Связь окислительного декарбоксилирования пирувата с процессом окисли­тельного фосфорилирования

При превращении пирувата в ацетил-КоА происходит образование НАДН, транс­портирующего электроны в дыхательную цепь. Из пары высокоэнергетических электронов в процессе окислительного фосфорилирования может синтезироваться до 3 молекул АТФ. Усиление распада АТФ в клетке ведет к повышению концен­трации АДФ и ускорению окисления НАДН в дыхательной цепи. Повышение концентрации НАДГ/, в свою очередь, стимулирует окислительное декарбоксили-рование пирувата. Напротив, повышение концентрации АТФ и НАДН снижает скорость этого процесса.

Таким образом, изменения отношений АДФ/АТФ и НАДН/НАД⁺ - важнейшие внутриклеточные регуляторные сигналы, отражающие энергетические потребно­сти клетки и регулирующие скорость окислительного декарбоксилирования пиру­вата. Каталитическая активность пируватдегидрогеназного комплекса снижается, когда в клетках имеется достаточно "топлива" в виде жирных кислот и аце-тил~КоА.

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса

Регуляция пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК) имеет важное значение для обеспечения цикла трикарбоновых кислот "топливными" молекулами ацетил-КоА. Точная регуляция этого комплекса имеет важное значение в связи с невоз­можностью обратного преобразования ацетил-КоА в пируват, т.к. ферменты, не­обходимые для этого в организме человека отсутствуют.

Активность ПДК регулируется различными способами: доступностью субстратов, ингибированием продуктами реакции, аллостерическим путём, путём ковалент-ной модификации.

Табл. 1 Регуляция активности пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК)

Активность пируватдегидрогеназного комплекса увеличивается при повышении концентрации АДФ, внутриклеточного кальция, под влиянием гормонов: инсули­на и адреналина.

При повышении концентрации АДФ ПДК находится в нефосфорилированной ак­тивной форме. Этот эффект усиливается при повышении концентрации внутри­клеточного кальция, который активирует фосфатазу ПДК. Такой механизм акти­вации ПДК особенно важен в мышцах и жировой ткани. Активация ПДК проис­ходит также под влиянием инсулина. Один из эффектов инсулина - повышение концентрации внутримитохондриального кальция, это приводит к активированию ПДК. В клетках миокарда ПДК активируется адреналином.

Цикл лимонной кислоты

Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот, цикл Кребса) — заключи­тельный этап катаболизма, локализованный в матриксе митохондрий. В нем 4-х углеродное соединение оксалоацетат конденсируется с 2-х углеродным ацетиль­ным компонентом, которое вносит в процесс молекула ацетил-КоА, с образовани­ем 6-ти углеродной трикарбоновой кислоты (цитрата). Далее изомер цитрата под­вергается окислительному декарбоксилированию. Образующееся при этом 5-ти углеродное соединение а-оксоглутарат (а-кетоглутарат) при окислительном де-карбоксилировании превращается в 4-х углеродное соединение сукцинат. Даль­нейшие превращения сукцината приводят к регенерированию оксалоацетата. По-

этому одна молекула оксалоацетата может многократно использоваться для окис­ления ацетильных остатков. Два атома углерода включаются в цикл в виде аце­тильного компонента и два атома углерода покидают цикл в виде двух молекул СО₂.

Таким образом, двухуглеродный фрагмент молекулы ацетил-КоА подвергается полному окислению. Электроны, ранее принадлежащие молекуле ацетил~КоА, покидают цикл в связанной форме: в виде трех молекул НАДН и одной ФАДН₂. Затем они переносятся в процесс окислительного фосфорилирования, где энергия каждой пары электронов переносимых НАДН, преобразуется в энергию макроэр-гических связей до трех молекул АТФ. А энергия пары электронов переносимых ФАДН₂, ведет к образованию до двух молекул АТФ. Всего в процессе окисли­тельного фосфорилирования при окислении этих переносчиков электронов обра­зуется до 11 молекул АТФ. Одна макроэргическая связь генерируется в самом цикле в форме молекулы ГТФ или АТФ. Итого теоретически до 12 молекул АТФ может быть генеририровано при окислении двухуглеродного фрагмента ацетил-КоА в цикле трикарбоновых кислот сопряженном с процессом окислительного фосфорилирования.