Окисление пирувата

Окисление пирувата выделяется среди четырёх основных этапов клеточного дыхания — он относительно короткий по сравнению с по сравнению с другими механизмами гликолиза или цикла трикарбоновых кислот. Но это не делает его менее важным! Наоборот, окисление пирувата является ключевым связующим звеном между гликолизом и остальными процессами клеточного дыхания.

После гликолиза остаются две молекулы пирувата с большим количеством энергии, которую можно из них извлечь. Окисление пирувата — это следующий шаг в получении оставшейся энергии в виде $\text{АТФ}$‍, хотя $\text{ATФ}$‍ не производится непосредственно во время окисления пирувата.

У эукариот этот шаг протекает в матриксе — внутреннем пространстве митохондрии. У прокариот он протекает в цитоплазме. В целом, окисление пирувата превращает пируват - трехуглеродную молекулу - в ацетил -$\text{КоА}$‍ — 2-углеродную молекулу, присоединенную к коферменту A. Одновременно образуется $\text{НАДH}$‍ и выделяется одна молекула углекислого газа. Ацетил-$\text{КоА}$‍ выступает в качестве топлива для цикла трикарбоновых кислот на следующем этапе клеточного дыхания.

Пируват получается в результате гликолиза, протекающего в цитоплазме, но окисление пирувата у эукариот протекает в матриксе митохондрий. Таким образом, перед началом химических реакций пируват должен попасть внутрь митохондрии, пройдя сквозь её мембрану в матрикс.

В матриксе пируват преобразуется в результате нескольких стадий.

Стадия 1. От пирувата отделяется карбоксильная группа, выделяясь в виде молекулы углекислого газа, и получается 2-углеродная молекула

Стадия 2. 2-углеродная молекула из первой стадии окисляется, а потерянные в результате окисления электроны подхватываются молекулой ${\text{НАД}}^{+}$‍, образуя $\text{НАДH}$‍.

Стадия 3. Окисленная 2-углеродная молекула (ацетильная группа, выделена зелёным цветом) присоединяется к коферменту А ($\text{КоА}$‍), – органической молекуле, получаемой из витамина B5, в результате образуется ацетил-$\text{КоА}$‍. Ацетил-$\text{КоА}$‍ иногда называют молекулой-переносчиком, поскольку её задача — перенести ацетильную группу в цикл лимонной кислоты.

Перечисленные выше стадии протекают при участии большого комплекса ферментов, который называется пируватдегидрогеназный комплекс. Он состоит из трех взаимосвязанных ферментов включающих в себя более 60 субъединиц. На двух стадиях промежуточные продукты реакции фактически образуют ковалентные связи с комплексом фермента, а точнее, с его кофакторами. Пируватдегидрогеназный комплекс — важная мишень для регуляции, поскольку он контролирует количество ацетил-$\text{КоА}$‍, поступающего в цикл трикарбоновых кислот${}^{1,2,3}$‍.

Если мы рассмотрим два пирувата, которые образуются после гликолиза (для каждой молекулы глюкозы), тогда окисление пирувата можно кратко описать следующим образом.

Зачем нужен ацетил-$\text{КоА}$‍? Ацетил-$\text{КоА}$‍ на следующей стадии клеточного дыхания выступает в качестве топлива для цикла трикарбоновых кислот. Присоединение $\text{КoA}$‍ помогает активировать ацетильную группу, подготавливая её к необходимым для вступления в цикл трикарбоновых кислот реакциям.