Биоенергетика Цели Цели на преподавателя

ПДХ се инхибира алостерично от високи стойности на отношенията [АТФ] / [АДФ], [НАДН] / [НАД⁺] и [ацетилКоА] / [КоА], които са показатели за наличие на енергия и субстрати. При намаляване на тези отношения АМФ, КоА и НАД⁺ активират алостерично ПДХ.

Интензитетът на цикъла се намалява при недостиг на субстратите (оксалацетат и ацетил-КоА) или НАД⁺. Сукцинил-КоА, АТФ и цитрат са алостерични инхибитори на началните реакции. Са²⁺ сигнализират мускулното съкращение и стимулират окислителните реакции, при които се отделя и акумулира енергия.

Влияние на отношенията на нуклеотидите: АТФ/АДФ и НАДН/НАД⁺.
Вече знаем какво представлява дихателният контрол (т. 5.4.7). Посредством отношението АТФ/АДФ се регулира интензитета на окисление и окислително фосфорилиране в дихателните вериги. Те от своя страна регулират интензитета и на цитратния цикъл. Активността на цикъла зависи от доставянето на окислени дехидрогеназни кофактори (НАД и ФАД), което пък зависи от наличието на АДФ, т.е от скоростта на използване на АТФ. Следователно, при наличие на кислород, скоростта на използване на АТФ за работа определя скоростта на окисление и активността на цикъла.

Алостерично повлияване
Ефекторите могат да бъдат нуклеотиди, метаболити от самия цикъл или други вещества.
Всички регулаторни дехидрогенази се активират от Са²⁺, чиято концентрация нараства при мускулно съкращение и секреция - т.е. при процеси, изискващи енергия.
Цитрат синтазата се инхибира алостерично от АТФ и НАДН. Изоцитрат дехидрогеназата се стимулира алостерично от АДФ, а НАДН и АТФ действат като алостерични инхибитори.
Пируват дехидрогеназният и -кетоглутарат дехидрогеназният комплекс се инхибират алостерично от НАДН и ацетилКоА/сукцинил КоА.

Особено важни за регулацията са субстратите оксалацетат и ацетилКоА.

АцетилКоА е мощен алостеричен активатор на пируват карбоксилазата (глава 6).

Тази система на контрол и балансиране обезпечава при нормално постъпване и използване на междинните метаболити регулация на биохимичните реакции - за да няма нито излишък, нито недостиг на метаболити. Нарушения на този баланс се получават при гладуване и диабет.

5.6.7 Попълващи (анаплеротични) реакции

Пируватът, освен като източник на ацетил-КоА (реакция 1 на фиг. 5-32), при необходимост може да се превръща и в оксалацетат (реакция 2 на фиг. 5-32). Това е много важна попълваща (анаплеротична) реакция за цитратния цикъл. Тя представлява лигазно карбоксилиране на пируват до оксалацетат.

Чрез тази реакция се поддържа нивото на оксалацетат, началния задвижващ и краен метаболит на цитратния цикъл. Тази реакция е втора връзка между гликолиза и цитратен цикъл, освен окислителното декарбоксилиране на пируват. Освен това, тя е част от глюконеогенеза (вж т. 6.2.2).

5.7. Приложение на познанията в клиничната практика

5.7.1. Пируват дехидрогеназна недостатъчност

При деца са описани различни смущения в пируватния метаболизъм, дължащи се на недостатъчност на една или друга каталитична или регулаторна субединица на пируват дехидрогеназния комплекс (ПДХ). Обикновено това води до повишени нива на лактат, пируват и аланин в серума, което води до хронична лактатна ацидоза. При такива пациенти се наблюдават тежки неврологични разстройства и в повечето случаи се стига до смърт.

Диагнозата на пируват дехидрогеназната недостатъчност се поставя обикновено чрез определяне активността на ензимния комплекс и/или активността на отделни субединици в култури от кожни фибробласти, взети от пациент.
В някои случаи пациентите се повлияват добре от кетогенна диета, а въглехидрати се поемат в минимално количество.

Пируват дехидрогеназният комплекс е активен във дефосфорилираната си форма и неактивен във фосфорилираната форма. При шок поради намалено снабдяване на тъканите с кислород се инхибира пируват дехидрогеназния комплекс и се развива лактатна ацидоза. Затова в този случай се дава дихлорацетат, който инхибира киназата на ПДХ комплекс и следователно активира ПДХ комплекс [7] - виж фиг. 5-33.

Фиг. 5-33. Активиране на пируват дехидрогеназния комплекс чрез дихлороацетат, който инхибира киназата на ПДХ комплекс и не позволява да се получи неактивната фосфорилирана форма на комплекса.

5.7.2. Хипоксични увреждания на тъкани

В процес на разработка

5.8. Материали за самостоятелна работа

Те отразяват спрягането между електронния транспорт, протонната транслокация и синтезата

5.9 Литература

1. Николов, Т. Обща биохимия за биолози и биохимици, 1991,

6. Hinkle, P. C., Kumar, M. A., Resetar, A. and Harris, D. L. Biochemistry, 30, 1991, 3576-3582. Mechanistic stoichiometry of mitochondrial oxidative phosphorylation.

7. Cross, R. L. Ann. Rev. Biochem. 50, 1987, 687.

8. Misra, P. S., Lefevre, A., Ishii, H.., Rubin, E. and Lieber, C. S. Am. J. Med. 51, 1971, 346. Increase of ethanol, meprobamate and pentobarbital metabolism after chronic ethanol administration in man and rats.