3 Указанных киназ при высокой концентрации атф в клетке,т.Е. В ус-

ловиях хорошей обеспеченности клетки энергией. При недостатке

энергии в клетке активация расщепления глюкозы достигается,во пер-

вых, за счет снятия аллостерического ингибирования киназ высокими

концентрациями АТФ и аллостерической активации фосфофруктокиназы

АМФ и, во-вторых, за счет аллостерической активации пируваткиназы

предшественниками: Гл-6-Ф, Фр-1,6-бф и ФГА.

Каков смысл ингибирования цитратом фосфофруктокиназы и цит-

ратом и сукцинил-КоА - пируваткиназы? Дело в том, что из одной

молекулы глюкозы образуется две молекулы ацетил-КоА, который за-

тем окисляется в цикле Кребса. Если в клетке накапливаются цитрат

и сукцинил-КоА, значит цикл Кребса не справляется с окислением

уже наработанного ацетил-КоА и есть смысл притормозить его допол-

нительное образование, что и достигается ингибированием фосфоф-

руктокиназы и пируваткиназы.

Наконец, угнетение окисления глюкозы на уровне пируваткиназы

при повышении концентрации жирных кислот направлено на сбережение

глюкозы в клетке в условиях, когда клетка обеспечена другим, бо-

лее эффективным видом энергетического топлива.

2.1.1.2. Окислительное декарбоксилирование пирувата

В аэробных условиях пировиноградная кислота подвергается

окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Это

превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным

комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав пиру-

ватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента: пи-

руватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидроге-

наза дигидролипоевой кислоты, их количественные соотношения в

составе комплекса зависят от источника выделения, как правило это

соотношение приближается к 30:1:10.

Первый фермент этого комплекса - пируватдекарбоксилаза ( Е1)

катализирует реакцию: Н

СН3-СО-СООН + ТДФ-Е1 ————> СО2 + СН3- С-ТДФ-Е1

ОН

с образованием углекислого газа и активированного ацетальдегида,

связанного с тиаминдифосфатом - простетической группой фермента.

Второй фермент - дигидролипоатацетильрансфераза ( Е2 ) ка-

тализирует два последовательных превращения:

а) на первом этапе идет перенос активированного остатка аце-

тальдегида на простетическую группу фермента - липоевую кислоту,

причем этот перенос сопровождается одновременным окислением аль-

дегидной группы до карбоксильной группы:

Н S\ HS\

СН3-С -ТДФ-Е1 + і ЛК-Е2 ————> ЛK-Е2 + ТДФ-Е1

ОН S/ CH3- C- S/

O

б) на втором этапе остаток ацетила переносится с липоевой

кислоты, жестко связанной с ферментом, на свободный HS-КоА:

HS\ HS\

ЛК-Е2 + HS-KoA ————> ЛК-Е2 + СН3- С-S-КоА

СН3-C- S/ HS/ О

О

Образуются ацетил-КоА и фермент Е2 с восстановленной формой ко-

фермента.

Третий фермент - дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты ка-

тализирует превращение восстановленной формы липоевой кислоты

предыдущего фермента в окисленную форму:

HS\ S\

ЛК-Е2 + НАД+ ———————> і ЛК-Е2 + НАДН+Н+

HS/ Е3 S/

В состав фермента входит в качестве простетической группы ФАД и

фактически атомы водорода с восстановленной формы липоевой кисло-

ты вначале переносятся на ФАД, а затем уже переносятся на НАД+ с

образованием его восстановленной формы.

Следует напомнить, что при окислении глюкозы образуется 2

молекулы пирувата, что следует учесть при написании суммарного

уравнения окислительного декарбоксилирования пирувата:

Ъ——————————————————————————————————————————————————————————————ї

і 2Пируват +2НАД+ +2HS-КоА --->2Ацетил-КоА +2НАДН+Н+ +2СО2 і

і______________________________________________________________і

і В ходе окисления 2 моль пирувата высвобождается около 120і

і ккал энергии, из них около 100 ккал накапливается ввиде энер-і

і гии восстановленного НАД. Остальная энергия рассеивается ві

і виде теплоты. і

А——————————————————————————————————————————————————————————————Щ

Превращение пирувата в ацетил-КоА в ходе функционирования

пируватдегидрогеназного комплекса необратимо, посколько сопровож-

дается потерей 11,5 ккал/моль энергии в расчете на 1 моль окис-

ленного пирувата. Таким образом, мы имеем дело еще с одним пунк-

том термодинамического контроля в общей метаболической системе

аэробного окисления глюкозы.

