Piruvato dekarboksilinimas (sąryšio reakcija) – acetil‑CoA susidarymas

Sužinokite, kaip sąryšio reakcija (piruvato dekarboksilinimas) mitochondrijose formuoja acetil‑CoA — kertinį Krebso ciklo substratą ir energijos apykaitos raktą.

Sąryšio reakcija, dar vadinama piruvato dekarboksilinimu, yra esminė jungtis tarp glikolizės ir citrinų rūgšties arba Krebso ciklo medžiagų apykaitos kelių. Ji užtikrina, kad glikolizės gale susidaręs piruvatas būtų paverstas į aktyviąją acilinę grupę — acetil‑CoA, kuri toliau oksiduojama Krebso cikle arba naudojama biosintezėje.

Vieta ir sąlygos

Eukariotuose piruvato dekarboksilinimas vyksta mitochondrijų matricoje; piruvatas į mitochondrijas patenka per mitochondrijų piruvato nešiklį (mitochondrialų piruvato carrier). Prokariotuose analogiškos reakcijos dažniausiai vyksta citoplazmoje arba prie plazminės membranos, priklausomai nuo organizmo.

Cheminė lygtis ir produkto reikšmė

Supaprastinta reakcija rašoma taip:

• Piruvatas + CoA + NAD⁺ → Acetil‑CoA + CO₂ + NADH + H⁺

Acetil‑CoA patenka į Krebso ciklą, o NADH vėliau naudojamas elektronų pernešimo grandinėje energijai (ATP) gaminti. CO₂ yra laisvai išskiriamas.

Enziminis aparatas ir kofaktoriai

Piruvato dekarboksilinimą katalizuoja didelis daugenzinis kompleksas — piruvato dehidrogenazės kompleksas (PDH), susidedantis iš trijų pagrindinių komponentų:

• E1 (piruvato dekarboksilazė) — atlieka piruvato dekarboksilinimą.
• E2 (dihidrolipoilacetiltransferazė) — perneša acetilgrupę ant CoA ir sudaro acetil‑CoA.
• E3 (dihidrolipoildehidrogenazė) — regeneruoja oksiduotą lipoamidą ir perneša elektronus iki FAD/NAD⁺.

Reikalingi kofaktoriai: tiamin difosfatas (TPP), lipoamidas (prijungtas prie E2), CoA (veikiantis kaip acilo pernešėjas), FAD ir NAD⁺. Šių kofaktorių sinergija leidžia atlikti kelis tarpininkinius žingsnius: piruvato dekarboksilinimas ir perklotine acetilgrupės pernešimas į CoA, kartu susidarant NADH.

Trumpos katalizinės stadijos

• Piruvatas dekokarboksilinamas E1 ir susidaro hidroksietil‑TPP (CO₂ atskiriamas).
• Hidroksietil‑TPP perneša acilo grupę ant lipoamido (E2), sudarydamas acetil‑dihidrolipoamidą.
• Acetilgrupė pernešama ant CoA — susidaro acetil‑CoA.
• Sumažintas lipoamidas oksiduojamas E3: elektronai perduodami FAD → FADH₂, o vėliau į NAD⁺, gaunant NADH.

Reguliavimas

PDH kompleksas yra griežtai reguliuojamas, kad prisitaikytų prie ląstelės energetinių poreikių:

• Reguliacinės fosforilazės/fosfatazės: PDH kinazė (PDK) fosforilina ir inaktyvuoja PDH; PDH fosfatazė defosforilina ir aktyvuoja.
• Metabolitų įtaka: aukštas ATP, acetil‑CoA ir NADH skatina PDK veiklą (slopina PDH), o ADP ir piruvatas slopina PDK (skatina PDH aktyvumą).
• Jonai: Ca²⁺ aktyvina PDH fosfatazę — svarbu raumenims per intensyvų darbą.
• Hormoninė kontrolė: insuliną veikiantys keliai didina PDH aktyvumą tam tikrose audiniuose (pvz., kepenyse, riebalinėse ląstelėse), skatinant glukozės panaudojimą.

Biologinė ir klinikinė reikšmė

Piruvato dekarboksilinimas yra kertinis taškas tarp anaerobinio ir aerobinio metabolizmo. Jei PDH aktyvumas mažas arba deguonies trūksta, piruvatas dažnai redukuojamas iki laktato (per laktato dehidrogenazę), kas gali sukelti laktato kaupimąsi ir acidozę.

PDH defektai (paveldimi fermentų kompleksų sutrikimai) sukelia sunkias neurodegeneracines būkles ir laktato acidozę; klinikškai pasireiškia vystymosi atsilikimu, raumenų silpnumu ir kitais simptomais.

Be Krebso ciklo, acetil‑CoA yra pagrindinis substratas riebalų rūgščių sintezei, cholesteroliui ir ketonų kūneliams — taigi PDH aktyvumas turi reikšmę ne tik energijos gamybai, bet ir anaboliniams keliams.

Santrauka

1. Piruvatas dekarboksilinamas — pašalinamas CO₂.
2. Įvyksta acetilgrupės prijungimas prie CoA, susidarant acetil‑CoA, kurį vėliau gali panaudoti Krebso ciklas arba biosintezės keliai.

Sąryšio reakcija yra būtina, kad glikolizės metu susidariusi energija ir substratai būtų pilnai panaudoti aerobinėje oksidacijoje bei biosintezėje.

Paieška pagal raidę