Подготовительная стадия

На этой стадии происходит окислительное декарбоксилирование пирувата с включением его ацетильной группы в состав ацетил-СоА:

Реакцию осуществляет сложный пируватдегидрогеназный комплекс,
в состав которого входят три фермента – пируватдегидрогеназа, дигидролипоил-ацетилтрансфераза и дигидролипоил-дегидрогеназа. В работе комплекса также участвуют 5 коферментов – тиаминпирофосфат (ТРР – кофермент пируватдегидрогеназы), флавинадениндинуклеотид (FAD – кофермент дигидролипоил-дегидрогеназы), коэнзимА (СоА), NAD⁺ и липоевая кислота – кофермент дигидролипоил-ацетилтрансферазы.

Механизм работы данного ферментативного комплекса можно представить следующим образом (рис. 9.8):

Рис. 9.8. Общая схема функционирования пируват-дегидрогеназного комплекса

Вначале под действием тиаминпирофосфата (кофермента пируватдегидрогеназы) происходит декарбоксилирование пирувата с одновременным присоединением оставшегося двухуглеродного фрагмента к ТРР.

Рис. 9.9. Тиаминпирофосфат – производное тиамина (витамина В₁).
Присоединение двухуглеродного фрагмента к ТРР происходит путем замещения водорода в функционально активной группировке (выделена)

Далее пируватдегидрогеназа переносит данный фрагмент на дигидролипоил-ацетилтрансферазу, а именно, на связанную с этим ферментом липоевую кислоту (в окисленном состоянии), которая при этом переходит в восстановленную форму. Одновременно происходит окисление двухуглеродного фрагмента с образованием ацетильной группы.

Рис. 9.10. Структура липоевой кислоты (дисульфидная форма)

Дигидролипоил-ацетилтрансфераза, в свою очередь, передает данную группу на коэнзим А с образованием ацетил-коэнзима А. После этого третий фермент данного комплекса – дигидролипоил-дегидрогеназа – вновь переводит липоевую кислоту в окисленную форму. В этом процессе участвует кофермент FAD в окисленном состоянии, который переходит в ходе реакции в свою восстановленную форму FADH₂. Регенерация исходной формы FAD происходит за счет его окисления в присутствии свободного NAD⁺, последний при этом восстанавливается до NADH.

Цикл Кребса

В отличие от описанных ранее метаболических путей, обеспечивающих катаболизм и взаимопревращения моносахаридов, данная ферментная система работает в циклическом режиме, то есть превращение соединений в этой метаболической цепи является замкнутым.

Цикл начинается с того, что ацетил-СоА отдает свою ацетильную группу четырехуглеродному соединению щавелевоуксусной кислоте (оксалоацетату) с образованием шестиуглеродной лимонной кислоты (цитрата). Цитрат через ряд промежуточных продуктов превращается снова в оксалоацетат – цикл замыкается.

Последовательность превращений веществ в цикле Кребса показана на рис. 9.11.

Итог цикла Кребса

1. Образование СО₂:
за один оборот цикла Кребса дважды происходят процессы декарбоксилирования: в реакции изоцитрат®a-кетоглутарат (6-ти углеродное соединение утрачивает один атом углерода в виде двуокиси углерода и становится 5-ти углеродным) и в реакции a-кетоглутарат® сукцинил-СоА (5-ти углеродное соединение превращается в 4-х углеродное). Таким образом, за один цикл образуются 2 молекулы СО₂.

2. Запасание энергии:

а) 1 молекула NADH образуется в реакции изоцитрат®a-кетоглутарат;

б) 1 молекула NADH образуется в реакции a-кетоглутарат® сукцинил-СоА;

в) 1 молекула NADH образуется в реакции L-малат® оксалоацетат;

г) 1 молекула FADH₂ образуется в реакции сукцинат® фумарат;

д) 1 молекула GTP образуется в реакции сукцинил-СоА® сукцинат, затем она отдает свою фосфатную группу на образование молекулы АТР.

Суммарная реакция цикла Кребса:

Ацетил-СоА + 3NAD⁺ + FAD + GDP + P_i + 2О₂ ®
® HS-СоА + 3NADH + 3H⁺ + FADН₂ + GТР + 2CO₂ + Н₂О

с учетом образования АТР в дыхательной цепи (3АТР – на 1NADH, 2АТР – на 1FADH₂):

Ацетил-СоА + 12АDP + 12P_i + 2О₂ ® HS-СоА + 12АТР + 2CO₂ + 13Н₂О.

Если произвести расчет не на молекулу ацетил-СоА, а на молекулу глюкозы, то соответственно энергетический выход увеличивается в 2 раза:

2Ацетил-СоА + 24АDP + 24P_i + 4О₂® 2HS-СоА + 24АТР + 4CO₂ + 26Н₂О.

Рис. 9.11. Схема цикла Кребса

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: