17. Аэробный этап углеводного обмена. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты. Пируватдегидрогеназный комплекс.

Окислительное декарбоксилирование пирувата происходит в матриксе митохондрий. Транспорт пирувата в митохондриальный матрикс через внутреннюю мембрану митохондрий осуществляется при участии специального белка-переносчика по механизму симпорта с Н⁺. Превращение пирувата в ацетил-КоА описывают следующим суммарным уравнением:

СН₃-СО-СООН + NAD⁺ + HSKoA → CH3-CO ∼SKoA + NADH + H⁺ + CO₂

В ходе этой реакции происходит окислительное декарбоксилирование пирувата, в результате которого карбоксильная группа удаляется в виде СО₂, а ацетильная группа включается в состав ацетил- КоА. Один атом водорода оказывается в составе NADH, а другой в виде Н⁺поступает в среду.  Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата катализирует сложноорганизованный пируватдегидрогеназный комплекс. В пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) входят 3 фермента: пируватдекарбоксилаза (Е₁), дигидролипоилтрансацетилаза (Е₂) и дигидролипоилдегидрогеназа (Е₃), а также 5 коферментов: тиаминдифосфат (ТДФ), липоевая кислота,. FAD, NAD⁺ и КоА.

Кроме того, в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза.

Окислительное декарбоксилирование пирувата Превращение пирувата в ацетил-КоА включает 5 стадий:

Стадия I. На этой стадии пируват соединяется с ТДФ в составе Е₁и подвергается декарбоксилированию.

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

Стадия П. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е₂) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты.

Стадия III. На стадии III КоА взаимодействует с ацетильным производным Е₂, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа Е₂.

Стадия IV. На стадии IV дигидролипоилде-гидрогеназа (Е₃) катализирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на FAD - простетическую группу фермента Е₃.

Стадия V . На стадии V восстановленный FADH₂передаёт водород на NAD⁺с образованием NADH.

Пируватдегидрогеназный комплекс характеризуется большим отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом, который обеспечивает наряду с восстановлением кофермента (NADH) образование высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА

18. Цикл трикарбоновых кислот. Окислительное фосфорилирование.

Ему предшествует окислительное декарбоксилирование ПВК с образованием ацетилСоА. (Или его образование в результате распада ВЖК и аминокислот) – это 1 ый этап аэробного дыхания. Цикл является вторым этапом аэробного дыхания, а после него происходит 3 этап аэробного дыхания – окислительное фосфорилирование АДР с образованием АТР за счет ТЭП (трансмембранного электрохимического потенциала), кот.формируется в ЭТЦ (электроннотранспортной цепи – дыхательной цепи).

Реакции происходят в митохондриях, все реакции цикла (кроме 7-ой) протекают в матриксе митохондрий, а 6-ая в митохондриальной мембране, поскольку фермент сукцинтат-деридрогеназа локализован там.

№	Исходные в-ва	Продукты	Фермент
1	Щук, ацетилСоА, Н2О	Цитрат, НS-CoA	Цитратсинтза, 4 кл
2	Цитрат	Цис-аконитат, Н2О	Цисаконитатгидратаза, 4 кл
	Цис-аконитат, Н2О	Изоцитрат
3	Изоцитрат, НАД+	2-оксоглутарат, НАДН+Н+, СО2	Изоцитратдегидрогеназа, 1 кл
4	2-оксоглутарат, НАД+, НS-CoA	Сукцинил-СоА, НАДН+Н+,СО2	2-оксоглутаратный комплекс
5	Сукцинил-СоА, ГДФ+Фн, Н2О	Сукцинат, ГТФ, НS-CoA	Сукцинил-СоА-синтетаза, 6 кл
6	Сукцинат, ФАД	Фумарат, ФАДН+Н+	Сукцинатдегидрогеназа, 1 кл
7	Фумарат, Н2О	Малат	Фумаратгидротаза, 4 кл
8	Малат, НАД+	Щук, НАДН+Н+	Малатдегидрогеназа, 1 кл

Функции и энергетический выход Цикла Кребса:

1. Катаболическая (энергетическая). – вместе с ЭТЦ является основным поставщиком химической энергии в виде АТР. Энергетический баланс:

2. Анаболическая (метаболическая или пластическая) – субстраты цикла используются для синтеза других веществ.

3. Интегративная – объединяет пути катаболизма углеводов, жиров и белков, во всех аЭробных организмов он выступает в качестве центрального метаболического пути углерода.

Окислительное фосфорилирование.

Цикл Кребса и ПФОП глюкозы функционируют только в условиях остаточного кол-ва О2, хотя непосредственно в этих процессах он не участвует. О2 необходим для окисления в ЭТЦ митохондрий восстановительных коферментов – НАДН и ФАДН2, при этом синтезируется АТФ. ЭТЦ локализована на внутренней мембране митохондрий и служит для переноса электронов от восстановленных субстратов к О2. Процесс переноса электронов (т.е. окисление субстратов) сопровождается созданием на внутренней мембране митохондрий электрохимического градиента протонов, энергия которого трансформируется в энергию макроэргической связи АТФ.

Строение ЭТЦ. Комплекс I, или НАДН-дегидрогеназа (НАДН: убихинон оксидоредуктаза). Состоит из гидрофобного компонента, встроенного в мембрану и гидрофильной части. В качестве редокс-центра функционирует ФМН (флавинмононуклеотид) и несколько белков, содержащих железосерные кластеры. В гидрофобной части имеется сайт для связывания убихинона.

Комплекс II, или сукцинат-дегидрогеназа (сукцинат-коэнзим Q редуктаза). Редокс-центры: ФАД и 3 железосерных кластера. Имеется цитохром b560.

Комплекс III, или убихинол-цитохром с оксидоредуктаза – состоит из цитохрома b, цитохрома c1, железосерного белка Риске (Fe2S2). В структуре комплекса имеются 2 участка для связывания восстановленной и окисленной форм убихинона. Функционирует как димер.

Комплекс IV, или цитохром с оксидаза. Содержит 4 редокс-центра: 2 гема a и 2 Cu-центра. Функционирует как димер.

4 комплекса НЕ связаны между собой в некий суперкомплекс, а активно диффундируют в липидном слое внутренней мембраны митохондрий. Единственный белок – цитохром с – не интегрирован в мембрану, переносит электроны в межмембранном пространстве от комплекса 3 к 4.

ЭТЦ митохондрий растений, в отличие от животных, включает альтернативную цианид-устойчивую терминальную оксидазу (во внутр мембране), альтернативные ротенон-устойчивые НАДН- и НАДФН-дегидрогеназы ( во внутр мембр со стороны матрикса митохондрий), НАДН- и НАДФН-дегидрогеназы на стороне внутренней мембраны, обращенной в межмембранное пространство, которые способны принимать электроны от НАД(Ф)Н, образующихся в цитозоле.

Синтез АТФ катализируется АТФ-синтазой (во внутр мембр митох). Она состоит из интегрального мембранного домена F0 и каталитического домена – F1, находящегося в матриксе. Обменно-связывающий механизм синтеза АТФ:

1. Основной этап, требующий энергии, - это процесс отделения АТФ от фермента.

2. В АТФ-синтазном комплексе связывание субстратов и высвобождение продуктов реакции происходит в 3х отдельных каталитических участках фермента.

3. Поток протонов водородов через протонный канал F0 по градиенту электрохимического потенциала вызывает вращение гамма-субъединицы комплекса, что приводит к конформационным изменениям в каталитических участках, которые позволяют АТФ высвобождаться от фермента.