- •Введение
- •Катаболизм (распад) основных пищевых веществ - углеводов, жиров, белков (аминокислот).
- •Связь окислительного декарбоксилирования пирувата с процессом окислительного фосфорилирования
- •Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса
- •Цикл лимонной кислоты
- •Реакции цикла трикарбоновых кислот
- •Зависимость цикла трикарбоновых кислот от недостатка кислорода
- •Регуляция общего пути катаболизма
- •Механизмы регуляции цитратного цикла
- •Анаболические функции цикла лимонной кислоты
- •Связь между общим путем катаболизма и цепью переноса электронов и протонов.
- •Макроэргические соединения
- •Дегидрирование субстратов и окисление водорода (образование воды) как источник энергии для синтеза атф
- •Митохондриальная цепь переноса электронов
- •Компоненты дыхательной цепи
- •Переносчики электронов
- •Система цитохромов дыхательной цепи, убихинол-дегидрогеназа (цитохром с редуктаза). Цитохром с оксидаза.
- •Структурная организация дыхательной цепи
- •Трансмембранный электрохимический потенциал как промежуточная форма энергии при окислительном фосфорилировании
- •Структурная организация цепи переноса электронов
- •Регуляция цепи переноса электронов (дыхательный контроль).
Связь окислительного декарбоксилирования пирувата с процессом окислительного фосфорилирования
При превращении пирувата в ацетил-КоА происходит образование НАДН, транспортирующего электроны в дыхательную цепь. Из пары высокоэнергетических электронов в процессе окислительного фосфорилирования может синтезироваться до 3 молекул АТФ. Усиление распада АТФ в клетке ведет к повышению концентрации АДФ и ускорению окисления НАДН в дыхательной цепи. Повышение концентрации НАДГ/, в свою очередь, стимулирует окислительное декарбоксили-рование пирувата. Напротив, повышение концентрации АТФ и НАДН снижает скорость этого процесса.
Таким образом, изменения отношений АДФ/АТФ и НАДН/НАД+ - важнейшие внутриклеточные регуляторные сигналы, отражающие энергетические потребности клетки и регулирующие скорость окислительного декарбоксилирования пирувата. Каталитическая активность пируватдегидрогеназного комплекса снижается, когда в клетках имеется достаточно "топлива" в виде жирных кислот и аце-тил~КоА.
Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса
Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) имеет важное значение для обеспечения цикла трикарбоновых кислот "топливными" молекулами ацетил-КоА. Точная регуляция этого комплекса имеет важное значение в связи с невозможностью обратного преобразования ацетил-КоА в пируват, т.к. ферменты, необходимые для этого в организме человека отсутствуют.
Активность ПДК регулируется различными способами: доступностью субстратов, ингибированием продуктами реакции, аллостерическим путём, путём ковалент-ной модификации.
Табл.
1 Регуляция
активности пируватдегидрогеназного
комплекса (ПДК)
Активность пируватдегидрогеназного комплекса увеличивается при повышении концентрации АДФ, внутриклеточного кальция, под влиянием гормонов: инсулина и адреналина.
При повышении концентрации АДФ ПДК находится в нефосфорилированной активной форме. Этот эффект усиливается при повышении концентрации внутриклеточного кальция, который активирует фосфатазу ПДК. Такой механизм активации ПДК особенно важен в мышцах и жировой ткани. Активация ПДК происходит также под влиянием инсулина. Один из эффектов инсулина - повышение концентрации внутримитохондриального кальция, это приводит к активированию ПДК. В клетках миокарда ПДК активируется адреналином.
Цикл лимонной кислоты
Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса) — заключительный этап катаболизма, локализованный в матриксе митохондрий. В нем 4-х углеродное соединение оксалоацетат конденсируется с 2-х углеродным ацетильным компонентом, которое вносит в процесс молекула ацетил-КоА, с образованием 6-ти углеродной трикарбоновой кислоты (цитрата). Далее изомер цитрата подвергается окислительному декарбоксилированию. Образующееся при этом 5-ти углеродное соединение а-оксоглутарат (а-кетоглутарат) при окислительном де-карбоксилировании превращается в 4-х углеродное соединение сукцинат. Дальнейшие превращения сукцината приводят к регенерированию оксалоацетата. По-
этому одна молекула оксалоацетата может многократно использоваться для окисления ацетильных остатков. Два атома углерода включаются в цикл в виде ацетильного компонента и два атома углерода покидают цикл в виде двух молекул СО2.
Таким образом, двухуглеродный фрагмент молекулы ацетил-КоА подвергается полному окислению. Электроны, ранее принадлежащие молекуле ацетил~КоА, покидают цикл в связанной форме: в виде трех молекул НАДН и одной ФАДН2. Затем они переносятся в процесс окислительного фосфорилирования, где энергия каждой пары электронов переносимых НАДН, преобразуется в энергию макроэр-гических связей до трех молекул АТФ. А энергия пары электронов переносимых ФАДН2, ведет к образованию до двух молекул АТФ. Всего в процессе окислительного фосфорилирования при окислении этих переносчиков электронов образуется до 11 молекул АТФ. Одна макроэргическая связь генерируется в самом цикле в форме молекулы ГТФ или АТФ. Итого теоретически до 12 молекул АТФ может быть генеририровано при окислении двухуглеродного фрагмента ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот сопряженном с процессом окислительного фосфорилирования.