последовательность ферментативных реакций, приводящих к превращению глю-
козы в пируват с одновременным образованием АТФ.
При аэробных условиях пируват проникает в митохондрии, где полностью
окисляется до СО2 и воды и при этом первоначально происходит окислительное
декарбоксилирование пирувата с образованием ацетил-КоА.
Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Окисление пирувата до ацетил-КоА происходит при участии ряда ферментов и
коферментов, объединенных структурно в систему- «пируватдегидрогеназный
комплекс».
На I стадии этого процесса пируват теряет свою карбоксильную группу в
результате взаимодействия с тиаминпирофосфатом (ТПФ) в составе активного
центра фермента пируватдегидрогеназы (E1). На II стадии оксиэтильная группа
комплекса E1–ТПФ–СНОН–СН3 окисляется с образованием ацетильной группы,
которая одновременно переносится на амид липоевой кислоты (кофермент),
связанной с ферментом дигидроли- поилацетилтрансферазой (Е2). Этот фермент
катализирует III стадию–пе- ренос ацетильной группы на коэнзим КоА (HS-KoA) с
образованием конечного продукта ацетил-КоА, который является
высокоэнергетическим (макроэргическим) соединением.
На IV стадии регенерируется окисленная форма липоамида из восстановленного
комплекса дигидролипоамид–Е2. При участии фермента
дигидролипоилдегидрогеназы (Е3) осуществляется перенос атомов водо- рода от
восстановленных сульфгидрильных групп дигидролипоамида на ФАД, который
выполняет роль простетической группы данного фермента и прочно с ним связан.
На V стадии восстановленный ФАДН2 дигидролипоилдегидрогеназы __________передает
водород на кофермент НАД с образованием НАДН + Н+.
Процесс окислительного декарбоксилирования пирувата происходит в матриксе
митохондрий. В нем принимают участие (в составе сложного мультиферментного
комплекса) 3 фермента (пируватдегидрогеназа, ди- гидролипоилацетилтрансфераза,
дигидролипоилдегидрогеназа) и 5 кофер- ментов (ТПФ, амид липоевой кислоты,
коэнзим А, ФАД и НАД), из которых три относительно прочно связаны с
ферментами (ТПФ-E1, ли- поамид-Е2 и ФАД-Е3), а два – легко диссоциируют (HSKoA
и НАД).
Суммарную реакция: Пируват + НАД+ + HS-KoA–>Ацетил-КоА + НАДН + Н+ +
СO2.
Образовавшийся в процессе окислительного декарбоксилирования ацетил-КоА
подвергается дальнейшему окислению с образованием СО2 и Н2О. Полное
окисление ацетил-КоА происходит в цикле трикарбоновых кислот (цикл Кребса).
Этот процесс, так же как окислительное декарбо- ксилирование пирувата,
происходит в митохондриях клеток.
Цикл трикарбоновых кислот впервые был открыт английским биохимиком Г.
Кребсом.. Образовавшийся в результате окислительного декарбоксилирования
пирувата в митохондриях ацетил-КоА вступает в цикл Кребса. Данный цикл
происходит в матриксе митохондрий и состоит из восьми последовательных
реакций . Начинается цикл с присоединения ацетил-КоА к оксалоацетату и
образования лимонной кислоты (цитрата). Затем лимонная кислота
(шестиуглеродное соединение) путем ряда дегидрирований (отнятие водорода) и
двух декарбоксилирований (отщепление СО2) теряет два углеродных атома и снова
в цикле Кребса превращается в оксалоацетат (четырехуглеродное соединение), т.е.
в результате полного оборота цикла одна молекула ацетил-КоА сгорает до СО2 и
Н2О, а молекула окса-лоацетата регенерируется. Рассмотрим все восемь
последовательных реакций (этапов) цикла Кребса.
.Первая реакция катализируется ферментом цит-рат-синтазой, при этом ацетильная
группа ацетил-КоА конденсируется с оксалоацетатом, в результате чего образуется
лимонная кислота
В результате второй реакции образовавшаяся лимонная кислота подвергается
дегидратированию с образованием цис-аконитовой кислоты, которая, присоединяя
молекулу воды, переходит в изолимонную кислоту (изоцитрат). Катализирует эти
обратимые реакции гидратации–дегидратации фермент аконитатгидратаза
(аконитаза). В результате происходит взаимоперемещение Н и ОН в молекуле
цитрата
Третья реакция. Изолимонная кислота дегидрируется в присутствии НАД-
зависимой изо-цитратдегидрогеназы. В ходе изоцитратдегидрогеназной реакции
изолимонная кислота одновременно декарбоксилируется.
Во время четвертой реакции происходит окислительное декарбокси-лирование α-
кетоглутаровой кислоты с образованием высокоэнергетического соединения
сукцинил-КоА. в реакции принимают участие 5 коферментов: ТПФ, амид липоевой
кислоты, HS-KoA, ФАД и НАД+.
Пятая реакция катализируется ферментом сукцинил-КоА-синтета-зой. В ходе этой
реакции сукцинил-КоА при участии ГТФ и неорганического фосфата превращается
в янтарную кислоту (сукцинат). Одновременно происходит образование
высокоэргической фосфатной связи ГТФ за счет высокоэргической тиоэфирной
связи сукцинил-КоА
В результате шестой реакции сукцинат дегидрируется в фумаровую кислоту.
Окисление сукцината катализируется сукцинатдегидрогеназой, в молекуле которой
с белком прочно (ковалентно) связан кофермент ФАД.
Седьмая реакция осуществляется под влиянием фермента фума-ратгидратазы
(фумаразы). Образовавшаяся при этом фумаровая кислота гидратируется,
продуктом реакции является яблочная кислота (малат).
Наконец, в ходе восьмой реакции цикла трикарбоновых кислот под влиянием
митохондриальной НАД-зависимой малатдегидрогеназы происходит окисление L-
малата в оксалоацетат
Как видно, за один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций,
происходит полное окисление («сгорание») одной молекулы ацетил-КоА. Для
непрерывной работы цикла необходимо постоянное поступление в систему ацетил-
КоА, а коферменты (НАД+ и ФАД), перешедшие в восстановленное состояние,
должны снова и снова окисляться. Это окисление осуществляется в системе
переносчиков электронов в дыхательной цепи (в цепи дыхательных ферментов),
локализованной в мембране митохондрий.
