Катаболизм ПВК в митохондриях

В аэробных условиях ПВК и водороды с НАДН₂ транспортируются в матрикс митохондрий. ПВК самостоятельно не проходит внутреннюю мембрану митохондрий, перенос ее через мембрану осуществляется вторично-активным транспортом симпортом с Н⁺. ПВК в митохондриях используется в 2 реакциях:

1. Пируватдегидрогеназный комплекс (ПВК: НАД⁺ оксидорудуктаза (декарбоксилирующая)) содержит 3 фермента и 5 коферментов: а) Пируватдекарбоксилаза содержит (Е1) 120 мономеров и кофермент ТПФ; б) Дигидролипоилтрансацилаза (Е2) содержит 180 мономеров и коферменты липоамид и HSКоА; в) Дигидролипоилдегидрогеназа (Е3) содержит 12 мономеров и коферменты ФАД и НАД. Пируват ДГ комплекс осуществляет окислительное декарбоксилирование ПВК с образованием Ацетил-КоА. Активатор: HSКоА, НАД⁺, АДФ. Ингибитор: НАДН₂, АТФ, Ацетил-КоА, жирные кислоты, кетоновые тела. Индуктор инсулин.

Механизм работы Пируват ДГ комплекса. Процесс проходит 5 стадий:

Далее Ацетил-КоА поступает в ЦТК, где он окисляется до 2 СО₂ с образованием 1 ГТФ, восстановлением 3 НАДН₂ и 1 ФАДН₂.

Структура ПДГ-комплекса

ПДГ-комплекс в клетках тканей млекопитающих представляет собой достаточно сложное

образование [39, 47]. Его структурное ядро состоит из 60 липоат-содержащих субъединиц

дигидролипоамидацетилтрансферазы (НФ 2.3.2.12, Е2) [38, 57]. Каждая субъединица содержит внутренний домен (ВД), связывающий домен (СД) и два липоильных домена (ЛД1 и ЛД2), объединенные гибкими связями. Внутренние домены образуют пентагональный додекаэдрон, а другие образуют выступающую «качающуюся ручку», включающую липоатный остаток [35]. 30 гетеротетрамерных (α2β2) молекул ТДФ-содержащей ПДГ (НФ 1.2.4.1, Е1) объединены в связанные домены Е2 [16, 39]. 12 гомодимерных молекул FAD-содержащей дигидролипоамиддегидрогеназы (НФ 1.8.1.4, Е3) связаны со связывающими доменами так называемого «Е3-связывающего белка», который отличается от типичной субъединицы Е2, так как он

содержит только один липоильный домен (ЛД3) и не обладает каталитической активностью [40].

Изучение структурной организации Е1 может быть особо полезно для понимания его каталитических и регуляторных механизмов. Например, кристаллическая структура голофермента ПДГ человека при разрешении 1,95 Ǻ [43] дает доказательства возможности челночного движения Е1 гетеродимеров (αβ). Это согласуется с механизмом флип-флоп каталитического действия Е1 человека [20].

Исследования с применением точечного мутагенеза, кинетического анализа и рентгеноструктурной кристаллографии Е1 человека показали, что Про-188, Мет-181 и Арг-349 в α-субъединице, а также Трп-135 в β-субъединице играют важную роль в определении структуры белка. αПро-188 и αМет-181 остатки имеют большое значение для связывания ТДФ [26, 38]

2. Пируваткарбоксилаза (ПВК: СО₂-синтетаза (АТФ → АДФ + Фн)) сложный олигомерный фермент, содержит биотин. Карбоксилирует ПВК до ЩУК. Пополняющая реакция, по мере необходимости добавляет ЩУК в ЦТК. Активатор: Ацетил-КоА.

Челночные системы

В аэробных условиях О₂ обеспечивает регенерацию НАД⁺ из НАДН₂, что необходимо для продолжения реакции гликолиза (НАД⁺ субстрат 3-ФГА ДГ).

Так как внутренняя мембрана митохондрий непроницаема для НАДН₂, восстановленный в гликолизе НАДН₂, передает свои водороды на дыхательную цепь митохондрий с помощью специальных систем, назы­ваемых «челночными». Известны 2 челночные системы: малат-аспартатная и глицерофосфатная.

1. Малат-аспартатный челнок является универсальным, работает в печени, почках, сердце.

2.

Глицерофосфатный челночный механизм. Работает в белых скелетных мышцах, мозге, в жировой ткани, гепатоцитах.

Малат-аспартатный челнок энергетически более эффективе­н, так как передаёт водород в дыхательную цепь через митохондриальный НАД, соотношение Р/О равно 3, синтезируется 3 АТФ.

В глицерофосфатный челнок передаёт водород в дыхательную цепь через ФАД на KoQ, соотношение Р/О равно 2, синтезируется 2 АТФ.