Тема 5.8. Ингибиторы дыхания

Некоторые лекарственные вещества, химические реагенты и антибиотики вызывают ингибирование ферментов, либо собственно дыхательной цепи, либо окислительного фосфорилирования.

1. Ингибиторы, блокирующие дыхательную цепь: барбитураты, ротенон - ингибиторы NADH-дегидрогеназы; антимицин А - ингибитор QH2-дегидрогеназы; СО, H₂S, цианид - ингибируют цитохромоксидазу.

2. Антибиотик олигомицин не влияет непосредственно на перенос электронов, но ингибирует процесс фосфорилирования на уровне АТФ-синтазы.

Рис. 5.11. Влияние АДФ на поглощение кислорода митохондриями:

Модульная единица 2 ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП КАТАБОЛИЗМА ПИЩЕВЫХ ВЕЩЕСТВ. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ И ОБЩИЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА (ОПК)

Тема 5.9. Заключительный этап катаболизма пищевых веществ. Специфические и общий пути

КАТАБОЛИЗМА (ОПК)

1. Начальные этапы катаболизма (специфические пути катаболизма) основных пищевых веществ (белков, жиров и углеводов) происходят при участии ферментов специфических для каждого класса веществ и завершаются образованием двух метаболитов - пировиноградной кислоты (С₃) и уксусной кислоты (С₂) в форме ацетил-КоА (рис. 5.12).

2. После образования пировиноградной кислоты дальнейший путь распада веществ до конечных продуктов СО₂ и Н₂О происходит через одну и ту же совокупность реакций независимо от того, из каких исходных субстратов образовался пируват [общий путь катаболизма (ОПК)].

Общий путь катаболизма включает:

•  реакцию окислительного декарбоксилирования пирувата;

•  цитратный цикл (цикл Кребса или цикл трикарбоновых кислот, ЦТК).

3. В общем пути катаболизма образуются первичные доноры водорода для ЦПЭ, которые окисляются NAD⁺-зависимыми и FAD-зависимой дегидрогеназами, передающими водород в ЦПЭ (рис. 5.13).

Реакции общего пути катаболизма происходят в матриксе митохондрий и восстановленные коферменты передают водород непосредственно на компоненты ЦПЭ, расположенные во внутренней мембране митохондрий.

Рис. 5.12. Специфические и общий пути катаболизма:

1-5 - специфические пути катаболизма; 6 - первый этап общего пути катаболизма; 7 - второй этап общего пути катаболизма (цитратный цикл и ЦПЭ)

Рис. 5.13. Связь реакций общего пути катаболизма с ЦПЭ:

1-5 - первичные доноры водорода для ЦПЭ; 1, 2, 3, 5 - субстраты NAD-зависимых дегидрогеназ; 4 - субстрат FAD-зависимой сукцинатдегидрогеназы; 6, 7, 8 - этапы сопряжения дыхания и окислительного фосфорилирования

Окислительное декарбоксилирование пирувата

1. Первая реакция опк - реакция окислительного декарбоксилирования пирувата описывается следующим суммарным уравнением (рис. 5.14).

Рис. 5.14. Суммарное уравнение окислительного декарбоксилирования пирувата

Эту реакцию катализирует сложно организованный пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК).

1. Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) состоит из трех типов каталитических протомеров, образующих три фермента: Е₁ - пируватдекарбоксилазу, Е₂ - дигидролипоилтрансацетилазу и Е₃ - дигидролипоилдегидрогена-

зу. Каждый фермент содержит разное количество протомеров. Протомеры каждого из трех ферментов содержат в своем составе прочно связанные с белками коферменты (табл. 5.2). Коферменты NAD+и HS-KoA включаются в состав комплекса только в момент реакций и освобождаются при завершении процесса в составе конечных продуктов - Ацетил-КоА и NADH + H+.

Таблица 5.3. Пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК) млекопитающих

Все ферменты, входящие в состав комплекса, располагаются в пространстве таким образом, что обеспечивают одновременное протекание однотипных реакций в нескольких местах комплекса. Промежуточные метаболиты передаются от одного активного центра к другому, что делает работу ферментного комплекса максимально эффективной (рис. 5.15). В состав комплекса входят также регуляторные протомеры: киназа и фосфатаза ПДК, роль которых рассматривается в теме 5.11 (см. рис. 5.22).

Рис. 5.15. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты.

Каждый фермент, входящий в ПДК, катализирует определенный этап реакции: I - Е₁ - пируватдекарбоксилаза катализирует декарбоксилирование пирувата и перенос С₂-фрагмента на ТДФ с образованием гидроксиэтила; II - Е₂ - дигидролипоилтрансацетилаза катализирует окисление гидроксиэтильной группы и перенос С₂-фрагмента на амид липоевой кислоты; III - ацетилированная трансацетилаза взаимодействует с HS-КоА с образованием восстановленной формы липоамида и ацетил-КоА; IV - восстановленная форма трансацетилазы дегидрируется дигидролипоилдегидрогеназой (Е₃), содержащей FAD; V - FADH₂ в составе Е₃ дегидрируется при участии NAD+. В реакциях, катализируемых ПДК, липоевая кислота, связанная в ферменте Е₂ с остатками лизина, функционирует как «поворотный кронштейн», переносящий атомы водорода и ацетильные остатки от одного фермента к другому