Митохондриальное окисление

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ  ПИРУВАТА

 

    1-ю реакцию катализирует фермент  ПИРУВАТДЕКАРБОКСИЛАЗА (Е₁).

    Простетической группой пируватдекарбоксилазы  является тиаминдифосфат (ТПФ, тиаминпирофосфат, ТДФ) - это активная форма витамина В₁. Активная часть ТПФ - тиазоловое кольцо и атом водорода в нем. Для краткости записывают: НС-ТПФ.

      Пируватдекарбоксилаза отщепляет CO₂, а оставшаяся оксиэтильная группа присоединяется к ТПФ.

 

2-ю и  3-ю реакцию процесса катализирует  фермент АЦИЛТРАНСФЕРАЗА (Е₂). Простетическая группа ацетилтрансферазы - амид липоевой кислоты. Катализирует перенос оксиэтильного остатка на свой собственный кофермент (строение  ЛК  знать описательно по учебнику).  В ее  составе  есть  дисульфидная связь. 

 

      На  этом  этапе  уже  произошло  окисление  оксиэтильного остатка  до  остатка  уксусной  кислоты,  одновременно с этим началось восстановление липоевой кислоты.

      3 этап - продолжает работать фермент  ацилтрансфераза.

      На  этой стадии фермент переносит остаток  уксусной кислоты на молекулу кофермента А (КоА). В КоА содержится остаток пантотеновой кислоты (витамин В₃). Активной частью КоА является остаток тиоэтаноламина и его -SH группа.

      Выяснено, что этот фермент переносит не только остатки уксусной кислоты,     но и остатки других кислот (нециклических). Поэтому его еще называют   коферментом ацилирования.

      Второй  фермент данного комплекса является не только ацетилтрансферазой, но     и окислительным ферментом одновременно (дегидрогенизирующая ацетилтрансфераза).

      Энергия этого окисления аккумулируется в виде макроэргической связи   активной формы уксусной кислоты (ацетил-КоА). 

    4 этап катализируется  ферментом  ДИГИДРОЛИПОИЛДЕГИДРОГЕНАЗОЙ.

    Кофермент этого этапа - особый ФАД с низким окислительно-восстановительным потенциалом (обозначается как ФАД'). Переносит протоны и электроны с дигидролипоата на НАД - последний кофермент в описанном комплексе.

  

 

    В итоге можем записать суммарное  уравнение:

   Аналогично действует ферментный комплекс для окислительного декарбоксилирования a-кетоглутарата. Но названия двух из трех ферментов другие:

    1-й фермент - декарбоксилаза a-кетоглутаровой кислоты

    2-й фермент - сукцинилтрансфераза  (переносит остаток янтарной кислоты) 

           Суммарное уравнение для этого  комплекса:

      В результате действия этих двух комплексов, каждый из двух приведенных субстратов (ПВК  и  a-КГ) - теряют СО₂, два протона и два электрона, которые передаются на   кислород с образованием Н₂О и параллельно происходит фосфорилирование трех  молекул АТФ. Сами субстраты превращаются в итоге в активную форму соответствующей кислоты.

      Макроэргическая связь в молекулах этих активных форм может легко   трансформироваться в макроэргическую связь молекулы АТФ. Например, для молекулы сукцинил-КоА:

      Такой способ образования АТФ, когда нет  сопряжения с процессами     окисления, называется СУБСТРАТНЫМ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕМ (при этом используется макроэргическая связь в молекуле какого-нибудь субстрата). В организмах высших животных и человека этот путь получения АТФ не является главным. Благодаря такому механизму окислительное декарбоксилирование a-кетокислот может считаться энергетически более выгодной, потому что образуется вещество с макроэргической связью - ацетил-КоА. Некоторые   синтетазы  используют  макроэргические связи из Ацетил-КоА или Сукцинил-КоА для реакций биосинтеза.

      Например, при синтезе гема гемоглобина  используется часть молекул сукцинил-КоА:

Большая часть будет все же использоваться для синтеза ГТФ. 

      Другой  продукт окислительного декарбоксилирования (Ацетил-КоА) может расходоваться в реакциях синтеза жирных  кислот, холестерина, стероидов. А самая большая часть этого вещества используется при синтезе лимонной кислоты в реакциях Цикла Трикарбоновых Кислот. 

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ  ИТОГ УДЛИНЕННОЙ ЦЕПИ.

      Образуются 3 молекулы АТФ путем окислительного фосфорилирования. Продукты окислительного декарбоксилирования (ацетил-КоА и сукцинил-КоА) содержат макроэргическую связь. Энергия макроэргической связи сукцинил-КоА используется двумя способами.

      1) Субстратное фосфорилирование в  ЦТК (так расходуется большая  часть этого вещества).

      2) Реакции синтеза гема (меньшая  часть сукцинил-КоА).

Энергия макроэргической связи Ацетил-КоА используется только в реакциях синтеза:

      а) Синтез лимонной кислоты (цитрата).

      б) Синтез кетоновых тел

      в) Синтез жирных кислот

      г) Синтез холестерина 

      Среди субстратов МтО почти нет веществ, которые организм получает с пищей - только глутаминовая кислота.

      Субстраты МтО - в основном органические кислоты, которые образуются в организме  в процессе катаболизма. В процессе катаболизма из большого количества разнообразных пищевых веществ образуется всего 2 вида общих метаболитов: Ацетил-КоА и ПВК. 

