Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

1. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Локализация процесса, реакции, ферменты, коферменты,
биоэнергетика процесса, значение для организма.
Выполнила:
Студентка группы М-21-1-17
Глазкова Анастасия Николаевна

2. 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.

3. 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:
O
H 3C
C
Пируват
C
O
OH + NAD+
+ HS
KoA
H 3C
C
Ацетил-КоА
KoA
+ NADH + CO 2
O
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.

4. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Пируватдегидрогеназный комплекс
Фермент
Кофермент
Витамин
Пируватдегидрогеназа (Е1)
Катализирует 1-ю реакцию.
ТДФ
(тиаминдифосфат)
В1
Дигидролипоилтрансацетилаза (Е2)
Катализирует 2-ю и 3-ю реакции.
Липоамид
HS-КоА
Липоевая кислота
Пантотеновая
кислота
ФАД
НАД+
В2
РР
Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3)
Катализирует 4-ю и 5-ю реакции.

5. 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.

6. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Строение тиаминдифосфата

7. 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.

8. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

S
NH
S
NH
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C
( CH2 )4
O
Дегидролипоевая кислота
Строение липоильного остатка в составе
дигидролипоилтрансацетилазы
CH
C
O
Лизин

9. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Строение HS-KoA

10.

Реакции
Суть первых трех реакций сводится к декарбоксилированию пирувата (катализируется
пируватдегидрогеназой, Е1), окислению пирувата до ацетила и переносу ацетила на
коэнзим А (катализируетсядигидролипоамид-ацетилтрансферазой,Е2).
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.

11.

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.

12.

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.

13.

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

14.

15. 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.

16. 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.

17. Спасибо за внимание!