Вопрос №41

Общий путь катаболизма - окислительное декарбоксилирование α-кетокислот. Механизм и регуляция окислительного декарбоксилирования пировиноградной кислоты. Роль витаминов.

Декарбоксилирование a-кетокислот осуществляется под влиянием декарбоксилаз, коферментом которых является тиаминпирофосфат.

ОДПВК – ферментативный процесс превращения ПВК в ацетил-КоА.

Общая характеристика:

1. Протекает в митохондриях

2. Под действием мультиферментного комплекса, связанного с внутренней мембраной

3. С участием трех ферментов

Е1 – пируватдекарбоксилаза

Е2 – дигидролипоилацетилтрансфераза (ацетилтрансфераза дигидролипоевой кислоты)

Е3 – дигидролипоилдгидрогеназа

4. Участвуют 5 коферментов (следовательно, 5 витаминов)

   Кофермент	Витамин
   ЛК (липоевая кислота)	ЛК (липоевая кислота)
   ТДФ (тиаминдифосфат)	В1 (тиамин)
   ФАД	В2 (рибофлавин)
   НАД^+	РР (никотиновая кислота)
   HS-KoA (кофермент А)	Пантотеновая кислота

5. Особенность: 3 фермента очень прочно связаны с коферментами и представляют собой сложные белки

Е1 связан с ТДФ, Е2 – с ЛК, Е3 – с ФАД

Комплекс трех ферментов = ПДК (пируватдегидрогеназный комплекс).

Все 3 фермента функционируют вместе, а ЛК-Е2 может перемещаться к АЦ Е1 и Е3, поэтому промежуточные продукты не поступают в матрикс.

Схема ПДК:

ОДПВК – циклический процесс. Проходит следующие этапы:

1. С участием двух субстратов (ПВК и ЛК-Е2)

Под действием Е1 с участие ТДФ от ПВК отщепляется СО₂, а ацетильный остаток (СН₃СО-) переносится на ЛК-Е2.

Образуется ацетиллипоат-Е2

2. Катализируется Е2

Протекает с участием кофермента А (т.е. Е2 будет превращать свой собственный кофермент).

Под действием Е2 ацетильный остаток от ЛП переносится на КоА.

Образуется дигидролипоат-Е2 и ацетил-КоА.

3. Под действием Е3 происходит окисление дигидролипоевой кислоты с участием ФАД (промежуточный переносчик Н) и НАД⁺.

Врезультате ПДК приходит в исходное состояние.

2.ЦТК

Регулируемым ферментом ПВК-дегидрогеназного комплекса является первый фермент –пируватдегидрогеназа (Е1). Два вспомогательных фермента – киназаи фосфатаза обеспечивают регуляцию активности пируватдегидрогеназы путем ее фосфорилированияи дефосфорилирования.

Вспомогательный фермент киназаактивируется при избытке конечного продукта биологического окисленияАТФи продуктов ПВК-дегидрогеназного комплекса – НАДНи ацетил-S-КоА. Активная киназа фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее, в результате первая реакция процесса останавливается.

Фермент фосфатаза, активируясь ионами кальцияили инсулином, отщепляет фосфат и активирует пируватдегидрогеназу.

Вопрос № 42

НАД-зависимые дегидрогеназы и их субстраты. Строение окисленной и восстановленной форм НАД. Путь электронов в дыхательной цепи от субстратов, окисляемых НАД-зависимыми дегидрогеназами. Коэффициент Р/О.

Дегидрогеназы окисляют субстрат путем отнятия водорода. Со-ферментная часть дегидрогеназ представлена пиридиновыми нуклеотидами (НАД). Пиридиновые дегидрогеназы являются анаэробными ферментами, они не способны к последующей передаче восстановительного эквивалента на кислород. К НАД-зависимым дегидрогеназам относят лактатдегидрогеназу, малатдегидрогеназу, изоцитратдегидрогеназу, к НАДФ-зависимым глюкозо-6-фосфатдегидрогеназу, 6-фосфоглюконатдегидрогеназу.

НАД-зависимые субстраты тканевого дыхания – субстраты цикла Кребса изоцитрат, α-кетоглутарат и малат. Это также пируват, гидроксибутират и β–гидрокси-ацил~КоА, глутамат и некоторые другие аминокислоты. Водород от НАД-зависимых субстратов c помощью НАД-зависимых дегидрогеназ передаётся на I-й комплекс дыхательной цепи.

Механизм переноса электронов и образования воды

Электроны могут поступать в ЦПЭ от НАДН+Н⁺ и ФАД∙Н₂.

От НАДН+Н⁺ - в начало цепи.

НАДН+Н⁺ отделяется от фермента и поступает к внутренне мембране митохондрий.

Отделяется 2Н (в виде 2е^- и 2Н⁺) и пуступает к первому участку дыхательной цепи – к НАДН-ДГ (сначала на ФМН, потом на FeS).

От I ФК е^- и Н⁺ передаются на Q10. Он становится QH₂.

От QH₂ по системе цитохромов передаются только электроны, а протоны поступают матрикс и идут на восстановление воды.

На этом тканевое дыхание заканчивается.

Р

НАДН-ДГ

ФМН

FeS

оль передачи электронов в синтезе АТФ

В начало цепи поступают электронов, богатые энергией.

В процессе переноса из-за разности ОВ-потенциала они теряют эту энергию на каждом участке (около 200 кДж). Этого хватило бы на синтез 4 молекул АТФ, но синтезируется всего 3. Остальная энергия рассеивается для поддержания температуры тела.

Больше всего свободной энергии выделяется в трех участках. Они называются участками сопряженного синтеза АТФ (I, III, IV ФК).

Свободная энергия Гиббса, которая выделяется при переносе электронов в трех участках. Направлена на выталкивание протонов из матрикса в межмембранное пространство.

В результате наружная сторона внутренне мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно.

Создается трансмембранный электрохимический протонный градиент. Он необходим для последующего синтеза АТФ.

Протоны по своему градиенту стремятся вернуться назад в матрикс. Но внутренняя мембрана для них не проницаема, и они возвращаются в матрикс через специфический F1-комплекс (АТФ-синтаза, V ФК).

F1-комплекс состоит из двух частей:

• F0 – канал в мембране (из 6 субъединиц)

• F1 = фермент АТФ-синтаза – синтез АТФ при прохождении протонов (6 субъединиц).

Каждая пара протонов, проходящая через F1-комплекс, активирует АТФ-синтазу, которая синтезирует 1 молекулу АТФ.

Таким образом, если е^- и Н⁺ поступают в начало цепи (от НАДН+Н⁺), то в процессе сопряженного синтеза образуется 3 АТФ.

Следовательно, за счет 4 реакций ЦТК синтезируется 11 АТФ (3х3+1х2).

Коэффициент фосфорилирования (р/о) - количество АТФ, которое образуется при переносе электронов к одному атому кислорода. Он может быть равен 3, 2, 1.