Контроль интенсивности потока метаболитов по пируватдегид-

рогеназному комплексу осуществляется за счет работы двух механиз-

мов: ковалентной модификации и аллостерической модуляции. Ковале-

нтная модификация реализуется в виде фосфорилирования и дефосфо-

рилирования комплекса:

Н3РО  П<—ї Н2О

А—————————————————Щ

Ъ—————— П———————————————————————————————ї

і Фосфатаза і

Активный <—Щ Неактивный

комплекс Ъ—> комплекс

і Киназа і

А——————————————————————————————————————Щ

 ПЪ——————————————ї

і  Пі

АТФ А—> АДФ

Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях

АТФ/АДФ, НАДН/НАД+ и ацетил-КоА/КоА. Иначе говоря, активность

комплекса снижается, если клетка хорошо обеспечена энергией ( мно-

го АТФ и НАДН ) или же цикл Кребса не справляется с окислением

имеющегося ацетил-КоА. А дефосфорилирование стимулируется по ал-

лостерическому механизму пируватом, т .е. накопление пирувата в

клетке ускоряет его утилизацию - уже известный нам механизм сти-

муляции предшественником.

Образовавшийся ацетил-КоА, как уже неоднократно упоминалось.

поступает в цикл трикарбоных кислот, работа которого сопряжена с

функционированием цепи дыхательных ферментов. При функционирова-

нии этих двух метаболических путей остаток ацетила окисляется до

углекислого газа и воды.

В качестве напоминания можно привести суммарную реакцию окис-

ления ацетила ( из ацетил-КоА ) в цикле Кребса:

Ацетил-КоА + НАД+ + ФАД + ГДФ + Ф + 2Н2О —————>

——————> 2 СО2 + КоА + ГТФ + 3 НАДН+Н+ + ФАДН2

Далее уже можно написать суммарное уравнение для всех трех

этапов окисления молекулы глюкозы:

Ъ——————————————————————————————————————————————————————————————ї

і Глюкоза + 2 АДФ + 2 ГДФ + 4Ф + 10 НАД+ + 2 ФАД + 2 Н2О ———> і

і ————> 6 СО2 + 2 АТФ + 2 ГТФ + 10 НАДН+Н+ + 2 ФАДН2 і

А——————————————————————————————————————————————————————————————Щ

Из уравнения следует, что аэробное окисление одной молекулы

глюкозы сопровождается образованием 6 молекул углекислого газа, 4

макроэргов ( 2АТФ и 2 ГТФ ), а также 12 восстановленных кофермен-

тов ( 10 НАДН и 2 ФАДН2)

Полный расчет энергетической эффективности аэробного окисле-

ния глюкозы можно произвести, руководствуясь следующей далее схе-

мой:

2АДФ 4АТФ 2НАДН+Н+ 2НАДН+Н+

2АТФ ^ 4АДФ+2Ф ^ 2НАД+ ^ 2НАД+ ^

А——Щ А—————Щ А—————Щ А—————Щ

Глюкоза ——————> 2 ФГА ————————————————————>2 Пируват ——В———————>

і

А—> 2 СО2

2ГТФ 6НАДН+Н+ 2ФАДН2

2ГТФ+2Ф ^ 6НАД+ ^ 2ФАД ^

А—————Щ А—————Щ А————Щ

———>2 Ацетил-КоА ————————————————————————————————————————> 4 СО2

На схеме видно следующее:

а) на первом этапе при фосфорилировании гексоз рас-

ходуется 2 АТФ ;

б) за счет субстратного окислительного фосфорилирова-

ния клетка получает 6 макроэргических эквивалентов ( 4АТФ + 2ГТФ)

в) за счет окислительного фосфорилирования в цепи ды-

хательных ферментов, куда будут поступать атомы водорода с восс-

тановленных коферментов, клетка получит 34 молекулы АТФ ( З0 мо-

лекул АТФ за счет окисления 10 НАДН и еще 4 молекулы АТФ за счет

окисления 2 молекул ФАДН2 ).

Ъ———————————————————————————————————————————————————————————————ї

і Таким образом, при окислении 1 молекулы глюкозы до угле- і

і кислого газа и воды клетка получит 38 молекул АТФ ( 40 синте- і

і зируется и 2 расходуется ). і

А———————————————————————————————————————————————————————————————Щ

Оценка энергетической эффективности процесса в плане акку-

муляции энергии окисления может быть проведена исходя из того,

что свободная энергии гидролиза моля макроэргических связей АТФ в

стандартных условиях составляет -7,3 ккал. В таком случае окисле-

ние 1 моля глюкозы сопровождается аккумуляцией в АТФ и ГТФ