12.10. Пируват может превращаться в этанол, лактат или ацетилкофермеит А

Последовательноехь реакций превращения глюкозы в пируват очень схожа у всех организмов и во всех видах клеток. В противоположность этому судьба пируват а в поцессах генерирования энергии обмена веществ различна, Мы рассмотрим три реакции, протекающие с участием пирувата,

1. Этанол образуется из пирувата у дрожжей и некоторых других микроорганизмов. На первой стадии происходит декарбоксилирование пирувата:

(см. скан)

Реакция катализируется пируват-декарбоксилазой, которая содержит в качестве кофермента тиаминпирофосфат. Тиаминпирофосфат является коферментом многих декарбоксилаз (обсуждение механизма действия см. в разд. 13.10). Вторая стадия состоит в восстановлении ацетальдегида в этанол за счет NADH. Эта окислительно-восстановительная реакция катализируется алкогольдегидрогеназой, содержащей в активном центре ион цинка.

Превращение глюкозы в этанол называется спиртовым брожением. Суммарная реакция этого анаэробного процесса имеет следующий вид:

Важно отметить, что NAD+ и NADH не входят в это суммарное уравнение. Восстановление ацетальдегида в этанол приводит к регенерированию NAD+, который используется в реакции, катализируемой глицеральдегид-3-фосфат - дегидрогеназой. Таким образом, в суммарной реакции превращения глюкозы в этанол нет окислительно-восстановительного процесса.

2. Лактат образуется из пирувата в норме у многих микроорганизмов. Реакция имеет место также в клетках высших организмов при ограниченном поступлении кислорода (как в интенсивно работающей мышце). Восстановление пирувата за счет NADH с образованием лактата катализируется лактат-дегидрогеназой:

(см. скан)

Суммарная реакция превращения глюкозы в лактат такова:

Как и в случае спиртового брожения, окислительно-восстановительного процесса в суммарной реакции нет. NADH, образующийся в результате окисления глицеральдегид-3-фосфата, потребляется при восстановлении пирувата. Регенерирование NAD + при восстановлении пирувата в лактат поддерживает в анаэробных условиях непрерывное течение гликолитического процесса. Если бы регенерирования NAD+ не происходило, гликолиз не мог бы идти дальше образования глицеральдегид-3-фосфата, а следовательно, не происходило бы и образования АТР. На самом деле синтез лактата требует времени, что мы увидим в гл. 15.

3. Только небольшая часть содержащейся в глюкозе энергии высвобождается при ее анаэробном превращении в лактат (или этанол). Значительно большее количество энергии извлекается в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот и в цепи переноса электронов. Включение в этот окислительный путь происходит на уровне («пункт входа») ацетил-кофермента (ацетил-СоА), который образуется в митохондриях при окислительном декарбоксилировании пирувата:

Реакция катализируется пируват-дегидрогеназным комплексом. (Более подробно она рассматривается в следующей главе.)

Рис. 12.11. Схематическое изображение участка дегидрогеназ, связывающего NAD + , Половина этого участка, связывающая NAD+ (окрашена зеленым), подобна по структуре половине, связывающей аденин (окрашено желтым). (Rossmann M.G., Liljas A., Branden С.-I., Banaszak L,J., The Enzymes, 3 rd ed., v. 10, Academic Press, p. 68, 1975.)

NAD + , необходимый для этой реакции и для окисления глицеральдегид-3-фосфата, регенерирует на последнем этапе переноса электронов NADH на по цепи переноса электронов в митохондриях.