Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Суммарный результат многостадийной реакции выглядит следующим образом:

Рис. 2.

Реакция катализируется тремя ферментами, работающими в определенной последовательности и объединенными в пируватдегидрогеназный комплекс:

Рис. 3

Пируватдегидрогеназный комплекс

Пируватдекарбоксилазный комплекс находится на внутренней мембране митохондрий и соединен с ней со стороны матрикса.

Этот комплекс ферментов работает подобно конвейеру, в котором продукт передается от фермента к ферменту. Такой принцип повышает эффективность работы ферментов, так как снижает случайность в контакте реагирующих веществ с ферментом. Далее приводятся названия ферментов и характеристика катализируемых реакций.

Пируватдекарбоксилаза (1). В качестве кофермента в реакции участвует тиаминдифосфат - производное витамина В₁. Фермент катализирует отщепление карбоксильной группы в виде СО₂, а ацетильный остаток присоединяет к липоевой кислоте - коферменту второго фермента. Получается ацетил-липоат.

Дигидролипоат-ацетилтрансфераза(2) - второй фермент комплекса. Катализирует перенос ацетильного остатка, соединенного с липоевой кислотой на второй кофермент HS-СоА с образованием ацетил-СоА. Таким образом, в этой реакции участвуют два кофермента: липоевая кислота, прочно соединенная с ферментом, и кофермент А, объединяющийся с ферментом в момент реакции. Водород остается связанным с липоевой кислотой, которая превращается в дигидролипоат.

Дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты (3) отщепляет водород от липоевой кислоты и переносит его на NAD⁺. Далее водород транспортируется дыхательной цепью

Рис.4. Строение HS-CoA

Главные продукты реакции - это NADH+H⁺ и ацетил-СоА. NADH+H⁺ далее окисляется в дыхательной цепи, где энергия используется на синтез 3 моль АТР, а ацетил-СоА окисляется в цитратном цикле.

Ацетил-КоА может расходоваться в реакциях синтеза жирных кислот, холестерина, кетоновых тел. Самая большая часть этого вещества используется при синтезе лимонной кислоты в реакциях цикла трикарбоновых кислот.

Цитратный цикл.

Цитратный цикл (цикл Кребса, цикл трикарбоновых кислот) - это система реакций, приводящая к полному окислению двухуглеродного ацетильного фрагмента, имеющего различное происхождение (рис. 5,6 ). Цикл назван в честь Ханса Кребса, который описал многие из этих реакций и в 1953 году получил Нобелев­скую премию.

Цитратный цикл является общим конечным путем окисления белков, жиров и углеводов. Все реакции цитратного цикла, как и окислительного декарбоксилирования пирувата, локализованы в митохондриях. В ходе одного полного цикла происходит:

полное окисление ацетильного остатка до двух молекул СО₂;

образование трех молекул восстановленного NAD⁺ и одной молекулы FADH₂;

образование одной молекулы GTP в результате субстратного фосфорилирования.

Рис. 5.

Рис. 6

Рис.6 Ферменты цитратного цикла.1- пируватдегидрогеназный комплекс, 2- цитратсинтаза, 3- аконитаза, 4- изоцитратдегидрогеназа, 5- a -кетоглутаратдегидрогеназный комплекс, 6- сукцинил-КоА-синтетаза, 7 - сукцинатдегидрогеназа, 8- фумараза, 9- малатдегидрогеназа

Цитратсинтаза.
Первая реакция цикла - это конденсирование ацетилКоА и оксалоацетата. При этом продуктом реакции является цитрат.

Аконитаза.
Изомеризация цитрата в изоцитрат посредством аконитазы - стереоспецифична, с миграцией ОН-группы от центрального углеродного атома на соседний. Аконитза - один из нескольких митохондриальных ферментов, которые в своём составе содержат негемовое железо.