Гонський Я.І., Максимчук Т.П. Біохімія людини

Подождите немного. Документ загружается.

313

Ïðè âçàºìîä³¿ äèñóëüô³äíî¿ ôîðìè ë³ïîºâî¿ êèñëîòè ç ã³äðîêñ³-

åòèëüíîþ ãðóïîþ îñòàííÿ îêèñíþºòüñÿ äî àöåòèëüíî¿ ãðóïè ³ çâ'ÿçó-

ºòüñÿ ç àòîìîì ñ³ðêè â³äíîâëåíî¿ ë³ïîºâî¿ êèñëîòè. Öÿ îêèñíî-â³äíîâíà

ðåàêö³ÿ ñóïðîâîäæóºòüñÿ óòâîðåííÿì ìàêðîåðã³÷íîãî ò³îåô³ðíîãî çâ'ÿç-

êó. Äèã³äðîë³ïîàòàöåòèëòðàíñôåðàçà êàòàë³çóº ïåðåíåñåííÿ àöåòèëü-

íîãî çàëèøêó ç àöåòèëë³ïîºâî¿ êèñëîòè íà ÊîÀ ç óòâîðåííÿì àöåòèë-

ÊîÀ ³ äèã³äðîë³ïîºâî¿ êèñëîòè (3-ÿ ñòàä³ÿ). Òàêèì ÷èíîì, ïåðø³ òðè

ðåàêö³¿ çä³éñíþþòü ïåðåòâîðåííÿ ï³ðóâàòó ³ ÊîÀ â ïðîäóêòè – àöå-

òèë-ÊîÀ ³ ÑÎ

. Äâ³ íàñòóïí³ ñòàä³¿ íåîáõ³äí³ äëÿ îòðèìàííÿ âèõ³äíî¿

îêèñíåíî¿ ôîðìè ë³ïîºâî¿ êèñëîòè. Äèã³äðîë³ïîàòäåã³äðîãåíàçà, ÿêà

ì³ñòèòü ïðîñòåòè÷íó ãðóïó ÔÀÄ, îêèñíþº äèã³äðîë³ïîºâó êèñëîòó (4-à

ñòàä³ÿ) ³ äàë³ ïåðåäàº 2 àòîìè âîäíþ ç ÔÀÄÍ

íà ÍÀÄ

(5-à ñòàä³ÿ).

Ï³ñëÿ çàâåðøåííÿ ïðîöåñó òðè êîôåðìåíòè (ÒÄÔ, ë³ïîºâà êèñëîòà ³

ÔÀÄ), çâ'ÿçàí³ ç ôåðìåíòàìè, çíàõîäÿòüñÿ ó ñâî¿é âèõ³äí³é ôîðì³ é

ìîæóòü áðàòè ó÷àñòü ó íàñòóïíîìó öèêë³. Äâà ³íø³ êîôåðìåíòè äèñîö³þ-

þòü ç êîìïëåêñó. Êîåíçèì À ïîñòàâëÿº àöåòèëüíó ãðóïó â öèêë ëèìîííî¿

êèñëîòè, à ÍÀÄÍ, Í

ïåðåäàº âîäåíü íà ì³òîõîíäð³àëüíèé äèõàëüíèé

ëàíöþã.

Ïðîöåñ îêèñíþâàëüíîãî äåêàðáîêñèëþâàííÿ ï³ðóâàòó ñóïðîâîä-

æóºòüñÿ çíà÷íèì çìåíøåííÿì ñòàíäàðòíî¿ â³ëüíî¿ åíåðã³¿ ³ ïðàêòè÷íî

íåçâîðîòíèé. Àêòèâí³ñòü ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçíîãî êîìïëåêñó ðåãóëþºòü-

ñÿ äâîìà ñïîñîáàìè. Ïî-ïåðøå, ïðîäóêòè ðåàêö³¿ – àöåòèë-ÊîÀ ³

ÍÀÄÍ – º àëîñòåðè÷íèìè ³íã³á³òîðàìè êîìïëåêñó. ² òîä³, êîëè îêèñ-

COOH

+ ТДФ–Е

CCH

ТДФ E

+ CO

CC ~

SSH

+ HS–KoA

CC ~ S

KoA + HS

CCH

ТДФ E

CC ~

SSH

+ ТДФ–Е

5. Е

–ФАДН

+ НАД

–ФАД + НАДН + Н

+ Е

–ФАД

+ Е

–ФАДН

COOH

+ КоА–SH + НАД

CC ~ S

KoA + СО

+ НАДН + Н

Ñóìàðíà ðåàêö³ÿ:

Ðèñ. 8.14. Ñòàä³¿ îêèñíþâàëüíîãî äåêàðáîêñèëþâàííÿ ï³ðîâèíîãðàäíî¿ êèñëîòè

(ïîÿñíåííÿ â òåêñò³).

314

АТФ

АДФ

Активна піруватдегідрогеназа

(нефосфорильована)

Кіназа

(НАДН, АТФ)

Неактивна піруватдегідрогеназа

(фосфорильована)

Ðèñ. 8.15. Ðåãóëÿö³ÿ ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçè øëÿõîì êîâàëåíòíî¿ ìîäèô³êàö³¿.

