Окислительное декарбоксилирование пирувата

В аэробных условиях ПВК окончательно окисляется

Рис. Спиртовое брожение глюкозы

Как видно из рис. 6.13, образование ацетальдегида из ПВК осуществляется путём прямого декарбоксилирования пирувата. Реакция катализируется пируват-карбоксилазой сучастием её кофермента – тиаминпирофосфата. Уксусный альдегид – чрезвычайно токсичное соединение. Он обезвреживается алкогольдегидрогеназой, коферментом которой является НАДН ·Н⁺. Экзогенный этанол в печени окисляется в ацетальдегид с помощью той же алкогольдегидрогеназы (кофермент – НАД⁺). Именно за счёт накопления ацеальдегида при потреблении спиртных напитков и происходит отравление организма. Обезвреживание этого соединения осуществляется альдегиддегидрогеназой, активность которой (а значит и переносимость алкоголя) значительно варьирует у разных лиц и наций. Альдегиддегидрогеназа превращает ацетальдегид в уксусную кислоту. Последняя активируется, превращаясь в ацетил-КоА, который «сгорает» в цикле трикарбоновых кислот с образованием энергии. В обезвреживании этанола принимают также участие микросомная система детоксикации гепатоцитов и фермент каталаза. Однако их роль менее значима.

Систематическое потребление алкоголя приводит к циррозу печени и увеличивает риск развития рака (причём не только печени), особенно на фоне хронического воздействия малых доз облучения.

Цепь реакций аэробного распада глюкозы можно расчленить на 3 основных этапа:

1. Дихотомический распад глюкозы до стадии ПВК, полностью совпадающий с реакциями гликолиза.

2. Окислительное декарбоксилирование ПВК, завершающееся образованием ацетил-КоА.

3. Цикл Кребса, в котором ацетил-КоА расходуется на образование СО₂ и субстратов тканевого дыхания, используемых дыхательной цепью митохондрий.

Подчеркнём, что, в отличие от 1-го этапа, остальные 2 требуют аэробных условий и протекают в митохондриях.

Пируват, образовавшийся в реакциях гликолиза (в цитоплазме), должен быть транспортирован в митохондрии. Транспорт осуществляется специальной «челночной» системой. В матриксе митохондрии, прикрепившись к её внутренней мембране, находится сложный полиферментный комплекс – пируватдегидрогеназа.

Пируватдегидрогеназа состоит из 60 полипептидных цепей, которые можно разделить на 3 основных фермента: Е₁ – собственно пируватдегидрогеназа (состоит из 24 субъединиц); Е₂ – дигидролипоилтрансацетилаза (также 24 субъединицы); Е₃ – дигидролипоилдегидрогеназа (12 субъединиц).

Последовательность реакций представлена на рис.6.14. Е₁ катализирует декарбоксилирование ПВК с участием кофермента тиаминпирофосфата (ТПФ). Образовавшийся продукт реакции (гидроксиэтильное производное ТПФ) при участии Е₂ реагирует с окисленной липоевой кислотой. Липоевая кислота – низкомолекулярное азотсодержащее соединение – является коферментом Е_{2 .}

CH₂

СН₂ СН – (СН₂)₄ – СООН

S – S

Липоевая кислота

Дисульфидная группа липоевой кислоты способна восстанавливаться и ацетилироваться. В реакции, катализируемой дигидролипоилтрансацетилазой (Е₂), образуется ацетиллипоевая кислота. Далее это соединение реагирует с коэнзимом А (КоА-SH не является собственным коферментом Е₂) – при этом образуется восстановленная форма липоевой кислоты (дигидролипоевая кислота) и ацетил-КоА.

Наконец, начинает функционировать Е₃, коферментом которого является ФАД: кофермент окисляет дигидролипоевую кислоту и сам при этом восстанавливается (ФАДН₂). Восстановленный флавиновый кофермент реагирует с митохондриальным НАД⁺, в свою очередь, восстанавливая его (НАДН ·Н⁺).

Рис.. Механизм функционирования пируватдегидрогеназного комплекса

Таким образом, в окислительном декарбоксилировании ПВК участвует фактически 3 фермента, составляющих единый пируватдегидрогеназный комплекс, и 5 коферментов: ТПФ, липоевая кислота и ФАД – собственные коферменты комплекса, КоА-SH и НАД⁺ – внешние, приходящие «извне». Образующийся ацетил-КоА затем окисляется в цикле Кребса, а водород с НАДН ·Н⁺ поступает в дыхательную цепь митохондрий.

Пируватдегидрогеназа отличается большим отрицательным редокс-потенциалом, который способен обеспечить не только восстановление НАД⁺, но и способствовать образованию высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-КоА (СН₃-СО ~ SкоА).

При недостаточном содержании в диете входящих в состав пируватдегидрогеназы витаминов, в первую очередь тиамина, активность фермента снижается. Это приводит к накоплению в крови и тканях пирувата и лактата и развитию метаболического ацидоза. При выраженном дефиците тиамина развивается некомпенсированный ацидоз, который без лечения приводит к лтальному исходу.