках имеется достаточно "топлива" в виде жирных кислот и аце-тил~КоА.

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

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

.