Евгений Иринин - Холестериновый атеросклероз, или Как предупредить инфаркт. Немного о гипотезах старения нашего организма

Итак, ацетил-КоА поступил в цикл Кребса. В чем заключается суть этого цикла? Цикл Кребса – это центральная часть общего пути катаболизма питательных субстратов и заключается в окислении ацетил-КоА – ключевого промежуточного соединения в метаболизме всех основных питательных веществ. Цикл представляет собой восемь последовательных реакций, в ходе которых органические кислоты последовательно преобразуются одна в другую. За один оборот цикла, состоящего из восьми ферментативных реакций, происходит полное окисление (сгорание) одной молекулы ацетил-КоА. Рассмотрение сложных реакций цитратного цикла представляется здесь неуместным, и мы остановимся только на образовании некоторых промежуточных соединений, играющих определяющую роль в выработке биоэнергии.

Что цикл Кребса «выдает» за полный оборот? Конечным продуктом окисления ацетил-КоА является углекислый газ (СО 2) – углеродные атомы скелета ацетил-КоА высвобождаются в виде СО 2и вода (Н 2О).

Разумеется, что энергетическая функция цикла заключается не в этом. В каком же веществе заключена энергия после завершения одного оборота цикла Кребса?

Энергия как результат биологического окисления субстратов образуется в митохондриях посредством работы так называемой дыхательной цепи. Организация работы дыхательной цепи осуществляется с помощью синтезированных в цикле Кребса некоторых промежуточных ферментов- дегидрогеназ . Особенность биологического окисления состоит в том, что основной реакцией окисления является реакция дегидрирования – отщепления от субстрата атомов водорода . Важнейшая функция цикла Кребса заключается в дегидрировании «приготовленного» в ходе метаболизма упоминаемого нами ранее ацетил-КоА. В реакциях дегидрирования водородные атомы передаются от субстрата на коферменты дегидрогеназ. Что означают коферменты дегидрогеназ? Чтобы дегидрогеназы могли действовать, необходимо присутствие в их структуре компонента, осуществляющего транспорт водородных атомов. Этот компонент, выполняющий функции первичных акцепторов атомов водорода, отщепляющихся от соответствующих субстратов, и называют коферментом. В зависимости от структуры кофермента дегидрогеназы подразделяются на два основных типа, но мы остановимся только на одном из них – так называемой NAD – дегидрогеназе, которая играет основную роль в процессе энергообразования и в качестве кофермента содержит никотинамид.

Дегидрогеназы отщепляют водородные атомы от молекул клетоного топлива и переносят их на коферменты, в частности, на окисленную форму NAD, образуя ее восстановленную форму – NADH. Какова дальнейшая судьба и роль электронов, присоединившихся к акцепторным молекулам коферментов? Восстановленная форма NADH является сильным восстановителем, то есть донором электронов. Эти электроны от восстановленных коферментов дегидрогеназ должны далее присоединиться к кислороду (акцептору электронов). Но каким образом осуществляется эта передача электронов? В живых системах такая передача осуществляется через так называемую митохондриальную дыхательную цепь, или цепь переноса электронов.

Дыхательная цепьявляется важнейшей системой образования энергии в митохондриях . Дыхательная цепь – это система структурно и функционально связанных друг с другом переносчиков электронов . Она состоит из четырех белковых комплексов, локализованных во внутренней мембране митохондрий. Здесь происходит последовательное окисление и восстановление участников дыхательной цепи, в результате чего высвобождается небольшими порциями энергия . Еще раз подчеркнем, что особенность биологического окисления заключается в том, что существуют переносчики транспорта электронов от исходного донора (субстрата) к конечному акцептору, которым является молекулярный кислород.

Работа цепи переноса электронов начинается с того, что рассмотренная нами молекула NADH отдает электроны следующему переносчику электронов (убихинону) дыхательной цепи, превращаясь в окисленную форму. Таким образом, первым участником дыхательной цепи является рассмотренный нами NADH-дегидрогеназный комплекс, обозначаемый в научной литературе как комплекс I. (Далее мы неоднократно будем обращаться к характеристике и роли этого комплекса в образовании АТФ). Не приводя характеристику трех следующих участников переноса электронов (комплексы II—IV), отметим, что NADH – восстановленный никотинамд-аденин-динуклеотид -является ключевым звеном в «водородной» энергетике, «энергизатором» всех клеток.

Полный процесс окисления субстратов представляет собой цепь последовательных окислительно-восстановительных реакций, в ходе которых происходит взаимодействие между переносчиками электронов. Каждый промежуточный переносчик вначале выступает в роли акцептора электронов и из окисленного состояния переходит в восстановленную форму. Затем он передает электроны следующему переносчику и снова возвращается в окисленное состояние. Возникает цепь окислительно-восстановительных реакций. Здесь важно отметить, что при поэтапном окислении – восстановлении элементов дыхательной цепи высвобождается небольшими порциями энергия . Конечный переносчик электронов (называется цитохромоксидаза) – осуществляет последнюю реакцию в дыхательной цепи и переносит электроны на кислород . На этом завершающем этапе дыхательной цепи происходит полное восстановление молекулы кислорода с образованием молекулы воды Н 2О. Окисление органических веществ в клетках, сопровождающееся потреблением кислорода и синтезом воды, называют тканевым дыханием . Оказывается, за сутки человек потребляет около 550 л кислорода (основным потребителем кислорода в клетке являются именно митохондрии), при этом в организме образуется примерно 450 мл. эндогенной воды.

Таким образом, в дыхательной цепи высвобождается энергия, часть которой рассеивается в виде тепла, а другая часть используется в дальнейшем для процессов образования фосфорорганических соединений , которые и служат универсальным источником энергии в нашем организме.

Смысл сказанного заключается в том, что сопряженно (одновременно) с транспортом электронов протекает процесс окислительного фосфорилирования . В чем он заключается? Суть его заключается в том, что высвобождающаяся в результате последовательного окисления и восстановления элементов дыхательной цепи энергия переходит в энергию электрохимического градиента протонов на внутренней мембране митохондрий. Созданный электрохимический градиент протонов используется АТФ-синтетазой, которая присоединяет к аденозиндифосфату (АДФ) неорганический фосфат и образуется молекула аденозинтрифосфата (АТФ): АДФ+ Н 3Ро 4+ энергия= АТФ + Н 2О. Поэтому говорят, что окисление (перенос электронов) сопряжено с фосфорилированием, то есть происходит процесс окислительного фосфорилирования.