íåííÿ àöåòèë-ÊîÀ â öèêë³ ëèìîííî¿ êèñëîòè â³äñòàº â³ä óòâîðåííÿ éîãî

ï³ðóâàòó ÷è æèðíèõ êèñëîò, àêòèâí³ñòü ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçíîãî êîìï-

ëåêñó ãàëüìóºòüñÿ. Òàêèé æå åôåêò ìàº ì³ñöå ïðè íàêîïè÷åíí³ ÍÀÄÍ

âíàñë³äîê ïåðåâàíòàæåííÿ äèõàëüíîãî ëàíöþãà. Àêòèâóº êîìïëåêñ

ôðóêòîçî-1,6-äèôîñôàò – ïðîì³æíèé ïðîäóêò ãë³êîë³çó. Àëîñòåðè÷í³

åôåêòè ïðîÿâëÿþòüñÿ äóæå øâèäêî. Äðóãèé ìåõàí³çì ðåãóëÿö³¿ (ïî-

â³ëüí³øèé) – öå ïåðåõîäè ì³æ àêòèâíîþ ³ íåàêòèâíîþ ôîðìàìè ôåð-

ìåíòó âíàñë³äîê ôîñôîðèëþâàííÿ ³ äåôîñôîðèëþâàííÿ (ðèñ. 8.15).

Ôîñôîðèëüîâàíà ôîðìà ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçè íåàêòèâíà, à íåôîñ-

ôîðèëüîâàíà – àêòèâíà. Ðåàêö³þ ôîñôîðèëþâàííÿ ôåðìåíòó ï³ä ä³ºþ

ÀÒÔ êàòàë³çóº ê³íàçà ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçè, ÿêà àêòèâóºòüñÿ ïðè âèñî-

êîìó ð³âí³ ÍÀÄÍ ³ ÀÒÔ. Îòæå, â òàêèõ óìîâàõ ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçíèé

êîìïëåñ âèêëþ÷àºòüñÿ. Ïðîòèëåæíèé ïðîöåñ àêòèâàö³¿ ï³ðóâàòäåã³ä-

ðîãåíàçè øëÿõîì äåôîñôîðèëþâàííÿ êàòàë³çóº ôîñôàòàçà, ÿêà àêòè-

âóºòüñÿ ³îíàìè Ñà

. Ð³âåíü ¿õ ó êë³òèí³ çàâæäè çðîñòàº ïðè çá³ëüøåíí³

ïîòðåáè â ÀÒÔ. Ê³íàçà ³ ôîñôàòàçà âõîäÿòü äî ñêëàäó ï³ðóâàòäåã³äðî-

ãåíàçíîãî ìóëüòèôåðìåíòíîãî êîìïëåêñó.

6.2. Ðåàêö³¿ öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè

Öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè âêëþ÷àº ïîñë³äîâíî 8 ðåàêö³é, ó ðåçóëü-

òàò³ ÿêèõ àöåòèëüíà ãðóïà (ÑÍ

ÑÎ

) àöåòèë-ÊîÀ ðîçïàäàºòüñÿ ç óòâî-

ðåííÿì ÑÎ

³ àòîì³â âîäíþ, ÿê³ ïåðåäàþòüñÿ íà îêèñíåí³ ôîðìè êî-

ôåðìåíò³â ÍÀÄ ³ ÔÀÄ. Ïîñë³äîâí³ñòü íå ë³í³éíà, à öèêë³÷íà, îñê³ëüêè

ïî÷èíàºòüñÿ ç êîíäåíñàö³¿ äâîâóãëåöåâî¿ àöåòèëüíî¿ ãðóïè ç ùàâëåâî-

îöòîâîþ êèñëîòîþ (ç ÷îòèðìà àòîìàìè âóãëåöþ). Â ðåçóëüòàò³ âèíèêàº

ëèìîííà êèñëîòà (ç ø³ñòüìà àòîìàìè âóãëåöþ), äàë³ â ðåàêö³¿ äåêàð-

áîêñèëþâàííÿ âèä³ëÿþòüñÿ 2 ìîëåêóëè ÑÎ

³ â îñòàíí³é ðåàêö³¿ öèêëó

çíîâó óòâîðþºòüñÿ ùàâëåâîîöòîâà êèñëîòà (ðèñ. 8.16).

Öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè íàçèâàþòü òàêîæ öèêëîì Êðåáñà (íà ÷åñòü

Ã. Êðåáñà – ëàóðåàòà Íîáåë³âñüêî¿ ïðåì³¿ 1953 ð., ÿêèé â³äêðèâ éîãî ó

1937 ð.) òà öèêëîì òðèêàðáîíîâíèõ êèñëîò, îñê³ëüêè ðÿä ïðîì³æíèõ

ïðîäóêò³â öèêëó º òðèêàðáîíîâèìè êèñëîòàìè.

Àöåòèë-ÊîÀ óòâîðþºòüñÿ íå ò³ëüêè ç ï³ðóâàòó, à é ³ç æèðíèõ êèñ-

ëîò, àì³íîêèñëîò, òîìó öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè ðîçãëÿäàºòüñÿ ÿê çàãàëü-

íèé, ê³íöåâèé øëÿõ êàòàáîë³çìó âóãëåâîä³â, æèð³â ³ àì³íîêèñëîò. Óñ³

315

Ðèñ. 8.16. Ñõåìà öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè.

1. Ïðîì³æí³ ïðîäóêòè öèêëó ìîæíà íàçèâàòè ÿê êèñëîòè ³ ÿê àí³îíè êèñëîò.

2. Öèôðàìè âêàçàíî ÷èñëî àòîì³â âóãëåöþ ó ñïîëóêàõ (â àöåòèë-ÊîÀ ³ ñóêöèí³ë-

ÊîÀ – áåç âóãëåöåâèõ àòîì³â êîåíçèìó À).

ðåàêö³¿ öèêëó â³äáóâàþòüñÿ â ì³òîõîíäð³ÿõ. Â³äíîâëåí³ ÍÀÄÍ ³ ÔÀÄÍ

ÿê³ óòâîðþþòüñÿ ó ðåàêö³ÿõ äåã³äðóâàííÿ öèêëó, îêèñíþþòüñÿ øëÿõîì

ïåðåíîñó ïðîòîí³â ³ åëåêòðîí³â ïî äèõàëüíîìó ëàíöþãó âíóòð³øíüî¿ ìåì-

áðàíè ì³òîõîíäð³é íà êèñåíü.

