Ингибирование ферментов ЦПЭ.

А. Сукцинил-КоА → сукцинат                                        фумарат → малат

                                            сукцинатдегидрогеназа (ФАД)

5 реакция ЦТК. Превращение сукцинил-КоА в сукцинат, катализируемая ферментом сукцинатдегидрогеназой. Сукцинил-КоА – высокоэнергетическое соединение. В митохондриях разрыв тиоэфирной связи сукцинил-КоА сопряжен с реакцией фосфорилирования гуанозиндифосфата до гуанозинтрифосфата. Промежуточный этап реакции – фосфорилирование молекулы фермента по одному из гистидиновых осттков активного центра. Затем остаток фосфорной кислоты присоединяется к ГДФ с образованием ГТФ.Эту сопряженную реакцию катализирует сукцинаттиокиназа.

6 реакция ЦТК. ДЕГИДРИРОВАНИЕ сукцината. Сукцинат превращается в фумарат под действием сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент – флавопротеин, молекула которого содержит прочно связанный кофермент ФАД. Сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Она состоит из 2 субъединиц, одна из которых связана с ФАД. Кроме того, обе субъединицы содержат железо-серные центры: одна Fe2S2? A другая Fe4S4. В железо-серных центрах атомы железа меняют свою валентность, учавствуя в транспорте электронов.

7 реакция ЦТК. Образование малата из фумарата.. Образование малата происходит при участии фермента фумаратгидратазы,более известным как фумараза. Фумараза – олигомерный белок, состоящй из 4 идентичных полипептидных цепей. Он располоен в матриксе митохондрий. Фумаразу относят к ферментам с абсолютной субстратной спецфичностью: она катализирует гидратацию только транс-формы фумарата.

Б.СООН     СООН

ФАДН2

                   │

СН₂          СН ₂                        2е-

                   │         QH₂              цитохром с              1/2 О₂ Н₂О

СН₂ ГТФ СН ₂ СДГ    цитохром-с-           цитохром-с-

                   │                   редуктаза (b, c₁)     оксидаза (а, а₃)

СО-SКоА СООН

 СукцинилКоА Сукцинат

Сукцинат → сукцинатдегидрогеназа (ФАДН2) → QН2 → цитохром-с-редуктаза (b,c1) → цитохром c → цитохром-с-оксидаза (а, а3) → 1/2 О2 → Н2О.

Если донором водорода является молекула ФАДН2, то электроны в дыхательной цепи проходят 2 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 2 молекулы АТФ (2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 АТФ). Затрачивается, как и в предыдущем случае, 1 атом кислорода (2 Н + О → Н2О).

Рабочей частью ФАД служит изоаллоксазиновая сопряженная циклическая система. В результате окисления сукцината его электроны переносятся на ФАД, а затем передаются по цепи из железосерных кластеров от кластера [Fe-S] к [3Fe-4S]. Электронный транспорт в комплексе не сопровождается генерацией протонного градиента. Образовавшиеся при окислении сукцината 2H+ остаются на той же стороне мембраны, то есть в матриксе, и затем снова поглощаются при восстановлении хинона. Таким образом комплекс II не вносит вклада в создание протонного градиента на мембране он обеспеченивает передачу электронов от ФАДН2 на железосерные белки внутренней мембраны митохондрий. Далее эти электроны попадают на коэнзим Q.В ходе реакции ФАД присоединяет 2 электрона и оба теряемым субстратом (сукцинатом) протона. ФАД +2Н +2е→ФАДН2.Там эти электроны переносятся на ожидающую в сайте связывания молекулу убихинона. Убихинон выполняет коллекторную функцию, присоединяя электроны от дегидрогеназ. QH2-дегидрогеназа или коэнзим Q-цитохрос-с-редуктаза, комплекс 3 состоит из 2 типов цитохромов(b1 и b2) и цитохорма с1. QH2-дегидрогеназа переносит электроны от убихинола на цитохром с. Внутри комплекс 3 электроны передаются от цитохромов b на FeS-центры, на цитохром с1, а затем на цитохром с. Цитохромоксидаза (комплекс 4) состоит из 2 цитохромов типа аа3, каждый из которых имеет центр связывания с кислородом. Цитохромы а и а3 имеют характерную железопорфириновую простетическую группу, называемую гемом А. Гем А содержит формильную группу и углеводородную цепь. Также комплекс а-а3 характеризуется наличием ионов меди,связанных с белковой частью в СuA-центрах. Перенос электронов комплексом а-а3 включает реакции:

