Регуляция окислительного декарбоксилирования

В аэробных условиях пировиноградная кислота подвергается окислительному декарбоксилированию с образованием ацетил-КоА. Это превращение катализируется надмолекулярным пируватдегидрогеназным комплексом, локализованным в матриксе митохондрий. В состав пируватдегидрогеназного комплекса входят три различных фермента: пируватдекарбоксилаза, дигидролипоатацетилтрансфераза и дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты, их количественные соотношения в составе комплекса зависят от источника выделения, как правило это соотношение приближается к 30:1:10.

Первый фермент этого комплекса - пируватдекарбоксилаза (Е1) катализирует реакцию

с образованием углекислого газа и активированного ацетальдегида, связанного с тиаминдифосфатом - простетической группой фермента. Второй фермент - дигидролипоатацетильрансфераза (Е2) катализирует два последовательных превращения:

а) на первом этапе идет перенос активированного остатка ацетальдегида на простетическую группу фермента - липоевую кислоту, причем этот перенос сопровождается одновременным окислением альдегидной группы до карбоксильной группы.

б) на втором этапе остаток ацетила переносится с липоевой кислоты, жестко связанной с ферментом, на свободный HS-КоА.

Образуются ацетил-КоА и фермент Е2 с восстановленной формой кофермента.

Третий фермент - дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты катализирует превращение восстановленной формы липоевой кислоты предыдущего фермента в окисленную форму.

В состав фермента входит в качестве простетической группы ФАД и фактически атомы водорода с восстановленной формы липоевой кислоты вначале переносятся на ФАД, а

затем уже переносятся на НАД образованием его восстановленной формы.

 

 

Фермент		Число мономеров	Кофермент	Витамин
1. Пируватдекарбоксилаза	E1	120 (30 тетрамеров)	ТПФ	В1
2. Дигидролипоилтрансацетилаза	Е2	180(60тримеров)	Липоамид КоА	Липоевая кислота (ЛК) Пантотеновая кислота
3. Дигидролипоилдегидрогеназа	Е3	12 (6 димеров)	ФAД НAД^+	В2 РР

Таблица 1. Ферменты и ко-ферменты пируватдегидрогеназного комплекса [8].

Механизмы регуляции:

В ходе окисления 2 моль пирувата высвобождается около 120 ккал энергии, из них около 100 ккал накапливается ввиде энергии восстановленного НАД. Остальная энергия рассеивается в виде теплоты. Превращение пирувата в ацетил-КоА в ходе функционирования пируватдегидрогеназного комплекса необратимо, посколько сопровождается потерей 11,5 ккал/моль энергии в расчете на 1 моль окисленного пирувата. Таким образом, мы имеем дело еще с одним пунктом термодинамического контроля в общей метаболической системе аэробного окисления глюкозы.

Контроль интенсивности потока метаболитов по пируватдегидрогеназному комплексу осуществляется за счет работы двух механизмов: ковалентной модификации и аллостерической модуляции. Ковалентная модификация реализуется в виде фосфорилирования и дефосфорилирования комплекса:

· АТФ/АДФ, НАДН₂/НАД и ацетил-КоА/КоА

Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях

АТФ/АДФ, НАДН₂/НАД и ацетил-КоА/КоА. Иначе говоря, активность

комплекса снижается, если клетка хорошо обеспечена энергией (много АТФ и НАДН₂) или же цикл Кребса не справляется с окислением имеющегося ацетил-КоА. А дефосфорилирование стимулируется по аллостерическому механизму пируватом, т. е. накопление пирувата в клетке ускоряет его утилизацию - уже известный нам механизм стимуляции предшественником [6].

· Инсулин (повышение инсулин/глюкагонового индекса),быстрая гормональная регуляция.

Активность пируватдегидрогеназного комплекса тоже регулируется путем фосфорилирования (не­активная форма) и дефосфорилирования (активная форма) с участием инсулина и глюкагона. Следовательно, декарбоксилирование пирувата ускоряется при пищеварении и замедляется при го­лодании [1,2,4].

Образовавшийся ацетил-КоА, как уже неоднократно упоминалось, поступает в цикл трикарбоных кислот, работа которого сопряжена с функционированием цепи дыхательных ферментов. При функционировании этих двух метаболических путей остаток ацетила окисляется до углекислого газа и воды.