В последующей реакции, катализируемой ферментом фосфоенолпируваткарбоксикиназой, из оксалоацетата образуется фосфоенолпируват. Реакция Mg2-зависимая и донором фосфата служит gtp.

После образования фосфоенолпирувата процесс глюконеогенеза идет по обратимым реакциям гликолиза, вплоть до синтеза фруктозо-1,6-бисфосфата. Превращение фруктозо-1,6-бисфосфата во фруктозо-6-фосфат – необратимая реакция глюконеогенеза, а потому отщепление фосфатной группы катализируется фруктозо-1,6-фосфатазой:

Реакция протекает без участия АТР и АDP.

Образовавшийся фруктозо-6-фосфат фосфоглюкоизомеразой переводится в глюкозо-6-фосфат, который под действием глюкозо-6-фосфатазы (в процессе гликолиза этот фермент не участвует, и это еще одна необатимая реакция глюконеогенеза) теряет фосфатную группу и превращается в свободную глюкозу. После чего глюкоза транспортитуется в кровь.

Суммарная реакция глюконеогенеза:

2 пируват + 4АТР + 2GTP + 2NADH +2H⁺ + 4Н₂О → Глюкоза + 4ADP + 2GDP + 6Н₃РО₄ + 2NAD⁺

Регуляторный фермент в глюконеогенезе - пируваткарбоксилаза, которая активируется ацетил-CоА тогда, когда в митохондриях накапливается больше данного субстрата, чем требуется для протекания цикла трикарбоновых кислот.

Одновременно ацетил-СоА ингибирует пируватдегидрогеназный комплекс, что приводит к замедлению окисления пирувата и способствует вовлечению его в глюконеогенез. Важную роль в регуляции глюконеогенеза играет фруктозо-1,6-бисфосфатаза, ингибируемая АМР. При высоком соотношении АТР/АМР активируется глюконеогенез и ингибируется гликолиз, т. к. АТР является ингибитором лимитирующего фермента гликолиза – фосфофруктокиназы.

5. Окислительное декарбоксилирование пирувата. Строение пируватдегидрогеназного комплекса, регуляция активности.

Окисление пирувата до ацетил-CоА происходит при участии ферментов и коферментов, объединенных в «пируватдегидрогеназный комплекс».

Первая стадия. Пируват (рис. 18.1) теряет свою карбоксильную группу в результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (TPP) в составе активного центра фермента пируватдегидрогеназы (E₁).

Вторая стадия. Оксиэтильная группа комплекса E₁–TPP–СНОН–СН₃ окисляется с образованием ацетильной группы, которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент), связанной с ферментом дигидроли-поилацетилтрансферазой (Е₂). Этот фермент катализирует третью стадию – перенос ацетильной группы на коэнзим CоА (HSCoA) с образованием конечного продукта - ацетил-CоА (высокоэнергетическое соединение).

Четвертая стадия. Регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного комплекса дигидролипоамида-Е₂. При участии фермента дигидролипоилдегидрогеназы (Е₃) осуществляется перенос атомов водорода от восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на FAD, который выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан.

Пятая стадия. Восстановленный FADН₂ дигидролипоилдегидрогеназы передает водород на кофермент NAD⁺ (с образованием NADН + Н⁺).

Рис. 18.1. Механизм действия пируватдегидрогеназного комплекса. Е₁ – пируватдегидрогеназа; Е₂ – дигидролипоилацетилтрансфераза; Е₃ – дигидролипоилдегидрогеназа (цифры в кружках обозначают стадии процесса)

Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе митохондрий. В нем (в составе сложного мультиферментного комплекса) принимают участие 3 фермента (пируватдегидрогеназа, ди-гидролипоилацетилтрансфераза, дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 кофер-ментов (TРP, амид липоевой кислоты, коэнзим А, FAD и NAD), из которых три относительно прочно связаны с ферментами (ТPP-E₁, липоамид-Е₂ и FAD-Е₃), а два – легко диссоциируют (HS-CoA и NAD).

Все эти ферменты, имеющие субъединичное строение, и коферменты организованы в единый комплекс. Поэтому промежуточные продукты способны быстро взаимодействовать. Доказано, что полипептидные цепи субъединиц дигидролипоил-ацетилтрансферазы составляют как бы ядро комплекса, вокруг которого расположены пируватдегидрогеназа и дигидролипоилдегидрогеназа. Принято считать, что нативный ферментный комплекс образуется путем самосборки.

Суммарная реакция

Реакция сопровождается значительным уменьшением стандартной свободной энергии и практически необратима (∆G₀′= ‒ 40 кДж/моль).

Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования аце-тил-CоА подвергается дальнейшему окислению с образованием СО₂ и Н₂О. Полное окисление ацетил-CоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса). Этот процесс, так же как окислительное декарбоксилирование пирувата, происходит в митохондриях клеток.