2.1.2. Регуляция процесса окисления пирувата
Регуляция окислительного декарбоксилирования ПВК имеет важное значение и осуществляется тремя основными механизмами:
1) Ингибирование продуктами: ацетил-КоА подавляет активность трансацетилазы, а НАДН + Н+ - служит ингибитором дигидролипоилдегидрогеназы. И наоборот, HSKoA и окисленный НАД+ стимулируют скорость указанных реакций по принципу обратной связи.
2) Регуляция нуклеотидами, являющимися аллостерическими эффекторами. Для Е1, в качестве ингибитора используется ГТФ, а АМФ является активатором.
3) Регуляция путем ковалентной модификации через реакцию фосфори-лирования.
Рис. 17. Схема регуляции активности пируватдегидрогеназного комплекса
путем ковалентной модификации
При росте концентраций АТФ, НАДН+Н+, ацетил-КоА специфический остаток серина фермента Е3 фосфорилируется с помощью АТФ. В результате комплекс ингибируется. И наоборот, дефосфорилирование, осуществляемое специфическими фосфатазами, активирует пируватдегидрогеназный комплекс.
И конечно, когда клетка богата соединениями с макроэргическими связями, скорость данного биоэнергетического процесса резко снижается, а если увеличивается потребность в АТФ, то его интенсивность возрастает.
2.1.3. Патология декарбоксилирования пирувата
Подавление скорости процесса может носить приобретенный характер вследствие:
а) дефицита в диете витаминов (В2,РР) – его участников;
б) у алкоголиков может развиваться недостаток витамина тиамина. В этих ситуациях создаются условия для накопления пирувата, а поступление с пищей глюкозы увеличивает опасность развития лактатацидоза, нередко с летальным исходом.
Описана и наследственная недостаточность пируватдегидрогеназы, причем зарегистрированы мутации всех ферментов комплекса. Для подобных патологий также характерен сдвиг рН вследствие накопления пировиноградной и молочной кислот.
2.2. Цикл трикарбоновых кислот
Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот - ЦТК, цикл Кребса) представляет собой серию реакций, протекающих в митохондриях, в ходе которых осуществляется катаболизм ацетильных групп и высвобождение восстановительных эквивалентов; при окислении последних поставляется свободная энергия топливных ресурсов тканей. Цикл запускается оксалоацетатом, который синтезируется из ПВК под действием пируваткарбоксилазы: карбоксилатный ион связывается с атомом N1 биотина (витамин Н), в результате образуется активированный интермедиат карбоксибиотин-фермент:
Для протекания этой стадии необходимы НСО3–, АТФ, ионы Мg2+. Далее активированная карбоксильная группа переносится на пируват, при этом образуется оксалоацетат и высвобождается биотинсодержащий холофермент:
Молекула ацетил-КоА, полученная в основном в окислительном декарбоксилировании ПВК и β-окислении ВЖК, взаимодействует с оксалоацетатом (ОА) (щавелевоуксусной – ЩУК); в результате генерируется шестиуглеродная трикарбоновая кислота, называемая лимонной (цитратом). Далее следует серия реакций, в ходе которых происходит высвобождение двух молекул углекислого газа и регенерация оксалоацетата. Поскольку количество последнего, необходимое для преобразования большого числа ацетильных групп, весьма невелико, можно считать, что это соединение выполняет каталитическую функцию.
ЦТК является механизмом, обеспечивающим улавливание основной части свободной энергии, выделяемой при окислении углеводов, липидов, полипептидов. В нем, благодаря активности ряда специфических дегидрогеназ, происходит образование восстановительных эквивалентов в форме протонов и электронов, индуцирующих дыхательную цепь, при функционировании которой осуществляется окислительное фосфорилирование, т.е. синтезируется АТФ.
Ферменты процесса локализованы в митохондриальном матриксе, где они находятся или в свободном состоянии, или на внутренней поверхности сопрягающей (внутренней) мембраны; в последнем случае облегчается перенос восстановительных эквивалентов на комплексы ЭТЦ, встроенные в эту оболочку.
Рис. Схема цикла трикарбоновых кислот