biohimiyaverstka

Второй этап гликолиза открывается реакцией окисления 3-фосфоглицеринового альдегида, катализируемой специфической дегидрогеназой, содержащей в активном центре свободную сульфгидрильную (HS-) группу и кофермент НАД+. В результате образуется 1,3-дифосфогли- цериновая кислота. Далее происходит перенос фосфатной группы на молекулу АДФ; таким образом происходит запасание энергии в макроэргических связях молекулы АТФ. Поскольку в гликолизе образуются 2 молекулы 1,3-дифосфоглицериновой кислоты, то и возникают 2 молекулы АТФ.

Изомеризация предыдущего метаболита в 2-фосфогли- цериновую кислоту необходима для протекания реакции дегидратации:

COOH Фосфоглицератмутаза COOH

Далее образуется макроэргическое соединение – фосфоенолпировиноградная кислота, ускоряется реакция соответствующей лиазой:

171

На следующем этапе фосфоенолпировиноградная кислота отдает фосфатную группу на молекулу АДФ:

Образующаяся енольная форма пировиноградной кислоты затем неферментативно переходит в более термодинамически стабильную кетоформу. Заключительной реакцией этого метаболического пути является молочная кислота, которая образуется при восстановлении пировиноградной кислоты:

НАД Н + Н+

Лактат-

COOH дегидрогеназа COOH

Большая часть молочной кислоты, образующейся в мышце, вымывается в кровяное русло. Изменению рН крови препятствует бикарбонатная буферная система: у спортсменов буферная емкость крови повышена по сравнению с нетренированными людьми, поэтому они могут переносить более высокое содержание молочной кислоты. Далее молочная кислота транспортируется к печени и почкам, где она почти полностью перерабатывается в глюкозу и гликоген. Незначительная часть молочной кислоты вновь превращается в пировиноградную кислоту, которая в аэробных условиях окисляется до конечных продуктов обмена.

172

Аэробный обмен пировиноградной кислоты. В

аэробных условиях пировиноградная кислота (ПВК) и протоны с НАДН2 транспортируются в матрикс митохондрий. ПВК самостоятельно не проходит внутреннюю мембрану митохондрий, перенос ее через мембрану осуществляется вторично-активным транспортом.

В аэробных условиях пировиноградная кислота окисляется; этот процесс называется окислительным декарбоксилированием пировиноградной кислоты. Катализирует этот процесс мультиэнзимный комплекс, который называется пируватдегидрогеназным комплексом. В состав этого комплекса входят три фермента и пять коферментов.

Первый этап аэробного превращения заключается в осуществлении окислительного декарбоксилирования ПВК с образованием ацетил-КоА:

Механизм работы пируватдегидрогеназного комплекса заключается в пяти стадиях:

173

АТФ, которые являются продуктами ЦТК и цепи окислительного фосфорилирования. Активируют ЦТК в основном НАД+ и АДФ.

Реакции цикла трикарбоновых кислот. Эта система реакций начинается с присоединения ацетильного остатка ацетилкофермента А к оксалоацетату (соль щавелевоуксусной или кетоянтарной кислоты) с образованием соли трикарбоновой лимонной кислоты – цитрата. Далее цитрат претерпевает ряд последовательных превращений, сопровождающихся двумя актами декарбоксилирования, т. е. выделения СО2, и в конечном итоге приводящих к регенерации оксалоацетата. Ниже перечислены все стадии цикла трикарбоновых кислот.

1. Взаимодействие ацетилкофермента А с оксалоацетатом, катализируемое ферментом цитратсинтазой:

Цитратсинтаза локализуется в матриксе митохондрий, ее активируют щавелевоуксусной кислота (ЩУК), НАД+;

аингибируют АТФ, НАДН2, сукцинил-КоА, цитрат.

2.Изомеризация цитрата в изоцитрат, катализируемая ферментом аконитазой и проходящая через промежуточное образование аконитата путем дегидратации цитрата и последующей гидратации аконитата с превращением его в изоцитрат:

Аконитаза локализуется в матриксе митохондрий.

3. Окисление гидроксигруппы изоцитрата до карбо-

175

нильной группы с помощью НАД+, сопровождающееся элиминацией карбоксильной группы в a-положении к образовавшейся кетогруппе, катализируемое изоцитратдегидрогеназой:

изоцитрат:НАД+ оксидоредуктаза (декарбоксилирующая)

Окислительно-восстановительная реакция, самая медленная в ЦТК.

