Г. Сколько молей атр могло бы образоваться в нормальных условиях при окислении 1 моль пирувата. Объясните ответ, используя метаболическую карту.

А. Сукцинат (НООС – СН₂ – СН₂ – СООН).

Б. Малонат натрия (НООС–СН₂–СООН, структурный аналог), – конкурентный ингибитор сукцинатдегидрогеназы. Сукцинатдегидрогеназа катализирует отщепление двух атомов водорода от сукцината-по одному от каждой из двух метиленовых (—СН2—) групп. Сукцинатдегидрогеназа ингибируется малонатом, который напоминает сукцинат тем, что он также содержит две карбоксильные группы, принимающие при pH 7,0 ионизированную (депротонированную) форму. Однако он отличается от сукцината тем, что в его молекуле имеется только три атома углерода. Сукцинатдегидрогеназа не способна отщеплять водород от малоната, но малонат занимает активный центр фермента, не давая ему возможности взаимодействовать с нормальным субстратом, поэтому происходит накопление сукцината. Малонат является обратимым ингибитором, так как повышение концентрации сукцината при заданной концентрации малоната снижает степень ингибирования фермента.

В. Происходит конкурентное ингибирование сукцинатдегидрогеназы. Сукцинатдегидрогеназа входит в состав группы ферментов, катализирующих реакции цикла трикарбоновых кислот - конечный метаболический путь окислительного разрушения углеводов и жиров в митохондриях. После ингибирования сукцинатдегидрогеназы тормозится образование фумарата, малата и других субстратов ЦТК – доноров протонов и электронов для дыхательной цепи. Указанные субстраты передают водород на НАД и ФАД, образующиеся при этом НАДН₂ и ФАДН₂ окисляются кислородом в дыхательной цепи. Малат является НАД-зависимым субстратом и в результате его окисления образуется НАДН который является  донором водорода для дыхательной цепи. Малонат блокирует деятельность ЦТК.

Конкурентный ингибитор – это соединение, обладающее структурным сходством с субстратом. Поэтому такой ингибитор способен взаимодействовать с активным центром фермента, конкурируя с истинным субстратом.

                                                                                  

Г. 15 молей АТФ: пируват     ацетил-КоА = 1 НАДН₂           3АТФ;

                ЦТК                                                          Дыхат. цепь

ацетил-КоА       2СО₂ + ГТФ + 3 НАДН₂ + ФАДН₂             12АТФ

Превращении пирувата в ацетил-КоА – окислительное декарбоксилирование пирувата – катализируется пируватдегидрогеназным комплексом, состоящим из 3-х ферментов и 5 коферментов. Энергия переноса водорода с дегидрируемых субстратов общего пути катаболизма на атмосферный кислород используется для синтеза АТФ. При переносе водорода с каждой молекулы НАДН в дыхательной цепи образуется 3 молекулы АТФ. В четырех реакциях дегидрирования в общем пути катаболизма образуется 4 НАДН; следовательно, синтезируется 4x3= 12 молекул АТФ. В одной реакции (катализируемой сукцинатдегидрогеназой) водород переносится на убихинон; при дальнейшем переносе в дыхательной цепи в этом случае синтезируется 2 молекулы АТФ. И, наконец, в цитратном цикле происходит одна реакция субстратного фосфорилирования, дающая еще одну молекулу АТФ. Таким образом всего при распаде 1 моль пирувата образуется 15 моль АТФ. Но 3 из них образуются при окислительном декарбоксилировании пирувата и 12 — в цитратном цикле. Эти величины отражают теоретически возможный максимум синтеза АТФ, фактически АТФ синтезируется меньше, поскольку часть электрохимического потенциала расходуется на перенос разных веществ через мембрану при участии транслоказ.

55