1. Ðåàêö³þ êîíäåíñàö³¿ àöåòèë-ÊîÀ ç îêñàëîàöåòàòîì ç óòâîðåí-

íÿì öèòðàòó êàòàë³çóº öèòðàò-ñèíòàçà.

Ðåàêö³ÿ íå âèìàãàº çàòðàòè ÀÒÔ, à íåîáõ³äíà åíåðã³ÿ çàáåçïå-

÷óºòüñÿ ã³äðîë³çîì ò³îåô³ðíîãî çâ'ÿçêó àöåòèë-ÊîÀ. Öèòðàò-ñèíòàçà –

ðåãóëÿòîðíèé ôåðìåíò öèêëó, àêòèâí³ñòü éîãî ãàëüìóºòüñÿ ÀÒÔ, ÍÀÄÍ

³ ïðîì³æíèì ïðîäóêòîì öèêëó – ñóêöèí³ë-ÊîÀ.

2. Öèòðàò ³çîìåðèçóºòüñÿ â ³çîöèòðàò äâîõåòàïíîþ ðåàêö³ºþ ï³ä

ä³ºþ àêîí³òàçè. Ïðè â³äùåïëåíí³ ìîëåêóëè âîäè óòâîðþºòüñÿ öèñ-àêî-

í³òîâà êèñëîòà, ÿêà, íå â³ää³ëÿþ÷èñü â³ä àêòèâíîãî öåíòðó ôåðìåíòó,

ïðèºäíóº òó æ ìîëåêóëó âîäè ³íøèì ñïîñîáîì. Ðåàêö³ÿ çâîðîòíà:

SKoA + Н

+ КоА–SH

COOH

HO COOH

COOH

Ацетил-КоА

Щавлевооцтова кислота

(оксалоацетат)

Лимонна кислота

(цитрат)

Яблучна кислота

(малат)

Фумарова кислота

(фумарат)

Ізолимонна кислота

(ізоцитрат)

Кетоглютарова кислота

(кетоглутарат)

Бурштинова кислота

(сукцинат)

Сукциніл-КоА

СО

316

3. ²çîöèòðàò îêèñíþºòüñÿ øëÿõîì äåã³äðóâàííÿ é îäíî÷àñíî äå-

êàðáîêñèëþºòüñÿ ï³ä ä³ºþ ³çîöèòðàòäåã³äðîãåíàçè:

C COOHHO

COOH

C COOH

COOH

CCOOHH

COOH

- Н

+ Н

- Н

Öèòðàò Öèñ-àêîí³òàò ²çîöèòðàò

CCOOHH

COOH

+ НАД

+ НАДН + Н

+ СО

²çîöèòðàò

-êåòîãëóòàðàò

Äëÿ ä³¿ ôåðìåíòó ïîòð³áí³ ³îíè Ìg

÷è Ìn

. Àëîñòåðè÷í³ àêòèâà-

òîðè ³çîöèòðàòäåã³äðîãåíàçè – ÀÄÔ ³ ÍÀÄ

, ³íã³á³òîðè – ÀÒÔ ³ ÍÀÄÍ.

Ó öèòîïëàçì³ êë³òèí â³äêðèòà ÍÀÄÔ-çàëåæíà ³çîöèòðàòäåã³äðîãåíàçà.

4. Îêèñíþâàëüíå äåêàðáîêñèëþâàííÿ α-êåòîãëóòàðàòó äî ñóêöèí³ë-

ÊîÀ êàòàë³çóº α-êåòîãëóòàðàòäåã³äðîãåíàçíèé êîìïëåêñ, ùî, ÿê ³ ï³ðóâàò-

äåã³äðîãåíàçíèé êîìïëåêñ, âêëþ÷àº 3 ôåðìåíòè ³ 5 êîôåðìåíò³â – ÒÄÔ,

ë³ïîºâó êèñëîòó, ÊîÀ, ÔÀÄ ³ ÍÀÄ

. Ìåõàí³çì ðåàêö³¿ òàêîæ àíàëîã³÷íèé

äî îêèñíþâàëüíîãî äåêàðáîêñèëþâàííÿ ï³ðóâàòó. ×àñòèíà åíåðã³¿, ùî

âèâ³ëüíÿºòüñÿ â ðåàêö³¿ îêèñíåííÿ, çáåð³ãàºòüñÿ â ìàêðîåðã³÷íîìó ò³îåô³ð-

íîìó çâ'ÿçêó ñóêöèí³ë-ÊîÀ. Àêòèâí³ñòü α-êåòîãëóòàðàòäåã³äðîãåíàçíîãî

êîìïëåêñó ãàëüìóþòü ÀÒÔ ³ ïðîäóêòè ðåàêö³¿ – ÍÀÄÍ ³ ñóêöèí³ë-ÊîÀ.

COOH

C ~ SKoA

COOH

+ KoA–SH + НАД

+ НАДН + Н

+ СО

-êåòîãëóòàðàò Ñóêöèí³ë-ÊîÀ

5. Ó íàñòóïí³é ðåàêö³¿ ðîçðèâ ìàêðîåðã³÷íîãî çâ'ÿçêó ñóêöèí³ë-ÊîÀ

ïðè ïåðåòâîðåíí³ ó â³ëüíèé ñóêöèíàò ïîºäíàíèé ç óòâîðåííÿì ãóàíî-

çèíòðèôîñôàòó, òàê ùî åíåðã³ÿ ìàêðîåðã³÷íîãî çâ'ÿçêó çáåð³ãàºòüñÿ:

