Энергетическая функция ОПК.
Вклетках ОПК является основным поставщиком первичных доноров водорода для ЦПЭ.
Входе ОПК происходит 5 реакций дегидрирования:
Из них, 4 реакции дегидрирования происходит с участием NAD+-зависимых дегидрогеназ:
Одна реакция – при окислительном декарбоксилировании пирувата. И ещё 3 реакции в цикле Кребса (3, 4 и 8).
Каждая из этих реакций поставляет атомы водорода в ЦПЭ и сопряжена с синтезом 3 моль АТФ путем окислительного фосфорилирования в расчете на 1 моль дегидрируемого субстрата.
В 6 реакции цикла Кребса участвует FAD-зависимая сукцинатдегидрогеназа.
Она сопряжена с синтезом 2 моль АТФ на 1 моль сукцината.
Т.е. |
всего в |
ОПК |
на 1 моль пирувата образуется: |
(4 • |
3) + 2 |
= 14 |
моль АТФ путём окислительного |
фосфорилирования.
Из них 3 моль АТФ образуется при окислительном декарбоксилировании пирувата и 11 моль АТФ в цикле Кребса.
В 5 реакции цикла Кребса, за счет энергии разрыва макроэргической связи сукцинил-KoA, образуется ГТФ из ГДФ и H3PO4 (фермент: сукцинаттиокиназа).
Далее энергия и фосфатный остаток ГТФ используется для получения АТФ под действием фермента нуклеозиддифосфаткиназы.
Такой способ получения АТФ называется: субстратное фосфорилирование.
! Субстратное фосфорилирование – это способ синтеза АТФ из АДФ и неорганического фосфата с использованием энергии макроэргической связи субстрата.
Таким образом, за счет реакции субстратного фосфорилирования (5 реакция цикла Кребса), в ОПК образуется ещё 1 моль АТФ (на 1 моль пирувата).
Т.е., всего в ОПК (на 1 моль пирувата) образуется: 14 моль + 1 моль = 15 моль АТФ.
Из них, 3 моль АТФ при окислительном декарбоксилировании пирувата и 12 моль АТФ в цикле Кребса.
! ОПК может функционировать только в аэробных условиях, т.к. реакции дегидрирования сопряжены с работой ЦПЭ и синтезом АТФ путём окислительного фосфорилирования.
При торможении ЦПЭ также будет замедляться и скорость ОПК.
Регуляция ОПК.
Выделяют 4 основных типа регуляции ОПК:
1)Регуляция «энергетическим зарядом» клетки. Это соотношение АТФ/АДФ и NADH + H+/NAD+.
Если в клетке концентрация АТФ и NADH + H+ – высокая (высокий «энергетический заряд» клетки), значит, клетка мало расходует энергию и =>
замедляются процессы, приводящие к получению АТФ (ОПК и ЦПЭ).
Если в клетке концентрация АТФ и NADH + H+ – низкая (низкий «энергетический заряд» клетки), значит, клетка интенсивно расходует энергию и =>
ускоряются процессы, приводящие к получению АТФ (ОПК и ЦПЭ).
Т.е. АТФ и NADH – ингибируют ОПК, а АДФ, АМФ и NAD+ – активируют ОПК.
2)Регуляция метаболитами.
3)Белок-белковые взаимодействия (активация регуляторных ферментов ОПК комплексом Кальмодулин · 4Ca2+).
4)Фосфорилирование / дефосфорилирование (характерно для ПДК)
Регуляторные ферменты ОПК:
|
Активаторы |
Ингибиторы |
|
|
(+) |
|
(–) |
|
|
NADH + H+, |
|
ПДК |
NAD+, АДФ, |
||
|
HS-KoA, |
АТФ, |
Ацетил- |
|
Пируват, |
KoA |
|
|
Ca2+ |
NADH + H+, |
|
Цитратсинтаза |
Оксалоацетат |
||
|
|
АТФ, |
Цитрат, |
|
|
Сукцинил-KoA, |
|
|
|
Жирные к-ты |
|
Изоцитратдегидрогеназа |
АДФ, АМФ, |
NADH |
+ H+, |
|
Ca2+ |
АТФ |
|
α-кетоглутарат- |
Ca2+ |
NADH + H+, |
|
дегидрогеназный |
|
АТФ, |
|
комплекс |
|
Сукцинил-KoA |
1)Регуляция ПДК.
