В. Рассчитайте коэффициент окислительного фосфорилирования для данной реакции.

А. Окислительное декарбоксилирование пирувата – это биохимический процесс, заключающийся в отщеплении одной молекулы углекислого газа (СО₂) от молекулы пирувата и присоединения к декарбоксилированному пирувату кофермента А (КоА) с образованием ацетил-КоА. Декарбоксилирование пирувата осуществляет сложный пируватдегидрогеназный комплекс(ПДК), включающий в себя 3 фермента: пируватдекарбоксилаза, дигидролипоилтрансацетилаза, дигидролипоилдегидрогеназа и 5 коферментов: тиаминдифосфат,липоевая кислота, ФАД, НАД+ и КоА. Кроме того в состав комплекса входят регуляторные субъединицы: протеинкиназа и фосфопротеинфосфатаза. В центре комплекса располагается дигидролипоилтрансацетилаза, образуя его ядро. К дигидролипоилтрансацетилазы присоеденины молекулы: пируватдекарбоксилазы и дигидролипоилдегидрогеназы. Пируватдекарбоксилаза содержит прочно связанный с белковой частью ТДФ, а дигидролипоилдегидрогеназа – ФАД.

На стадии 1. На этой стадии пируват соединяется с ТДФ в составе пируватдекарбоксилазы и подвергается декарбоксилированию.

Пируват + Е1-ТДФ → Гидроксиэтил-ТДФ + СО2

 Первый атом углерода (С-1) пирувата уходит в виде СО₂, а С-2, в пирувате находящийся в альдегидной форме, прикрепляется к ТПФ в виде гидроксиэтильной группы (—СНОН—СН₃). Эта реакция осуществляется пируватдекарбоксилазой (Е₁)_, кофермент ТДФ.

Стадия 2. Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) катализирует перенос атома водорода и ацетильной группы от ТДФ на окисленную форму липоиллизиновых групп с образованием ацетилтиоэфира липоевой кислоты.

Гидроксиэтильная группа окисляется до карбоновой кислоты (ацетата). Два электрона, освобождаемых при этой реакции, идут на восстановление связи —S—S— липоильной группы Е₂ до двух тиольных (—SH) групп.

Стадия 3. КоА взаимодействует с ацетильным производным Е2, в результате чего образуются ацетил-КоА и полностью восстановленный липоильный остаток, простетическая группа дигидролипоилтрансацетилазы. Ацетильный остаток, образующийся в ходе окислительно-восстановительной реакции на стадии 2, сначала связывается тиоэфирной связью с липоильной —SH-группой, а затем переносится на КоА с образованием ацетил-КоА. Стадии 2 и 3 катализируются дигидролипоилтрансацетилазой (Е₂₎, кофермент - липоевая кислота и КоА.

Стадия 4. Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) катализиирует перенос атомов водорода от восстановленных липоильных групп на ФАД - простетическую группу дигидролипоилдегидрогеназы.

Стадия 5 катализируются дигидролипоилдегидрогеназой (Е₃).

 Электроны, изначально принадлежавшие гидроксиэтильной группе, при этом переносятся сначала на ФАД с образованием ФАДH₂, а потом Восстановленный ФАДН2 передает водород на НАД+ с образованием НАДН

   

Пируват

Б. НАДН₂                    QH₂    цитохром с    1/2 О₂         Н₂О.

НАДН-де гидрогеназа

Цитохром-С-редуктаза

Цитохром-С-оксидаза (а, а3)

                          

 

 

Перенос электронов от НАДН к О2 включает ряд переносчиков, которые локализованы во внутренней мембране митохондрий.

НАДН-дегидрогеназа состоит из нескольких полипептидных цепей. Роль простетической группы играет ФМН. Единственный субстрат фермента НАДН, с которого 2 электрона и протон переносятся на ФМН с образованием ФМНН2. Второй протон поглощается из матрикса. С ФМНН2 электроны переносятся на ряд железо-серных белков, играющих роль второй простетической группы в молекуле НАДН-дегидрогеназы. Атомы железа в этих белках собраны в несколько групп, так называемых железо-серных центров. Fe-S- центры входят в состав многих белков, учавствующих в окислительно восстановительных реакциях. НАДН-дегидрогеназа содержит несколько железо-серных центров, атомы железа в них могут принимать и отдавать электроныпоочередно, переходя из в ферро(Fe +2) и ферри(Fe +3) состояния. От железо-серных центров электроны переносятся на кофермент Q (убихинон). 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. Коэффициент окислительного фосфорилирования (Р/О): отношение количества связанной Н₃РО₄ к количеству поглощенного кислорода (О), т.е. количество молекул АТФ, образуемое митохондриями в расчете на один атом поглощенного водорода.

 При окисление молекулы НАДН2, е-по дыхательной цепи проходят 3 пункта сопряжения, что обеспечивает синтез 3 АТФ при затрате 3 Н3РО4и 3 АДФ на 1 атом кислорода. Соответственно для НАДН2Р/О=3.

63

  У пациента были обнаружены глубокие нарушения энергетического обмена. Генетический анализ показал дефект фермента пируваткарбоксилазы.