COOH

C ~ SKo A

COOH

+ ГДФ + Ф

+ ГТФ + КоА–SH

Ñóêöèí³ë-ÊîÀ Ñóêöèíàò

317

ГТФ + АДФ

ГДФ + АТФ

Îòæå, öÿ ðåàêö³ÿ ñóáñòðàòíîãî ôîñôîðèëþâàííÿ àíàëîã³÷íà ðå-

àêö³ÿì ñèíòåçó ÀÒÔ ó ïðîöåñ³ ãë³êîë³çó. Êàòàë³çóº ¿¿ ñóêöèí³ë-ò³îê³íà-

çà. Ñèíòåçîâàíèé ÃÒÔ ìîæå ïåðåäàòè ñâîþ ê³íöåâó ôîñôàòíó ãðóïó

íà ÀÄÔ ç óòâîðåííÿì ÀÒÔ ïðè ä³¿ íóêëåîçèä-äèôîñôàòê³íàçè:

6. Ñóêöèíàò îêèñíþºòüñÿ äî ôóìàðàòó. Ñóêöèíàòäåã³äðîãåíàçà,

ÿêà êàòàë³çóº öþ ðåàêö³þ, ì³ñòèòü ïðîñòåòè÷íó ãðóïó ÔÀÄ, ùî â³äíîâ-

ëþºòüñÿ äî ÔÀÄÍ

, ³ çàë³çî-ñ³ð÷àí³ öåíòðè:

Êîíêóðåíòíèì ³í³ã³á³òîðîì ñóêöèíàòäåã³äðîãåíàçè º ìàëîíîâà êèñ-

ëîòà. Ñåðåä ôåðìåíò³â öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè ò³ëüêè ñóêöèíàòäåã³ä-

ðîãåíàçà ëîêàë³çîâàíà íà âíóòð³øí³é ìåìáðàí³ ì³òîõîíäð³é, à ³íø³ çíà-

õîäÿòüñÿ â ¿õ ìàòðèêñ³.

7. Ñòåðåîñïåöèô³÷íèé ôåðìåíò ôóìàðàçà (ôóìàðàòã³äðàòàçà) êàòà-

ë³çóº ã³äðàòàö³þ ôóìàðîâî¿ êèñëîòè â L-ÿáëó÷íó (ìàëàò):

COOH

+ ФАД

+ ФАДН

Ñóêöèíàò Ôóìàðàò

CH COOH

COOH

COOHCHHO

+ Н

Ôóìàðàò L-ìàëàò

COOH

COOHCHHO

COOH

COOHCO

+ НАД

+ НАДН + Н

L-ìàëàò Îêñàëîàöåòàò

8. Ìàëàò îêèñíþºòüñÿ ÍÀÄ-çàëåæíîþ ìàëàòäåã³äðîãåíàçîþ äî îê-

ñàëîàöåòàòó:

Ìîëåêóëà îêñàëîàöåòàòó ìîæå ç'ºäíóâàòèñü ³ç íîâîþ ìîëåêóëîþ

àöåòèë-ÊîÀ ³ ïî÷èíàòè íîâèé îáåðò öèêëó.

Íà ðèñ. 8.17 ïîêàçàíà ïîñë³äîâí³ñòü ðåàêö³é öèêëó ëèìîííî¿ êèñ-

ëîòè. Àíàë³ç ïîñë³äîâíîñò³ äîçâîëÿº çðîáèòè ðÿä âèñíîâê³â:

1. Ó öèêë âõîäèòü äâîâóãëåöåâà àöåòèëüíà ãðóïà (â ñêëàä³ àöåòèë-

ÊîÀ), à âèõîäÿòü 2 ìîëåêóëè ÑÎ

2. Ó ÷îòèðüîõ ðåàêö³ÿõ äåã³äðóâàííÿ â³ä ïðîì³æíèõ ïðîäóêò³â öèê-

ëó â³äðèâàþòüñÿ 4 ïàðè àòîì³â âîäíþ. ²ç íèõ 3 ïàðè âèêîðèñòîâóþòüñÿ

íà â³äíîâëåííÿ ÍÀÄ

, à îäíà ïàðà – ÔÀÄ.

3. ×àñòèíà àòîì³â êèñíþ, íåîáõ³äíèõ äëÿ óòâîðåííÿ ÑÎ

, ³ àòîì³â

âîäíþ – äëÿ â³äíîâëåííÿ êîôåðìåíò³â, ïîñòà÷àþòüñÿ ìîëåêóëàìè âîäè,

ÿê³ çàñòîñîâóþòüñÿ â ðåàêö³ÿõ öèêëó.

318

СН

СО–SKoA + 3 НАД

+ ФАД + ГДФ + Ф

+ 2 Н

2 СО

+ З НАДН + 3 Н

+ ФАДН

+ ГТФ + KoASH

Ðèñ. 8.17. Öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè.

Ôåðìåíòè: 1 – öèòðàò-ñèíòàçà; 2 – àêîí³òàçà; 3 – ³çîöèòðàòäåã³äðîãåíàçà;

4 –

-êåòîãëóòàðàòäåã³äðîãåíàçíèé êîìïëåêñ; 5 – ñóêöèíàò-ò³îê³íàçà; 6 –

ñóêöèíàòäåã³äðîãåíàçà; 7 – ôóìàðàòã³äðàòàçà; 8 – ìàëàòäåã³äðîãåíàçà.

4. Ìîëåêóëà îêñàëîàöåòàòó, ùî ïîòðàïëÿº â öèêë, ó ðåçóëüòàò³ îäíîãî

îáåðòó öèêëó ðåãåíåðóºòüñÿ. Òàêèì ÷èíîì, îêñàëîàöåòàò ó öèêë³ íå âè-

òðà÷àºòüñÿ ³ íàíîâî íå óòâîðþºòüñÿ (ÿê ³ ³íø³ ïðîì³æí³ ïðîäóêòè öèêëó).

5. Îäèí ðàç ó öèêë³ ìàº ì³ñöå ðåàêö³ÿ ñóáñòðàòíîãî ôîñôîðèëþ-

âàííÿ, êîëè çà ðàõóíîê ìàêðîåðã³÷íîãî çâ'ÿçêó ñóáñòðàòó óòâîðþºòüñÿ

ìîëåêóëà ÃÒÔ (ÀÒÔ).

