Ваш конспект

Общий путь катаболизма: окислительное декарбоксилирование и цикл Кребса

Ключевые тезисы

• Общий путь катаболизма (тканевое дыхание) состоит из окислительного декарбоксилирования пирувата и цикла Кребса.
• Его цель — превратить продукты распада пищи (глюкозу, жирные кислоты, аминокислоты) в доноры водорода для цепи переноса электронов (ЦПЭ).
• Основные энергетические продукты: АТФ, CO₂ и восстановленные коферменты (НАДН, ФАДН₂).
• Суммарный выход энергии из общего пути катаболизма с одного пирувата — 15 молекул АТФ.

Общая схема катаболизма

Пища (белки, жиры, углеводы) → Специфические пути катаболизма (образуются мономеры) → Общий путь катаболизма:

1. Окислительное декарбоксилирование пирувата (образуется ацетил-КоА).
2. Цикл Кребса (распад ацетил-КоА до CO₂ и образование доноров водорода).

Важно: Только продукты общего пути (ацетил-КоА и метаболиты цикла Кребса) являются донорами водорода для ЦПЭ, где и синтезируется основная часть АТФ.

Окислительное декарбоксилирование пирувата

Это превращение пирувата в ацетил-КоА — многостадийный процесс из 5 реакций.

• Где происходит: на внутренней мембране митохондрий.
• Катализирует: пируватдегидрогеназный комплекс (ПДК).
• Состав ПДК:
  • 3 фермента: пируватдекарбоксилаза (E1), дигидролипоилацетилтрансфераза (E2), дигидролипоилдегидрогеназа (E3).
  • 5 коферментов: ТДФ (вит. B1), липоевая кислота, КоА, ФАД, НАД⁺.

Краткая схема реакций:

1. Декарбоксилирование пирувата с участием ТДФ (отщепляется CO₂).
2. Окисление и перенос ацетильного остатка на липоевую кислоту (E2).
3. Перенос ацетильной группы на КоА → образование ацетил-КоА.
4. Восстановление ФАД за счёт окисления липоевой кислоты (E3).
5. Регенерация ФАД путём переноса водородов на НАД⁺ → образование НАДН.

Суммарное уравнение:
Пируват + КоА + НАД⁺ → Ацетил-КоА + НАДН + H⁺ + CO₂

Энергетический выход: 1 НАДН даёт 3 АТФ в ЦПЭ.

Цикл Кребса (ЦТК)

Цикл трикарбоновых кислот — 8 последовательных реакций, в которых ацетил-КоА распадается до 2 молекул CO₂.

• Синонимы: цикл лимонной кислоты, цикл трикарбоновых кислот.
• Где происходит: матрикс митохондрий.

Основные этапы и энергетика:

1. Конденсация ацетил-КоА с оксалоацетатом → цитрат (фермент: цитратсинтаза).
2. Изомеризация цитрата → изоцитрат (через аконитат).
3. Окислительное декарбоксилирование изоцитрата → α-кетоглутарат + НАДН + CO₂ (фермент: изоцитратдегидрогеназа).
4. Окислительное декарбоксилирование α-кетоглутарата → сукцинил-КоА + НАДН + CO₂ (α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс).
5. Превращение сукцинил-КоА → сукцинат + ГТФ (который превращается в АТФ). Единственная реакция субстратного фосфорилирования в цикле.
6. Окисление сукцината → фумарат + ФАДН₂ (фермент: сукцинатдегидрогеназа, ФАД-зависимая).
7. Гидратация фумарата → малат (фермента: фумараза).
8. Окисление малата → оксалоацетат + НАДН (фермент: малатдегидрогеназа).

Энергетический выход с одного ацетил-КоА:

• Окислительное фосфорилирование: 3 НАДН × 3 АТФ + 1 ФАДН₂ × 2 АТФ = 11 АТФ.
• Субстратное фосфорилирование: 1 АТФ (из ГТФ).
• Итого: 12 АТФ из цикла Кребса + 3 АТФ из окислительного декарбоксилирования пирувата = 15 АТФ с одного пирувата.

🎛 Регуляция общего пути катаболизма

Основные типы регуляции:

1. Энергетическим зарядом клетки:

   • Высокий уровень АТФ/НАДН → торможение общего пути (отрицательная обратная связь).
   • Низкий уровень АТФ/НАДН и высокий АДФ/НАД⁺ → активация.

2. Концентрацией метаболитов:

   • Избыток промежуточных продуктов цикла (цитрат, сукцинат и др.) → торможение.
   • Недостаток → активация.

3. Белково-белковыми взаимодействиями:

   • Активация ферментов комплексами (напр., кальмодулин с ионами Ca²⁺).

4. Фосфорилирование/дефосфорилирование:

   • Характерно для пируватдегидрогеназного комплекса (ПДК). Активна его дефосфорилированная форма.

Ключевые регуляторные ферменты:

• ПДК (для окислительного декарбоксилирования).
• Цитратсинтаза, изоцитратдегидрогеназа, α-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс (для цикла Кребса).

Изоцитратдегидрогеназа — катализирует самую медленную и ключевую регуляторную реакцию цикла.

Дополнительные аспекты

• Анаболические функции цикла: метаболиты цикла Кребса используются для синтеза других веществ (жирных кислот, холестерина, аминокислот, глюкозы).
• Восполнение метаболитов (анаплероз): Реакция, катализируемая пируваткарбоксилазой (кофермент — биотин), пополняет запас оксалоацетата, предотвращая остановку цикла.
• Гипоэнергетические состояния (снижение синтеза АТФ) могут быть вызваны:
  • Голоданием (нет субстрата).
  • Гиповитаминозами (дефицит коферментов).
  • Гипоксией (недостаток O₂ для тканевого дыхания).
  • Нарушениями в работе ферментов ЦПЭ или митохондрий.

Выводы

• Общий путь катаболизма — центральный узел энергообмена, связывающий распад всех питательных веществ.
• Окислительное декарбоксилирование пирувата — мост между гликолизом и циклом Кребса.
• Цикл Кребса — главный источник доноров водорода (НАДН, ФАДН₂) для синтеза АТФ в цепи переноса электронов.
• Строгая регуляция процесса обеспечивает соответствие между потребностями клетки в энергии и скоростью её производства.