Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ III. МЕТАБОЛІЗМ ОСНОВНИХ КЛАСІВ БІОМОЛЕКУЛ

ГЛАВА 11. МЕТАБОЛІЗМ ВУГЛЕВОДІВ. I. АЕРОБНЕ ТА АНАЕРОБНЕ ОКИСЛЕННЯ ГЛЮКОЗИ

11.2. АЕРОБНЕ ОКИСЛЕННЯ ГЛЮКОЗИ

В умовах нормального клітинного дихання аеробне окислення є переважаючим для більшості тканин тваринних організмів і найбільш ефективним з точки зору енергетичної цінності шляхом метаболізму глюкози.

Аеробне окислення глюкози до двоокису вуглецю та води відповідає такому сумарному рівнянню:

Складний багатоступеневий процес аеробного окислення глюкози поділяється на такі етапи:

1. Розщеплення глюкози до піровиноградної кислоти.

Продуктом цього гліколітичного етапу розщеплення глюкози є піруват, а також дві молекули відновленого НАД⁺ і дві молекули АТФ:

Ферментативні реакції утворення з глюкози пірувату (аеробного гліколізу) будуть розглянуті нижче. Зауважимо, що окислення в дихальному ланцюзі мітохондрій утворюваних на цьому етапі двох молекул НАДН супроводжується генерацією за рахунок окисного фосфорилювання шести (2x3) молекул АТФ.

2. Окислювальне декарбоксилювання піровиноградної кислоти.

У результаті цього процесу утворюється ацетилкоензим А — основний субстрат окислення в циклі трикарбонових кислот — та відновлена форма НАД⁺.

Сумарне рівняння окислювального декарбоксилювання пірувату:

Окислювальне декарбоксилювання пірувату каталізується піруватдегідрогеназним комплексом — мультиферментною системою, яка в клітинах еукаріотів міститься в мембранах мітохондрій, а у прокаріотів — у цитоплазмі. До складу цього комплексу входять три ферменти, що каталізують три послідовні стадії перетворення пірувату на ацетил-КоА: піруватдегідрогеназа, дигідроліпоїлацетилтрансфераза, дигідроліпоїлдегідрогеназа та п’ять коферментів і простетичних груп: тіаміндифосфат (ТДФ), коензим А (КоА), ліпоєва кислота (ЛК), НАД+, ФАД.

Ферментативні стадії утворення ацетил-КоА з пірувату.

Стадія I — каталізується піруватдегідрогеназою (Е₁), коферментом якої є ТДФ. На цій стадії відбувається взаємодія пірувату з С-2 тіазольного кільця молекули тіаміну; в результаті реакції утворюється зв’язаний із ферментом гідроксиетильний похідний тіаміндифосфату:

Стадія II — каталізується центральним ферментом комплексу дигідроліпоїлацетилтрансферазою(E₂), яка переносить гідроксиетильну групу від ТДФ (Ej) на простетичну групу ферменту E₂, що є окисленою формою ліпоєвої кислоти (ЛК); в результаті реакції утворюється ацетилтіоефір відновлених ліпоїльних груп ферменту E₂, що містить макроергічний зв’язок:

Стадія III — дигідроліпоїлацетилтрансфераза переносить ацетильну групу від відновленої ліпоєвої кислоти на коензим А:

Стадія IV — окислення відновленої форми ферменту Е₂ ФАД-залежною дигідроліпоїлдегідрогеназою(E₃):

Стадія V — перенесення атомів водню від відновленої ФАД-групи дигідроліпоїлдегідрогенази на НАД⁺ з утворенням НАДН:

Відновлений НАДН, що утворюється в результаті окислювального декарбоксилювання пірувату, в аеробних умовах окислюється в мітохондріальному електронотранспортному ланцюзі з генерацією шести (2x3) молекул АТФ.

3. Окислення ацетил-КоА до двоокису вуглецю та води в циклі трикарбонових кислот.

Цикл трикарбонових кислот, функціонально та біохімічно спряжений із ланцюгом електронного транспорту в мембранах мітохондрій, завершує аеробне окислення глюкози до СО₂ та Н₂О, генеруючи 12 молекул АТФ на кожну молекулу ацетил-КоА, що розщеплюється.