Ñóìàðíå ð³âíÿííÿ öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè ìàº âèãëÿä:

Äëÿ íîâèõ îáåðò³â öèêëó â³äíîâëåí³ êîôåðìåíòè ïîâèíí³ îêèñíè-

òèñü, ùî â³äáóâàºòüñÿ øëÿõîì ïåðåíîñó åëåêòðîí³â ³ ïðîòîí³â ïî äè-

õàëüíîìó ëàíöþãó âíóòð³øíüî¿ ìåìáðàíè ì³òîõîíäð³é íà ìîëåêóëÿðíèé

êèñåíü ç óòâîðåííÿì ìîëåêóë âîäè. Ñàìå òîìó öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè º

àåðîáíèì êèñíåçàëåæíèì øëÿõîì, õî÷ ó æîäí³é ðåàêö³¿ öèêëó ìîëåêó-

ëÿðíèé êèñåíü íå âèêîðèñòîâóºòüñÿ. Çà ðàõóíîê îêèñíþâàëüíîãî ôîñ-

ôîðèëþâàííÿ, ïîºäíàíîãî ç ïåðåíîñîì åëåêòðîí³â ³ ïðîòîí³â ïî äèõàëü-

íîìó ëàíöþãó, çàáåçïå÷óºòüñÿ ñèíòåç îñíîâíî¿ ê³ëüêîñò³ ÀÒÔ. Âðàõîâó-

КоА-SH

СО

НАДН + Н

ФАД

ФАДН

НАД

НАДН + Н

НАД

НАДН + Н

ГДФ + Ф

ГТФ

Цитрат

SKoA

Ізоцитрат

α-кетоглутарат

Сукциніл-КоА

Сукцинат

Фумарат

Малат

Оксалоацетат

319

þ÷è, ùî îêèñíåííÿ îäí³º¿ ìîëåêóëè ÍÀÄÍ ïðèçâîäèòü äî óòâîðåííÿ 3

ìîëåêóë ÀÒÔ, îêèñíåííÿ îäí³º¿ ìîëåêóëè ÔÀÄÍ

– 2 ÀÒÔ, çàãàëüíèé

âèõ³ä ÀÒÔ ïðè îêèñíåíí³ îäí³º¿ ìîëåêóëè àöåòèë-ÊîÀ ñêëàäàº:

6.3. Åíåðãåòè÷íèé áàëàíñ àåðîáíîãî ðîçïàäó ãëþêîçè

Äëÿ ç'ÿñóâàííÿ ê³ëüêîñò³ ÀÒÔ, ÿêà ñèíòåçóºòüñÿ ïðè ïîâíîìó îêèñ-

íåíí³ ãëþêîçè äî ÑÎ

³ Í

Î, íåîáõ³äíî ñóìóâàòè âèõ³ä ÀÒÔ ó êîæí³é

ñòàä³¿ ïðîöåñó:

1) ãë³êîë³çó â àåðîáíèõ óìîâàõ;

2) îêèñíþâàëüíîãî äåêàðáîêñèëþâàííÿ ï³ðóâàòó;

3) öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè;

4) äèõàëüíîãî ëàíöþãà.

Ïðè ãë³êîë³òè÷íîìó ðîçïàä³ îäí³º¿ ìîëåêóëè ãëþêîçè â àåðîáíèõ

óìîâàõ óòâîðþþòüñÿ 2 ìîëåêóëè ï³ðîâèíîãðàäíî¿ êèñëîòè, 2 ÀÒÔ ³ 2

ÍÀÄÍ:

+ 2 АДФ + 2 Ф

+ 2 НАД

2С

+ 2 АТФ + 2 НАДН + Н

Îêèñíþâàëüíå äåêàðáîêñèëþâàííÿ äâîõ ìîëåêóë ï³ðóâàòó äàº 2

àöåòèë-ÊîÀ ³ 2 ÍÀÄÍ:

2 × (піруват + НАД

+ КоА-SН ацетил-КоА + СО

+ НАДН + Н

Ïðè îêèñíåíí³ 1 ìîëåêóëè àöåòèë-ÊîÀ, ÿê ðîçãëÿíóòî âèùå, óòâî-

ðþºòüñÿ 12 ìîëåêóë ÀÒÔ. Îêèñíåííÿ â äèõàëüíîìó ëàíöþãó ìîëåêóë

ÍÀÄÍ, ÿê³ óòâîðþþòüñÿ ïðè ãë³êîë³ç³ é îêèñíþâàëüíîìó äåêàðáîêñè-

ëþâàíí³ ï³ðóâàòó, äàº ïî 3 ÀÒÔ íà 1 ÍÀÄÍ.

Ñóìóºìî:

АТФ

1 молекула глюкози

2 молекули пірувату +2 НАДН 2+2•3=8

2 молекули пірувату

2 ацетил-КоА + 2СО

+ 2 НАДН 2•3=6

2 ацетил-КоА

4СО

+ 4 Н

О 2•12=24

+ 6 О

6 СО

+ 6 Н

О 38 молекул АТФ

Ñóìàðíèé âèõ³ä ÀÒÔ ó ðåçóëüòàò³ ïîâíîãî îêèñíåííÿ 1 ìîëåêóëè

ãëþêîçè ñêëàäàº 38 ìîëåêóë (àáî 38 ìîëü íà 1 ìîëü ãëþêîçè). ²ç 38 ìîëå-

êóë ÷îòèðè ñèíòåçóþòüñÿ øëÿõîì ñóáñòðàòíîãî ôîñôîðèëþâàííÿ (2 – â

ãë³êîë³ç³ é 2 – â öèêë³ ëèìîííî¿ êèñëîòè) ³ 34 – â õîä³ îêèñíþâàëüíîãî

ôîñôîðèëþâàííÿ, ïîºäíàíîãî ç ïåðåíåñåííÿì åëåêòðîí³â ïî äèõàëüíîìó

ëàíöþãó.

