Окислення пірувату до ацетил-КоА
Аеробне дихання розпадається на дві стадії. У першій за достатньої кількості кисню кожна молекула пірувату надходить у мітохондрію, де вона повністю окислюється аеробним шляхом. Спочатку відбувається окисне декарбоксилювання пірувату, тобто. відщеплення СО2 з одночасним окисненням шляхом дегідрування. Під час цих реакцій молекула пірувату з'єднується з речовиною, яка називається коферментом А (КоА або КоА-SH), в результаті чого утворюється ацетилкофермент А. Кількість енергії, що при цьому виділяється, достатньо для утворення в молекулі ацетилкоферменту А високоенергетичного зв'язку. Цей процес є необхідною стадією, завдяки якій вуглеводи (через піруват) включаються в цикл. КоА виконує функцію переносника ацильних (у разі ацетильних груп), як і АТФ виконує функцію переносу фосфатних груп. Ацетильована форма КоА (ацетил-КоА) є тіоефіром, в освіті якої бере участь карбоксильна група оцтової кислоти і тіолова група КоА. Тіоефірний зв'язок відноситься до високоенергетичних зв'язків, що означає, що стандартна вільна енергія гідролізу ацетил-S-КоА виражається великою негативною величиною
Ацетил-S-КоА + Н2О → Ацетат + КоА - SH DG¢ = - 7,52 ккал
Окислювальне декарбоксилювання пірувату до Ацетил-КоА та СО2 вимагає присутності трьох різних ферментів та п'яти коферментів, об'єднаних в один мультиферментний комплекс – піруватдегідрогеназну систему.
Сумарна реакція має вигляд:
СН3СОСООН + КоА-S - H + НАД + → СН3СО
НАДH, що є продуктом цієї реакції, відправляється в дихальний ланцюг мітохондрій.
Рис.12. Загальна схема дихання
2.7.4. Цикл трикарбонових кислот (цикл Кребса)
Другуфазу аеробного дихання становить циклКребса(названий так на честь дослідника, що відкрив його, - сера Ганса Кребса). Ацетильна група ацетил-КоА, що містить 2 атоми вуглецю, включається в цикл Кребса при гідролізі ацетил-КоА. Вона приєднується до щавлевооцтової кислоти – чотиривуглецевої сполуки, внаслідок чого утворюється шестивуглецева лимонна кислота. Для цієї реакції потрібна енергія, її постачає високоенергетичний зв'язок ацетил-КоА. Далі слідує цикл реакцій, в яких ацетильні групи, що надходять у цикл при гідролізі ацетил-КоА, дегідруються з вивільненням чотирьох пар атомів водню і декарбоксилюються з утворенням двох молекул СО2. При декарбоксилюванні для окислення двох атомів вуглецю до СО2 використовується кисень, що відщеплюється від двох молекул води. Цей процес носить назвуокислювального декарбоксилювання. Наприкінці циклу молекула щавлевої кислоти регенерується. Тепер вона здатна вступити в реакцію з новою молекулою ацетил-КоА і повторюється цикл. На кожну окислену молекулу ацетил-КоА утворюється одна молекула АТФ, 4 пари атомів водню, 2 молекули СО2. Водневі атоми приєднуються до НАД+ або ФАД і потрапляють у дихальний ланцюг. Оскільки з однієї окисленої молекули глюкози утворюється 2 молекули ацетил-КоА, для окислення кожної молекули глюкози у процесі дихання потрібно 2 обороти циклу. Тому в кінцевому підсумку при окисленні однієї молекули глюкози синтезується 2 молекули АТФ, виділяється 4 молекули СО2 і вивільняється 8 пар атомів водню, які потім надходять в дихальний ланцюг.
Сумарну реакцію для утворення ацетил-КоА та циклу Кребса можна записати так:
де Ас – акцептор водню.
Мал. 13. Цикл трикарбонових кислот
Цитрат-синтаза
Конденсація ацетил-КоА з оксалоацетатом, що веде до утворення цитрату, каталізується ферментомцитрат-синтазою. У ході цієї реакції метильна група ацетил-КоА приєднується до вуглецю карбонільної групи оксалоацетату з подальшим гідролізом тіоефірного зв'язку та утворенням вільного КоА-SH. Гідроліз супроводжується зменшенням стандартної вільної енергії (7,7 ккал). Цитрат-синтаза відноситься до регуляторних ферментів, вона пригнічується АТФ і НАДН.
О = С – СОО - + С – СН3 + Н2О ® АЛЕ – С – СОО - + HS – CoA + H +
H2C – COO - S – CoA H2C – COO -