Окислительное декарбоксилирование ПВК

РЕАКЦИИ ОБЩЕГО ПУТИ КАТАБОЛИЗМА

ГЕНЕРАЦИЯ СВОБОДНЫХ РАДИКАЛОВ В КЛЕТКЕ

Активные формы кислорода (АФК) – соединения, в которых кислород имеет неспаренный электрон.

АФК образуются при изменении условий функционирования дыхательной цепи (например, при гипоксии), под действием УФ-лучей, при взаимодействии кислорода с ионами металлов переменной валентности (железом), в ходе спонтанного окисления некоторых веществ, при участии ферментов ксантиноксидазы или НАДФН-оксидазы. В этих условиях образуется супероксид-анион кислорода О₂^.−, затем пероксид водорода Н₂О₂ и гидроксид-радикал НО^.. Активные формы кислорода они вызывают перекисное окисление липидов - процесс, ведущий к тяжелому повреждению мембран, повреждают белки и ДНК.

Инактивация активных форм кислорода в клетках происходит под действием антиоксидантной системы. В нее входят несколько антиоксидантных ферментов и низкомолекулярные антиоксиданты (витамин С, глутатион, витамин Е и др.).

Супероксиддисмутаза (СОД) превращает супероксид-анион кислорода в пероксид водорода Н₂О₂:

2 O₂^-. + 2Н⁺ ® H₂O₂ + O₂.

Каталаза - геминовый фермент, содержащий Fe³⁺, катализирует реакцию разложения пероксида водорода. При этом образуются вода и кислород:

2 H₂O₂ ® O₂ + 2H₂О.

Наибольшая активность каталазы в организме характерна для печени. Каталазы много в эритроцитах. Там она защищает гем гемоглобина от окисления.

Пероксидаза - геминовый фермент, восстанавливает пероксид водорода до воды; при этом идет окисление другого вещества:

2 H₂O₂ ® 2H₂О + RO₂.

Пероксидаза способна разлагать и другие перекиси, превращая их в спирты. Пероксидазная активность обнаруживается в печени, почках, нейтрофильных лейкоцитах.

Антиоксиданты - биологически активные вещества, взаимодействующие со свободными радикалами и препятствующие процессам свободнорадикального окисления органических веществ в организме.

Витамины, проявляющие антиоксидантные свойства – С, Е, А, Р. Антиоксидантные свойства проявляют трипептид глутатион, таурин ( 2-аминоэтансульфоновая кислота), дипептид карнозин.

Полное подавление перекисных процессов в тканях, по-видимому, нецелесообразно. Свободные радикалы индуцируют апоптоз, участвуют в формировании клеточного иммунитета, стимулируют работу фосфолипаз, участвуя тем самым в синтезе эйкозаноидов.

Однако усиленная генерация свободных радикалов сопровождает патологические состояния (болезнь Паркинсона, Альцгеймера) и сам процесс биологического старения.

Это многостадийный процесс, который катализирует пируватдегидрогеназный комплекс - митохондриальный мультиферментный комплекс, соединенный с внутренней мембраной со стороны матрикса. ПВК поступает к комплексу из матрикса и туда же освобождаются ацетил-КоА и НАДН.

Пируватдегидрогеназный комплекс включает три фермента (пируватдекарбоксилаза (Е1), ацетилтрансфераза (Е2), дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты (Е3)) и пять коферментов (НАД, ФАД, тиаминпирофосфат, липоевая кислота, кофермент А). Тиаминпирофосфат связан с пируватдекарбоксилазой (Е1), липоевая кислота - с ацетилтрансферазой (Е2), ФАД - с дегидрогеназой дигидролипоевой кислоты (Е3). Кофермент А и НАД находятся в свободно растворенном состоянии.

В состав пируватдегидрогеназного комплекса входит примерно по три десятка молекул Е1 и Е2 и 10 молекул Е3. Комплекс работает как конвейер: промежуточные продукты не освобождаются в раствор, а передаются от фермента к ферменту.

По механизму «обратной связи» работу пируватдегидрогеназного комплекса ингибируют конечные продукты окислительного декарбоксилирования - ацетил-KоА, НАДН + Н⁺, а также АТФ. Увеличивает активность комплекса пировиноградная кислота.

Также имеется регуляция со стороны гормонов: инсулин увеличивает активность комплекса, глюкагон - снижает.

Первую реакцию катализирует Е1, субстратами являются ПВК и дегидролипоевая кислота, являющаяся простетической группой Е2. От ПВК отщепляется карбоксильная группа и образуется СО₂, а ацетильный остаток соединяется с атомом серы липоевой кислоты в составе ацетилтрансферазы. Получается ацетиллипоат-Е2.

Во второй реакции ацетилтрансфераза (Е2) катализирует перенос ацетильного остатка, соединенного с его собственной простетической группой, на коэнзим А. Продукты этой реакции - дигидролипоевая кислота в составе Е2 и ацетил-КоА.

В третьей реакции происходит дегидрирование дигидролипоевой кислоты в составе ацетилтрансферазы при воздействии фермента Е3 (дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты), содержащего ФАД. ФАД передает водород на НАД. Образуются НАДН, Н⁺ и дегидролипоевая кислота в составе Е2. Последний фермент снова вступает в окислительное декарбоксилирование ПВК.

Суммарное уравнение процесса:

СH₃ - CО - COOH + HS - KoA + НАД⁺ ® СH₃ – CО - S - KoA + НАДН + Н⁺ + СО₂.

Ацетил-КоА (продукт второй реакции) затем окисляется в цикле Кребса. Водород с НАДН (продукт третьей реакции) поступает в дыхательную цепь, где образуется АТФ. Энергетический выход окислительного декарбоксидлирования пирувата – 3 АТФ.

Дата добавления: 2014-01-05