Изоцитратдегидрогеназа локализуется в матриксе митохондрий, ее активируют АМФ, Са2+, АДФ, НАД+; ингибируют АТФ, НАДН2.

4. Окислительное декарбоксилирование a-кетоглута- рата, катализируемое a-кетоглутаратдегидрогеназой, приводящее к образованию сукцинилкофермента А и выделению второй молекулы CO2:

-Кетоглутаратдегидрогеназа

Реакция является окислительно-восстановительной. a-Кетоглутаратдегидрогеназный комплекс состоит из трех ферментов и содержит пять коферментов: тиаминдифосфат, кофермент А, липоевая кислота, НАД+, ФАД.

-Кетоглутаратдегидрогеназа активируется Са2+.

5. Фосфорилирование гуаниндифосфат (ГДФ), сопряженное с гидролизом макроэргической тиоэфирной связи в сукцинилкоферментеА, катализируемое суцинатКоализой:

176

Сукцинил-КоА-синтетаза

6. Превращение сукцината в фумарат, катализируемое сукцинатдегидрогеназой, входящей в состав комплекса II цепи переноса электронов с коферментом Q в качестве акцептора электронов:

Окислительно-восстановительная реакция

Сукцинатдегидрогеназа – флавопротеин, содержащий Fe2S2 – связана с внутренней мембраной митохондрии. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется щавелекоуксусной кислотой (ЩУК) и сукцинил-КоА.

7. Гидратация двойной связи фумарата с образованием малата (соль яблочной кислоты), катализируемое фумаратгидратазой:

Фумараза локализуется в матриксе митохондрий.

8. Окисление гидроксигруппы малата до кетогруппы, приводящее к регенерации оксалоацетата, катализируемое малатдегидрогеназой:

177

малат: НАД+ окидоредуктаза

Окислительно-восстановительная реакция

Малатдегидрогенеза локализуется в матриксе митохондрий.

Рис. 36. Схема цикла Кребса

Образовавшиеся молекулы щавелевоуксусной кислоты реагируют с новой молекулой ацетил-КоА, и цикл повторяется вновь.

Апотомический распад глюкозы иначе называется

пентозофосфатный цикл (шунт, путь) (ПФЦ). Этот цикл является альтернативным путем окисления глюкозы. Наиболее активен этот процесс в жировой ткани, печени, коре надпочечников, эритроцитах, фагоцитиру-

178

ющих лейкоцитах, лактирующей молочной железе, семенниках.

Протекает он в цитозоле без участия кислорода. Апотомический распад можно разделить на две фазы: окислительную и анаэробную. Рассмотрим отдельные реакции этого метаболического пути. В окислительной стадии происходит восстановление НАДФН2. В неокислительной стадии образуются различные пентозы.

Окислительная фаза апотомического распада глюкозы. Как и в гликолизе, первой стадией является фосфорилирование глюкозы с образованием глюкозо-6-фосфа- та. Далее глюкозо-6-фосфат дегидрируется с участием глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы, коферментом которой служит НАДФ. Образующийся 6-фосфоглюконолактон спонтанно или с участием лактоназы гидролизуется с образованием 6-фосфоглюконовой кислоты. Заключительным процессом окислительной ветви пентозофосфатного цикла является окисление 6-фосфоглюконовой кислоты соответствующей дегидрогеназой. Одновременно с процессом дегидрирования происходит декарбоксилирование 6-фосфоглюконовой кислоты. С потерей одного углеродного атома глюкоза превращается в пентозу.

Окислительная стадия состоит из трех необратимых реакций:

1. Фермент – глюкозо-6-фосфатдегидрогеназа. Ингибитор НАДФ·Н2.

2. Фермент – глюконолактонгидратаза (6-фосфоглю- конагидролиаза).

179

3. 6-фосфоглюконатдегидрогеназа. Индуктор инсулин.

Анаэробная фаза апотомического распада глюкозы.

Рибулозо-5-фосфат, образовавшийся в окислительной фазе, может обратимо изомеризоваться в другие пентозофосфаты: ксилулозо-5-фосфат и рибозо-5-фосфат. Катализируют эти реакции два разных фермента, относящиеся к классу изомераз: пентозофосфатизомераза и пентозофосфатэпимераза. Образование из рибулозо-5-фосфата двух других пентозофосфатов необходимо для осуществления последующих реакций пентозофосфатного цикла, причем требуется две молекулы ксилулозо-5-фос- фата и одна молекула рибозо-5-фосфата.

180