Ïðîòå â òàêîìó ðîçðàõóíêó íå ïðèéíÿòî äî óâàãè, ùî ãë³êîë³ç

â³äáóâàºòüñÿ â öèòîïëàçì³, à òêàíèííå äèõàííÿ ç îêèñíþâàëüíèì ôîñ-

ôîðèëþâàííÿì – ó ì³òîõîíäð³ÿõ. Ìåìáðàíà ì³òîõîíäð³é íåïðîíèêíà

3 НАДН 3НАД

– 9 АТФ

ФАДН

ФАД – 2 АТФ

ГДФ + Ф

ГТФ – 1 АТФ

Разом 12 АТФ

320

Ðèñ. 8.18. Ìàëàò-àñïàðòàòíà ÷îâíèêîâà ñèñòåìà.

1 – ìàëàòäåã³äðîãåíàçíà ðåàêö³ÿ â öèòîïëàçì³;

2 – ìàëàòäåã³äðîãåíàçíà ðåàêö³ÿ ó ì³òîõîíäð³ÿõ;

3 – àñïàðòàòàì³íîòðàñôåðàçíà ðåàêö³ÿ ó ì³òîõîíäð³ÿõ;

4 – àñïàðòàòàì³íîòðàñôåðàçíà ðåàêö³ÿ â öèòîïëàçì³.

äëÿ ÍÀÄÍ, óòâîðåíîãî ï³ä ÷àñ ãë³êîë³òè÷íîãî îêèñíåííÿ ãë³öåðàëüäåã³ä-

3-ôîñôàòó â öèòîïëàçì³. Òîìó äëÿ ïåðåäà÷³ âîäíþ ç öèòîïëàçìàòè÷íèõ

ÍÀÄÍ íà äèõàëüíèé ëàíöþã âíóòð³øíüî¿ ìåìáðàíè ì³òîõîíäð³é ³ñíó-

þòü îñîáëèâ³ ñèñòåìè, ÿê³ íàçèâàþòüñÿ ÷îâíèêîâèìè. Ìåõàí³çì ¿õ ä³¿

òàêèé: öèòîïëàçìàòè÷íèé ÍÀÄÍ â³äíîâëþº ÿêóñü ðå÷îâèíó, ¿¿ â³äíîâ-

ëåíà ôîðìà ïåðåíîñèòüñÿ ÷åðåç ìåìáðàíó â ìàòðèêñ ì³òîõîíäð³é, äå

îêèñíþºòüñÿ ÍÀÄ- ÷è ÔÀÄ-çàëåæíèì ôåðìåíòîì ³ ïîâåðòàºòüñÿ â

öèòîïëàçìó. Â³äíîâëåíèé ÍÀÄÍ ÷è ÔÀÄÍ â³ääàº åëåêòðîíè ³ ïðîòîíè

íà äèõàëüíèé ëàíöþã âíóòð³øíüî¿ ì³òîõîíäð³àëüíî¿ ìåìáðàíè.

Ó êë³òèíàõ ïå÷³íêè, ì³îêàðäà ³ íèðîê ôóíêö³îíóº ìàëàò-àñïàðòàò-

íà ÷îâíèêîâà ñèñòåìà (ðèñ. 8.18), ÿêà çàáåçïå÷óº óòâîðåííÿ 3 ìîëåêóë

ÀÒÔ íà îäíó ìîëåêóëó öèòîïëàçìàòè÷íîãî ÍÀÄÍ. Ó ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ

³ êë³òèíàõ ìîçêó ïåðåíîñ âîäíþ ç öèòîïëàçìàòè÷íîãî ÍÀÄÍ çä³éñíþº

ãë³öåðîëôîñôàòíà ÷îâíèêîâà ñèñòåìà (ðèñ. 8.19). Ó öüîìó âèïàäêó ì³òî-

õîíäð³àëüíà ãë³öåðîë-3-ôîñôàòäåã³äðîãåíàçà º ôëàâ³íîâèì ôåðìåíòîì,

ÿêèé ïåðåäàº 2 àòîìè âîäíþ íà óá³õ³íîí, òîìó óòâîðþþòüñÿ íå 3 ìîëå-

êóëè ÀÒÔ, à 2. Òàêèì ÷èíîì, ó ñêåëåòíèõ ì'ÿçàõ ³ ìîçêó îêèñíåííÿ 2

ìîëåêóë öèòîïëàçìàòè÷íîãî ÍÀÄÍ äàº 4 ìîëåêóëè ÀÒÔ. Îòæå, ñóìàð-

íèé âèõ³ä ÀÒÔ ³ç ìîëåêóëè ãëþêîçè ñêëàäàº 36 ìîëåêóë.

Ïðè ïîâíîìó îêèñíåíí³ ãëþêîçè âèâ³ëüíÿºòüñÿ 2880 êÄæ/ìîëü

åíåðã³¿. Âðàõîâóþ÷è, ùî â³ëüíà åíåðã³ÿ óòâîðåííÿ ÀÒÔ ó ô³ç³îëîã³÷íèõ

óìîâàõ êë³òèíè äîð³âíþº ïðèáëèçíî 50 êÄæ/ìîëü, åôåêòèâí³ñòü àêó-

ìóëÿö³¿ åíåðã³¿ â ìàêðîåðã³÷íèõ çâ'ÿçêàõ ÀÒÔ ïðè îêèñíåíí³ ãëþêîçè

ñòàíîâèòü: 38×50×100 : 2880=65 %.

Ðåøòà åíåðã³¿ âòðà÷àºòüñÿ ó âèãëÿä³ òåïëà.