Регуляторным компонентом ПДК является фермент E1. Это аллостерический фермент.
Алл. активаторы: NAD+, HS-KoA
Алл. ингибиторы: NADH и Ацетил-KoA
В состав ПДК, кроме основных ферментов E1, E2 и E3 входит 2 регуляторные субъединицы – киназа ПДК (фосфорилирует фермент E1) и фосфатаза ПДК (дефосфорилирует фермент E1).
Киназа ПДК – аллостерический фермент:
–Активаторы: NADH + H+, АТФ, Ацетил-KoA
–Ингибиторы: NAD+, HS-KoA, Пируват, АДФ
Фосфатаза ПДК активируется ионами Ca2+.
! Фермент E1 активен в дефосфорилированной форме.
Поэтому, ингибиторы киназы ПДК – это косвенные активаторы ПДК, а активаторы киназы ПДК – косвенные ингибиторы ПДК.
2)Регуляция цикла Кребса.
В цикле Кребса 3 регуляторных фермента:
Цитратсинтаза, Изоцитратдегидрогеназа и α-
кетоглутаратдегидрогеназный комплекс.
Регуляторные ферменты ЦТК – аллостерические.
Поэтому, основная регуляция ЦТК – это аллостерическая регуляция.
Активность регуляторных ферментов ЦТК регулируется:
1)«Энергетическим зарядом» клетки.
(Высокие концентрации АТФ и NADH + H+ ингибируют регуляторные ферменты цикла Кребса);
2)Регуляция промежуточными метаболитами ЦТК.
Наиболее важные регуляторные ферменты ЦТК:
Цитратсинтаза;
Изоцитратдегидрогеназа (катализирует самую медленную реакцию).
Анаболические функции цикла Кребса.
Цикл Кребса может выполнять в организме анаболические функции.
Это означает, что многие метаболиты цикла Кребса служат субстратами для синтеза многих в-в организма.
Примеры:
1)Ацетил-KoA → используется на синтез жирных к-т
и холестерина;
2)α-кетоглутарат → на синтез аминокислот (Глу,
Глн, Про);
3)Сукцинил-KoA → на синтез гема;
4)Оксалоацетат → синтез Глюкозы и аминокислот
(Асп, Асн).
Чтобы цикл Кребса не прекращался, существуют реакции, восполняющие утечку из него метаболитов.
Основную реакцию, восполняющую утечку метаболитов из цикла Кребса, катализирует фермент пируваткарбоксилаза:
|
|
|
|
|
|
|
|
COOH |
||||
|
CH3 |
Пируваткарбоксилаза (Ko: Биотин) |
|
|
CH2 |
|||||||
|
|
|
||||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
O + CO2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
C |
|
O |
||||
|
H |
O |
H |
PO |
|
|||||||
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
COOH |
|
|
COOH |
|||||||||
Пируват |
АТФ 2 |
|
3 |
4 АДФ Оксалоацетат |
Гипоэнергетические состояния
Гипоэнергетические состояния развиваются при снижении синтеза АТФ в организме.
Причины гипоэнергетических состояний
Голодание
Гиповитаминозы
B1, B2, PP, B5,
биотина; недостаточность Q
Гипоксия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Недостаток |
|
Нарушение |
|||||||||||
O2 в воздухе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
использования |
||||||||||||
|
O2 |
в |
|
|
|
клетк |
|
|
|
ах |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нарушение поступления
O2 в ткани (заболевания легких,
нарушения в стр-ре Hb, нарушения кровообращения и др.)
Основные причины нарушения использования O2 в клетках
Снижение уровня |
|
|
Присутствие |
|
|
|
|||
гемоглобина, |
|
|
ингибиторов ЦПЭ |
|
цитохромов |
|
|
и разобщителей |
|
|
|
|
тканевого дыхания |
|
Железо- |
||||
|
и окислительного |
|||
дефицитные |
|
фосфорилирования |
||
анемии |
|
|
||
|
|
Наследственные дефекты ферментов ЦПЭ, ОПК или АТФ-синтазы