Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты презентация

Пировиноградная кислота
Пировиноградная кислота (ПВК, пируват) является продуктом окисления глюкозы и некоторых аминокислот. Ее судьба различна в зависимости от доступности кислорода в клетке. В анаэробных условиях она восстанавливается до молочной кислоты. В аэробных условиях происходит ее окислительное декарбоксилирование до уксусной кислоты, переносчиком которой служит коэнзим А.
Окисление ПВК происходит при участии ряда ферментов и коферментов, объединенных структурно в мультиферментную систему, получившую название «пируватдегидрогеназный комплекс».
Пируватдегидрогеназный комплекс - митохондриальный мультиферментный комплекс, соединенный с внутренней мембраной со стороны матрикса.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Суммарное уравнение реакции отражает декарбоксилирование пирувата, восстановление НАД до НАДН и образование ацетил-KoA.
Суммарный результат многостадийной реакции выглядит следующим образом:
Реакцию катализируют три фермента, работающие в определенной последовательности и объединенные в пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК), прикрепленным к внутренней митохондриальной мембране со стороны матрикса, в состав которого входит 5 коферментов.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Пируватдегидрогеназный комплекс

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Пируватдекарбоксилаза (Е1). В качестве кофермента в реакции участвует тиаминдифосфат (ТДФ) — производное витамина В1. Фермент катализирует отщепление карбоксильной группы в виде СО2 и присоединение ацетильного остатка к коферменту ТДФ.
Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2) — второй фермент комплекса. Катализирует окисление гидроксиэтильной группы и перенос ацетильной группы на липоевую кислоту, а затем на HS-КоАс образованием ацетил-КоА.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Строение тиаминдифосфата

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Таким образом, в этой реакции участвуют два кофермента: липоевая кислота, прочно соединенная с ферментом, икофермент А, объединяющийся с ферментом в момент реакции. Водород остается связанным с липоевой кислотой, которая превращается в дигидролипоат.
Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) — FAD, содержащий флавопротеин, катализирует дегидрирование восстановленной формы липоевой кислоты и перенос водорода на FAD (прочно связанный с ферментом), а затем на свой второй кофермент NAD+, который включается в состав комплекса только во время реакции.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Строение липоильного остатка в составе дигидролипоилтрансацетилазы

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты
Строение HS-KoA

Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется пируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на коэнзим А (катализируетсядигидролипоамид-ацетилтрансферазой,Е2).
Реакции
Первую реакцию катализирует Е1, субстратами являются ПВК и дегидролипоевая кислота, являющаяся простетической группой Е2. От ПВК отщепляется карбоксильная группа и образуется СО2, а ацетильный остаток соединяется с атомом серы липоевой кислоты в составе ацетилтрансферазы. Образуется ацетиллипоат-Е2.

Во второй реакцииацетилтрансфераза (Е2) катализирует перенос ацетильного остатка, соединенного с его простетической группой, на коэнзим А. Продукты этой реакции - дигидролипоевая кислота в составе Е2 и ацетил-KоА.

В третьей реакции происходит дегидрирование дигидролипоевой кислоты в составе ацетилтрансферазы при воздействии фермента Е3 (дегидрогеназа дигидролипоевой кислоты), содержащего ФАД. ФАД передает водород на НАД+. Образуются НАДН+Н+ и дегидролипоевая кислота в составе Е2. Последний фермент снова вступает в окислительное декарбоксилирование ПВК.
Ацетил-KоА (продукт второй реакции) затем окисляется в цикле Кребса. Водород с НАДН (продукт третьей реакции) поступает в дыхательную цепь, где образуется АТФ.

Оставшиеся 2 реакции необходимы для возвращения липоевой кислоты и ФАД в окисленное состояние (катализируются дигидролипоат-дегидрогеназой, Е3). При этом образуется НАДН.

РЕГУЛЯЦИЯ ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА
РЕГУЛЯЦИЯ ПИРУВАТДЕГИДРОГЕНАЗНОГО КОМПЛЕКСА В пируватдегидрогеназном комплексе имеются еще 2 вспомогательных фермента – киназа и фосфатаза, участвующие регуляции активности пируватдегидрогеназы (Е1) путем фосфорилирования и дефосфорилирования.
Киназа активируется при избытке АТФ и продуктов реакции – НАДН и ацетил-SКоА. При этом она фосфорилирует пируватдегидрогеназу, инактивируя ее.
Фосфатаза, активируясь ионами кальция или инсулином, отщепляет фосфат и активирует пируватдегидрогеназу.

Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты и биологическая роль
Биологическая роль окислительного декарбоксилирования пирувата заключается в том, что оно является важным этапом катаболизма, позволяющим включаться в цикл Кребса тем веществам, при распаде которых образуется ПВК. Образовавшаяся молекула НАДН2 окисляется в длинной дыхательной цепи с образованием 3-х молекул АТФ.