Глюкоза

2 Піруват

НАД

Гліколіз

Малат

Оксало-

ацетат

НАДН

Аспартат

Мембрана

Малат

Оксало-

ацетат

Аспартат

НАД

НАДН

дихальний

ланцюг

Матрикс

мітохондрій

Цитоплазма

321

Ðèñ. 8.19. Ãë³öåðîëôîñôàòíà ÷îâíèêîâà ñèñòåìà.

1 – öèòîïëàçìàòè÷íà ÍÀÄ-çàëåæíà ãë³öåðîë-3-ôîñôàòäåã³äðîãåíàçà;

2 – ì³òîõîíäð³àëüíà ÔÀÄ-çàëåæíà ãë³öåðîë-3-ôîñôàòäåã³äðîãåíàçà.

Глюкоза

2 Піруват

НАД

Гліколіз

Гліцерол-

3-фосфат

Діоксіацетон-

фосфат

НАДН

Мембрана

ФАД

ФАДН

Матрикс

мітохондрій

Цитоплазма

Гліцерол-

3-фосфат

Діоксіацетон-

фосфат

дихальний

ланцюг

6.4. Ðîëü öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè â àíàáîë³çì³

ßê ðîçãëÿíóòî âèùå, öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè ñëóæèòü äëÿ îêèñíåííÿ

äî ÑÎ

³ Í

Î àöåòèë-ÊîÀ ³, òàêèì ÷èíîì, º çàêëþ÷íèì åòàïîì êàòàáîë³ç-

ìó âóãëåâîä³â, æèðíèõ êèñëîò ³ àì³íîêèñëîò. Àëå, êð³ì òîãî, öèêë â³ä³ãðàº

çíà÷íó ðîëü ³ â á³îñèíòåç³ îñíîâíèõ êëàñ³â á³îìîëåêóë. Òàê, ñóáñòðàò ³

ïðîì³æí³ ïðîäóêòè ìîæóòü âèõîäèòè ç öèêëó ³ âèêîðèñòîâóâàòèñü ÿê ïî-

ïåðåäíèêè äëÿ á³îñèíòåçó ð³çíèõ ñïîëóê. Çîêðåìà, α-êåòîãëóòàðàò, îêñà-

ëîàöåòàò, à òàêîæ ò³ñíî çâ'ÿçàíèé ³ç öèêëîì ëèìîííî¿ êèñëîòè ï³ðóâàò

âèêîðèñòîâóþòüñÿ äëÿ ñèíòåçó àì³íîêèñëîò. Îêñàëîàöåòàò º ïðîì³æíèì

ïðîäóêòîì ãëþêîíåîãåíåçó – ïðîöåñó ñèíòåçó ãëþêîçè ç íåâóãëåâîäíèõ

ïîïåðåäíèê³â (ëàêòàòó ³ ï³ðóâàòó, àì³íîêèñëîò). Òàêèì ÷èíîì, áóäü-ÿêèé

ïðîì³æíèé ïðîäóêò öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè, ïåðåõîäÿ÷è â îêñàëîàöåòàò,

ìîæå çàñòîñîâóâàòèñü äëÿ ñèíòåçó ãëþêîçè ³ ãë³êîãåíó. Àöåòèë-ÊîÀ º

âèõ³äíîþ ðå÷îâèíîþ äëÿ ñèíòåçó æèðíèõ êèñëîò, ÿêèé çä³éñíþºòüñÿ â

öèòîïëàçì³. ² îñê³ëüêè àöåòèë-ÊîÀ óòâîðþºòüñÿ â ì³òîõîíäð³ÿõ, à ÷åðåç

ì³òîõîíäð³àëüíó ìåìáðàíó ïðÿìî íå ïåðåíîñèòüñÿ, òðàíñïîðòíîþ ñèñòå-

ìîþ º ñàìà ëèìîííà êèñëîòà. Òîáòî â óìîâàõ, ÿê³ ñïðèÿþòü âèêîðèñòàí-

íþ àöåòèë-ÊîÀ äëÿ ñèíòåçó æèðíèõ êèñëîò, ì³òîõîíäð³àëüíà öèòðàò-ñèí-

òàçà êàòàë³çóº óòâîðåííÿ ëèìîííî¿ êèñëîòè, ÿêà íå ïî÷èíàº öèêë, à âèõî-

äèòü ó öèòîïëàçìó, äå ï³ä ä³ºþ ôåðìåíòó öèòðàòë³àçè ðîçïàäàºòüñÿ íà

àöåòèë-ÊîÀ é îêñàëîàöåòàò. Ùå îäèí ïðîì³æíèé ïðîäóêò öèêëó ëèìîí-

íî¿ êèñëîòè – ñóêöèí³ë-ÊîÀ – âèêîðèñòîâóºòüñÿ äëÿ ñèíòåçó ãåìó.

Ïðè çàñòîñóâàíí³ ïðîì³æíèõ ïðîäóêò³â öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè

(â³ä öèòðàòó äî îêñàëîàöåòàòó) äëÿ á³îñèíòåçó ð³çíèõ ðå÷îâèí ó êë³òèí³

çíèæóºòüñÿ âì³ñò îêñàëîàöåòàòó ³ â ðåçóëüòàò³ àêòèâí³ñòü öèêëó ïîâèí-

íà áè çìåíøóâàòèñü àæ äî çóïèíêè éîãî. Òàêà â³ðîã³äí³ñòü çàïîá³ãàºòü-

ñÿ ðåàêö³ÿìè, ÿê³ ïîêðèâàþòü âòðàòè ïðîì³æíèõ ïðîäóêò³â öèêëó. Îñ-

íîâíîþ ç íèõ º ïåðåòâîðåííÿ â ì³òîõîíäð³ÿõ ï³ðóâàòó â îêñàëîàöåòàò

ï³ä ä³ºþ ï³ðóâàòêàðáîêñèëàçè:

