Saiknes reakcija — piruvāta dekarboksilēšana: acetil-CoA un Krebsa cikls

Saiknes reakcija (piruvāta dekarboksilēšana): kā veidojas acetil‑CoA un sākas Krebsa cikls — skaidrojums, nozīme un mitohondriju loma.

Saiknes reakcija, kas pazīstama arī kā piruvāta dekarboksilēšana, veido svarīgu saikni starp glikolīzes un citronskābes jeb Krebsa cikla metabolisma ceļiem. Šī reakcija pārveido glikolīzē radušos piruvātu par acetil‑CoA, kas ir tiešs izejmateriāls Krebsa ciklam un tālākai enerģijas ieguvei.

Eikariontos reakcija notiek tikai mitohondriju matriksā; prokariotos līdzīgas reakcijas notiek citoplazmā vai pie plazmas membrānā izvietotiem enzīmiem.

1. Piruvāts tiek dekarboksilēts: CO₂ tiek atdalīts.
2. To pievieno CoA, lai veidotu acetil CoA

Reakcijas kopējā ķīmiskā vienādojuma forma (vienam piruvāta molekulam) ir:

piruvāts + CoA + NAD⁺ → acetil‑CoA + CO₂ + NADH + H⁺

Enzīms un cofaktori

Saiknes reakciju veic liels enzīmu komplekss — piruvāta dehidrogenāzes komplekss (PDH), kas sastāv no trim galvenajām apoenzīmu apakšvienībām (E1, E2, E3). Lai reakcija noritētu, nepieciešami vairāki kofaktori:

• tiamīna pirofosfāts (TPP)
• lipoamīds (liponskābes atvasinājums)
• FAD (flavīna adenīna dinukleotīds)
• NAD⁺ (nikotinamīdadenīna dinukleotīds)
• koenzīms A (CoA)

PDH darbība ietver vairākus soļus: piruvāta dekarboksilēšana (E1, ar TPP), acilgrupas pārvietošana uz lipoamīdu (E2), pārvietošana uz koenzīmu A, lai izveidotu acetil‑CoA (E2), un elektrontransfers E3 posmā, kur NAD⁺ reducējas uz NADH.

Funkcionālā nozīme un regulācija

Saiknes reakcija ir fizioloģiski būtiska, jo tā nodrošina acetil‑CoA pieejamību Krebsa ciklam. Tā ir praktiski neatsaucama (neatgriezeniska) reakcija — ne gluži "komitējoša" punktā glikozes noārdē, bet svarīgs regulēšanas punkts enerģijas metabolismā.

PDH komplekss ir stingri regulēts gan allostēriski, gan ar kovalentu modificēšanu:

• PDH kināze (piruvāta dehidrogenāzes kināze) fosforilē un inaktivē PDH — to aktivē augsts NADH/NAD⁺ un acetil‑CoA līmenis.
• PDH fosfatāze defosforilē un aktivē PDH — to stimulē Ca²⁺ (piemēram, muskuļos darbības laikā) un insulīns (daļēji aknās), kā arī ADP un piruvāts var sekmēt PDH aktivitāti.
• Nepieciešamība pēc NADH un acetil‑CoA (piem., zema enerģijas stāvokļa) veicina PDH aktivāciju, lai palielinātu ATP ražošanu.

Savienojums ar citiem metabolisma ceļiem

Acetil‑CoA, kas rodas saiknes reakcijā, tieši ieiet Krebsa ciklā vai arī var tikt izmantots taukskābju sintēzē — lai izvietotu acetil‑CoA citos šūnas nodalījumos (piem., uz sintēzi citos kompartimentos), tas bieži tiek izvests kā citrāts un pēc tam atjaunots par acetil‑CoA citos telpiskos reģionos.

Ja šūna strādā anaerobi vai PDH aktivitāte ir zema, piruvāts var tikt konvertēts par laktaātu (piemēram, fermentatīvā ceļā), tādējādi nepieļaujot acetil‑CoA veidošanos un samazinot aerobo oksidāciju.

Stoihiometrija un enerģētika

Vienas glikozes molekulas pilnīgā oksidācijā divi piruvāti (no glikolīzes) tiek konvertēti uz divām acetil‑CoA molekulām, dodot kopā 2 CO₂ un 2 NADH saiknes reakcijas posmā (plus vēl NADH no citām reakcijām Krebsa ciklā un elektrontransporta ķēdē).

Kliniska nozīme

PDH deficīts vai B1 (tiamīna) deficīts, kas mazina TPP līmeni, var izraisīt piruvāta pārmērīgu pārvēršanos par laktaātu — rezultātā attīstās laktāta acidoze, smagas neiroloģiskas problēmas un pat attīstības traucējumi. Šādi traucējumi prasa medicīnisku vērtēšanu un bieži terapiju (piem., tiamīna papildināšanu noteiktos gadījumos).

Kopumā saiknes reakcija — piruvāta dekarboksilēšana uz acetil‑CoA — ir centrāls solis šūnu enerģijas metabolismā, kas savieno glikolīzi ar Krebsa cikla aerobo oksidāciju un tiek stingri regulēts, lai nodrošinātu šūnas enerģētiskās vajadzības.

Meklēt pēc burta