                     24 . МИКРОСОМАЛЬНАЯ  ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ.

Микросомы (микрочастицы) – это защитные мембранные  пузырьки (везикулы), образуемые  из  гладкой  эндоплазматической сети  при гомогенизации   клетки. Как  таковых микросом   не   существует. Микросомальное окисление – это окисление, протекающее на гладкой   эндоплазматической сети нормальной неразрушенной клетки. Наиболее интенсивно  микросомальное   окисление   протекает в   печени   и   надпочечниках, а  также  в  местах  контакта  с  внешней   средой.

Эндоплазматическая   сеть – это  второй   слой   мембран, ассоциированных  с  тремя  основными   массами   ферментов:

1. оксидоредуктазы;
2. трансферазы;
3. гидролазы.

Главная   функция   этих   ферментов – реакции детоксикации. Микросомальные  окисления   осуществляется  с помощью   одноименной   дыхательной   цепи, которая  представляет  собой   систему   переносчиков   протонов  и  электронов с НАД  или  НАДФ  на   кислород. Существует   два  варианта  микросомальной  дыхательной   цепи:

1. НАДФ ---- ФП -----  в₅ ----- Р450 --- О₂
2. НАДФ --- ФП ---- в₅ ----- ???? ----- О₂

Цитохром  в₅   одной   цепи   может   передавать  свои   электроны   на   цитохром  в₅  другой цепи, а   также   на   цитохром  Р450.

Многие   гидрофобные    вещества  организма   обладают   талерантностью   за   счёт   того, что растворяясь   в  клеточной   мембране  разрушает  её. Задачей   организма   является   перевод  этих  гидрофобных   соединений   в  гидрофильные, которые   легче   выводятся. Это   осуществляет  микросомальное  окисление. То  есть, основная  роль   микросмальной   дыхательной цепи заключается   в  осуществлении  синтеза   с   участием   кислорода.

Для   облегчения  реакций   детоксикации   необходимо   большое  количество   витамина С в составе косубстрата; реакции   детоксикации   протекают   по   механизму   гидроксилирования   гетероциклических   и   алифатических   соединений, поступающих   из    вне. Реакции   детоксикации   могут  привезти  к  снижению   концентрации   токсических   веществ. Роль  микросомального   окисления   состоит   в   биосинтезе  витамина  Д, кортикостероидов, тирозина. В  70 – е  годы   было   показано, что  микросомальная   и   митохондриальная  дыхательные   цепи  взаимодействуют   друг  с   другом    через   цитохром  в₅.

В  условиях  интоксикации  происходит  ингибирование   первого   комплекса    митохондриальной   дыхательной   цепи.

НАД ---- ФП -\-\-\-- Q -----  в  ----- с₁ ---- с ----- аа₃ ----- ½ О₂

Окисление  НАД * Н₂ не   происходит  и   он   накапливается. В межмембранном   пространстве   имеется   цитохром  в₅, который   принимает   электроны НАД * Н₂  с митохондриальной   дыхательной   цепи   на   микросомальную  и  тем   самым   угроза  энергетического  голода   устраняется. То   есть, в₅ – фермент, компонент микросомальной   дыхательной  цепи, который   обеспечивает  межмембранный, митохондриальный, микросомальный  перенос  электронов.                                                                

Сходство  и различие   митохондриальной   и   микросомальной   дыхательной    цепи.

Сходства:

1) они   имеют  одинаковое   начало  и   одинаковую  разность   потенциалов; 

2) имеют   одинаковые   переносчики: НАД   и   цитохром.

Различия:

1)  по   локализации;

2) микросомальная   дыхательная   цепь   короче  и   электроны   на   последнем   переносчике   микросомальной  цепи    более   энергезированы   и   способны   активировать   кислород;

3) будучи   активным   кислород    способен   внедряться  в   структуру   многих    молекул, то  есть  используется   с   пластическими    цепями (ФЕН --- ТИР). В то   время   как   в    митохондриальной   дыхательной   цепи   кислород – всего   лишь   конечный    акцептор   электрона   и   используется   в   энергетических   целях;

4) в    процессе   переноса   электронов   в   митохондриальной   цепи, их  энергия   депонируется   в   форме  АТФ. В  микросомальной   дыхательной   цепи   депонирование   энергии   не  происходит;

5) микросомальное   окисление – современная    интерпретация  теории   Баха  – Энслера. 

    митохондриальное  окисление – современный   вариант теории  Палладина.                   

                    25 . ПЕРЕКИСНОЕ  ОКИСЛЕНИЕ   И АНТИОКСИДАНТНАЯ   ЗАЩИТА.

Ещё Мечников, изучая  фагоцитоз, утверждал, что  фагоцитарное действие лейкоцитов  осуществляется   за  счёт   перекисных  процессов.

Перекисное  окисление – это   третий  путь утилизации вдыхаемого   кислорода (от 2 до  5%).Кислород   сам по себе  является   парамагнитным   элементом  (это   было   установлено   методом  молекулярных   орбиталей), так   как   имеет  на  внешнем   слое   два   неподелённых   электрона.                                

                                                                                 _    

                                                О₂; О₂ + е --------  О₂, то  есть   в   реакциях   переменного   окисления                                                                                                           

                                                 происходит   одноэлектронное   восстановление   кислорода.