322

Ó ï³ðóâàòêàðáîêñèëàç³ êîôåðìåíòîì âèñòóïàº â³òàì³í á³îòèí. Çà

ðàõóíîê ðîçùåïëåííÿ ÀÒÔ óòâîðþºòüñÿ ïðîì³æíèé êîìïëåêñ – ôåð-

ìåíò-á³îòèí-ÑÎÎ

, ç ÿêîãî êàðáîêñèëüíà ãðóïà ïåðåíîñèòüñÿ íà ï³ðó-

âàò. Àêòèâàòîðîì ï³ðóâàòêàðáîêñèëàçè º àöåòèë-ÊîÀ. Òàêèì ÷èíîì,

ïðè íàÿâíîñò³ àöåòèë-ÊîÀ ³ íåäîñòà÷³ îêñàëîàöåòàòó ñòèìóëþºòüñÿ ï³ðó-

âàòêàðáîêñèëàçíà ðåàêö³ÿ, â ðåçóëüòàò³ óòâîðþºòüñÿ á³ëüøå îêñàëîà-

öåòàòó, ùî çàáåçïå÷óº ñèíòåç ëèìîííî¿ êèñëîòè ³ ôóíêö³îíóâàííÿ öèê-

ëó. Âèêîðèñòàííÿ ïðîì³æíèõ ïðîäóêò³â öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè ç á³î-

ñèíòåòè÷íîþ ìåòîþ ïîâèííî ñóïðîâîäæóâàòèñü êàòàáîë³÷íîþ

àêòèâí³ñòþ öèêëó äëÿ óòâîðåííÿ ÀÒÔ, ÿêèé íåîáõ³äíèé äëÿ çä³éñíåí-

íÿ ðåàêö³é àíàáîë³çìó. Òàêèì ÷èíîì, öèêë ïîâèíåí îäíî÷àñíî âèêîíó-

âàòè îáèäâ³ ôóíêö³¿. Çàçíà÷èìî, ùî îêèñíåííÿ àöåòèë-ÊîÀ â öèêë³,

òîáòî êàòàáîë³÷íà ôóíêö³ÿ, íå âèìàãàº îäíî÷àñíîãî çàñòîñóâàííÿ ïðî-

ì³æíèõ ïðîäóêò³â äëÿ ñèíòåçó á³îìîëåêóë.

Îòæå, öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè ðàçîì ³ç òêàíèííèì äèõàííÿì ³ îêèñ-

íþâàëüíèì ôîñôîðèëþâàííÿì çàáåçïå÷óº óòâîðåííÿ îñíîâíî¿ ê³ëüêîñò³

ÀÒÔ ó êë³òèí³, îá'ºäíóº ïðîöåñè ìåòàáîë³çìó âñ³õ îñíîâíèõ êëàñ³â

á³îìîëåêóë, çâ'ÿçóº ïðîöåñè êàòàáîë³çìó é àíàáîë³çìó.

6.5. Ðåãóëÿö³ÿ öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè

Öèêë ëèìîííî¿ êèñëîòè ðåãóëþºòüñÿ ðÿäîì ôàêòîð³â. Ïî-ïåðøå,

êîíöåíòðàö³ºþ ñóáñòðàò³â – àöåòèë-ÊîÀ ³ îêñàëîàöåòàòó. Àöåòèë-ÊîÀ

óòâîðþºòüñÿ ïðè êàòàáîë³çì³ âóãëåâîä³â ³ æèðíèõ êèñëîò, éîãî ð³âåíü

âèçíà÷àºòüñÿ àêòèâí³ñòþ ï³ðóâàòäåã³äðîãåíàçíî¿ ðåàêö³¿ ³ îêèñíåííÿì

æèðíèõ êèñëîò. Êîíöåíòðàö³ÿ â ì³òîõîíäð³ÿõ îêñàëîàöåòàòó, ÿêèé óò-

âîðþºòüñÿ â ï³ðóâàòêàðáîêñèëàçí³é ðåàêö³¿, à òàêîæ ç àñïàðàã³íîâî¿

êèñëîòè, äîñèòü íèçüêà ³ çàëåæèòü â³ä ìåòàáîë³÷íèõ óìîâ. Âèêîðèñòî-

âóºòüñÿ îêñàëîàöåòàò ó ð³çíèõ ìåòàáîë³÷íèõ øëÿõàõ:

1) ó öèêë³ ëèìîííî¿ êèñëîòè;

2) äëÿ ãëþêîíåîãåíåçó;

3) äëÿ óòâîðåííÿ àñïàðàã³íîâî¿ êèñëîòè, ÿêà çàñòîñîâóºòüñÿ äëÿ

ñèíòåçó ïóðèí³â, ï³ðèì³äèí³â, àðã³í³íó ³ ñå÷îâèíè;

4) äëÿ êîìïåíñàö³¿ âòðàò ³ç öèêëó ëèìîííî¿ êèñëîòè ³íøèõ ïðî-

ì³æíèõ ïðîäóêò³â (öèòðàòó, α-êåòîãëóòàðàòó, ñóêöèí³ë-ÊîÀ).

Ó íîðìàëüíèõ óìîâàõ áàëàíñ ì³æ ê³ëüê³ñòþ àöåòèë-ÊîÀ é îêñàëîà-

öåòàòó äîñÿãàºòüñÿ çàâäÿêè àêòèâàö³¿ àöåòèë-êîåíçèìîì À ï³ðóâàòêàð-

áîêñèëàçíî¿ ðåàêö³¿. Áàëàíñ ïîðóøóºòüñÿ ï³ä ÷àñ ãîëîäóâàííÿ, êîëè âíàñ-

COOH

+ CO

+ АТФ

+ АДФ + Ф

Ï³ðóâàò Îêñàëîàöåòàò