Cu+→ Cu 2+ +e

Fe+→ Fe 3++ e

Комплекс цитохромов а-а3 непосредственно реагирует с молекулярным кислородом.

В. 3 моль АТФ

Если донором водорода будет молекула ФАДН2, то электроны в дыхательной цепи проходят 2 участка сопряжения окисления и фосфорилирования (III и IV ферментные комплексы дыхательной цепи). Таким образом, максимально может образоваться 2 молекулы АТФ (2 АДФ + 2 Н3РО4 → 2 АТФ). Затрачивается, как и в предыдущем случае, 1 атом кислорода (2 Н + О → Н2О). Значение коэффициента Р/О = 2/1 = 2.

А также 1 моль АТФ образуется за счет субстратного фосфорилирования (Реакция превращения сукцинил-КоА в сцкцинат сопряжена с реакцией фосфорилирования ГДФ, до ГТФ, Эту реакцию катализирует сукцинаттиокиназа. Далее происходит фосфорилирование молекулы фермента по одному из гистидиновых остатков активного центра. Остаток фосфорной кислоты присоединяется к ГДФ с образованием ГТФ. С ГТФ концевая фосфатная группа может переносится на АДФ с образованием АТФ, эту обратимую реакцию катализирует нуклеозиддифосфаткиназа: ГТФ+АДФ→ГДФ+АТФ. Образование высокоэнергетической фосфоангидридной связи за счет энергии субстрата (сукцинил-КоА) – и есть субстратное фосфорилирование)

Г. Во всех случаях происходит уменьшение скорости образования АТФ.

а) при отравлении угарным газом (СО). Высокое сродство окиси углерода к железу обусловливает вступление его в реакцию с тканевым дыхательным ферментом (цитохромоксидазы), содержащим двухвалентное железо, а это вызывает нарушение тканевого дыхания, окислительно-восстановительных процессов и формирование тканевой гипоксии.

б) в присутствии малоновой кислоты. Малоновая кислота является ингибитором СДГ (субстратный аналог конкурирует за фермент с сукцинатом), поэтому идёт накопление сукцината. В присутствии кислоты снижается потребление О2, и синтез АТФ.

в) в присутствии 2,4-динитрофенола. 2,4 – динитрофенол является липофильным разобщителем. Он переносит протоны из межмембранного пространства через мембрану в матрикс, минуя протонные каналы АТФ-синтазы. В результате чего изчезает электрохимический потензиал и прекращается синтез АТФ.

г) при отравлении цианидами. Цианид, точнее CN-ион, вследствие особого химического сродства к трехвалентному железу избирательно взаимодействует с окисленными молекулами цитохромоксидазы. Тем самым тормозится течение нормального процесса тканевого дыхания. Таким образом, блокируя один из железосодержащих дыхательных ферментов, цианиды вызывают парадоксальное явление: в клетках и тканях имеется избыток кислорода, а усвоить его они не могут, так как он химически неактивен.

Д.

а - 5, т.к. СО связывается с гемом цитохромов, блокируют активность цитохромоксидазы;

 б – 3, т.к. малонат- конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы;

 в - 1, т.к. переносит Н⁺ из межмембранного пространства в матрикс митохондрий, минуя ионные каналы и АТФ-синтетазу;

г – 5, т.к. цианиды являются чрезвычайно мощными клеточными ядами, которые при поступлении в организм человека могут вызвать смерть, вследствие блокирования цитохромоксидазы.

60

Покажите, используя метаболическую карту, как цитрат превращается в α-кетоглутаровую кислоту.