Глава II

ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

В пище человека практически не содержатся готовые первичные доноры водорода, служащие субстратами для биологического окисления. Они образуются в ходе катаболизма; причем именно в его последней стадии - неспецифическом распаде. Следовательно, метаболиты окислительного декарбоксилирования пирувата и цитратного цикла выполняют роль необходимых субстратов.

2.1. Окислительное декарбоксилирование ПВК

2.1.1. Сущность преобразований пирувата

П

режде чем пируват, образовавшийся в цитозоле в основном при распаде глюкозы, подвергнется окислению, он должен переместиться в митохондрии; это обеспечивается специальной системой активного транспорта по механизму симпорта с протоном. В матриксе происходитокислительное декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА, углекислого газа и передачей восстановительного эквивалента:

Таблица 7.

Ферменты пируватдегидрогеназного комплекса

Название фермента-протомера	Обозначение	Простетическая группа	Катализируемая реакция
Пируватдегидрогеназа ( декарбоксилирующая)	Е1	Тиаминдифосфат (ТДФ)	Декарбоксилирование ПВК
Дигидролипоилтрансацетилаза (дигидролипоилацетилтрансфераза)	Е2	Липоамид	Окисление С2- фрагмента и перенос его наHS-KoA
Дигидролипоилдегидрогеназа	Е3	Флавинадениннуклеотид(ФАД)	Регенерация окисленного липоамида

Этот процесс практически необратим, так как он сопровождается выделением свободной энергии, равной 33,5 кДж. С каталитической целью используется несколько протеинов, работающих в определенной последовательности и объединенных в мультиферментный пируватдегидрогеназный комплекс. Он включает три энзима (табл. 7), каждый из которых является сложным белком.

Простетические группы представлены активными формами витаминов В₁ (тиамина) в Е₁, В₂ (рибофлавина) в Е₃ и витаминоподобным соединением (липоамидом) в Е₂. В обеспечении нормального хода реакций участвуют и свободные коферменты: окисленный НАД⁺ и HS- KoA; с помощью первого передается на ЭТЦ восстановительный эквивалент, а второй транспортирует остаток уксусной кислоты в виде ацетил- КоА к системе энзимов цитратного цикла.

Строение пируватдегидрогеназного комплекса довольно сложно: включает до нескольких десятков субъединиц различных моноферментов. Данная система катализаторов характеризуется большим отрицательным редокс-потенциалом, который обеспечивает наряду с восстановлением кофермента (НАДН) образование макроэргической тиоэфирной связи в ацетил-КоА.

Процесс протекает в 4 стадии:

I. Взаимодействие ПВК с ТДФ-Е₁: при этом происходит перенос гидроксиэтильной группы на тиазольное кольцо связанного с ферментом тиаминдифосфата. Движущей силой реакции является сродство электроноизбыточного α-положения тиазольного кольца молекулы активированного витамина В₁ к элек-

трофильному центру пирувата.

Как видно из схемы, α-углеродный атом вследствие соседства гетероатомов проявляет СН-кислотность; в присутствии пирувата от него отщепляется протон, что превращает его в карбанион, который легко взаимодействует с α-кетокислотой. В образовавшемся промежуточном S-Е₁-комплексе происходит смещение π-электронов в сопряженной системе к N⁺, что облегчает разрыв связи С-С и отщепление СО₂:

II. Ионизированная гидроксиэтильная группа получившейся формы ТДФ, взаимодействуя с окисленным липоамидом, преобразуется в ацетиллипоамид–Е₂. При этом ТДФ регенерирует, в качестве окислителя выступает -S-S-группа второго фермента:

Амид липоевой кислоты – (витаминоподобное соединение) с помощью амидной связи с аминогруппой лизина включена в состав дигидролипоилтрансацетилазы (Е₂). Интересно, что простетическая группа фермента локализуется на конце гибкой цепи (поворотного кронштейна), что позволяет ей легко поворачиваться и взаимодействовать поочередно с Е₁ и Е₃.

I

II. С участием длинной ножки Е₂ ацетильная группа переносится с ацетиллипоамида на свободный HS-КоА, а липоамид восстанавливается.

IV. Завершается процесс окислением липоамида в реакции с флавопротеином – дигидролипоилдегидрогеназой (Е₃). Восстановленный кофермент окисляется НАД⁺, который в свою очередь передаёт восстановительные эквиваленты на ЭТЦ:

Как видно из схемы, в третьем ферменте роль коэнзима выполняет окисленный ФАД, что иногда заставляет эту стадию раскладывать на две:

Так как в ЭТЦ передается восстановительный эквивалент НАДН+Н⁺, что позволяет энергии, выделившейся в цепи, трижды обеспечивать окислительное фосфорилирование, т.е. генерировать три молекулы АТФ.