Вопрос 13: Окисление пирувата
Пируват занимает центральное положение в промежуточном метаболизме и может служить предшественником разнообразных продуктов. Многие организмы окисляют большую часть образующегося в ходе катаболизма пирувата до ацетилкофермента А. Важнейшую роль у бактерий играют три реакции:
(Fd-ферредоксин)
Реакция (1) катализируется мультиферментным комплексом пируват-дегидрогеназой. Этот фермент имеется почти у всех аэробных организмов и служит главным образом для образования ацетил-СоА, который поступает затем в цикл трикарбоновых кислот (рис. 7.6); его функция будет подробно описана ниже. Реакцию (2) катализирует пируват : ферредоксин-оксидоредуктаза - фермент, который у многих анаэробных бактерий (например, у клостридиев) имеет особое значение. Реакцию (3) катализирует пируват: формиатлиаза. Этот фермент есть у многих анаэробных бактерий, выделяющих муравьиную кислоту («муравьинокислое брожение»), в частности у Enterobacteriaceae, но встречается также у фототрофных бактерий. У дрожжей и некоторых бактерий, образующих этанол, имеется четвертый фермент, окисляющий пируват: (4) Пируват -> Ацетальдегид + СО2 Этот фермент - пируватдекарбоксилаза - расщепляет пируват на ацетальдегид и СО2. Ацетальдегид затем восстанавливается до этанола. Дегидрирование пирувата пируватдегидрогеназой. Этот мультиферментный комплекс при участии кофакторов превращает пируват в ацетилкофермент А и СО2 [см. реакцию (1) выше и рис. 7.6]. В состав мультиферментного комплекса входят три белка: пируватдегидро-геназа (Е1), дигидролипоамид-трансацетилаза (П2) и дигидролипоамид-дегидрогеназа (ЕЗ): На начальном этапе (Е1) пируват взаимодействует со 2-м углеродным атомом тиазольного кольца (7) тиаминпирофосфата (ТПФ), в результате чего отщепляется СО2- Образующийся гидроксиэтил-ТПФ (2) реагирует с присоединенным к Е2 липоатом (3), который при этом восстанавливается, а у вторичной SH-группы удерживает ацетильный остаток (4). Затем Е2 катализирует перенос ацетильной группы на кофермент А: при этом остается дигидролипоат (5), который снова окисляется при помощи ЕЗ до липоата при одновременном восстановлении NAD. У строго анаэробных бактерий пируватдегидрогеназный мультиферментный комплекс отсутствует.
|
Вопрос 14: Цикл Кребса – общий конечный путь окисления ацетильных групп (в виде ацетил-КоА), в которые превращается в процессе катаболизма большая часть органических молекул, играющих роль «клеточного топлива»: углеводов, жирных кислот и аминокислот. Суть цикла трикарбоновых кислот (ЦТК) – окисление двухуглеродного фрагмента (ацетата) до 2х молекул СО2 с образованием энергии. ЦТК является тем центром, в котором сходятся практически все метаболические пути.
Энергетический расчет:
Метаболический путь |
Фермент |
Место образования АТФ и сопряженный процесс |
Число АТФ на 1 моль глюкозы |
Цикл Кребса |
Изоцитратдегидрогеназа |
Окисление НАДН в дых.цепи |
6 |
α-кетоглутаратдегидрогеназа |
Окисление НАДН в дых.цепи |
6 |
|
Сукцинил-КоА-синтетаза |
Субстратное фосфорилирование |
2 |
|
Сукцинатдегидрогеназа |
Окисление 2 ФАДН2 в дых.цепи |
4 |
|
Малатдегидрогеназа |
Окисление 2 НАДН в дых.цепи |
6 |
Итого: 24 молекулы АТФ
Анаэробные дегидрогеназы - это двухкомпонентные ферменты, коферментом которых может быть НАД+ (никотинамидадениндинуклеотид)
При окислении субстрата НАД+ превращается в восстановленную форму НАДH, а второй протон субстрата диссоциирует в среду (НАДH+ Н+). К анаэробным НАД-зависимым дегидрогеназам относятся такие ферменты, как лактатдегидрогеназа, малатдегидрогеназа и др. Коферментом анаэробных дегидрогеназ может быть также НАДФ+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат), содержащий на одну фосфатную группировку больше, чем НАД + . НАДФ- зависимыми дегидрогеназами являются изоцитратдегидрогеназа, глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа, 6-фосфоглюконатдегидрогеназа и др.
Окисленные и восстановленные формы коферментов анаэробных дегидрогеназ могут взаимопревращаться в реакции, катализируемой ферментом НАД(Ф)-трансгидрогеназой:
НАДФH + НАД+ = НАДФ+ + НАДH
Анаэробные дегидрогеназы передают водород, т. е. электроны и протоны, различным промежуточным переносчикам и аэробным дегидрогеназам.