Εάν ένα κύτταρο λειτουργεί σε αναερόβιες συνθήκες, παράγει ενέργεια μετατρέποντας τη γλυκόζη σε γαλακτική και, μέσω του κύκλου Cori, απορρίπτει το τελευταίο · εάν υπάρχει διαθέσιμο οξυγόνο (επομένως σε συνθήκες ανάπαυσης), περισσότερο από το 90% της γλυκόζης καταναλώνεται αερόβια και μόνο το υπόλοιπο 10%, αναερόβια. Όταν υπάρχει ανάγκη για περισσότερο ΑΤΡ από αυτό που μπορεί να προσφέρει η αερόβια οδός (για παράδειγμα όταν οι μύες βρίσκονται υπό στρες), τότε η πρόσθετη παροχή παρέχεται από τον αναερόβιο μεταβολισμό (βρισκόμαστε σε συνθήκες έλλειψης οξυγόνου: δύσπνοια, κόπωση στην αναπνοή κ.λπ.): είναι απαραίτητο να επιταχυνθεί αυτός ο μεταβολισμός μετατρέποντας το γαλακτικό (το οποίο λαμβάνεται από τη γλυκόλυση) σε γλυκόζη μέσω γλυκονεογένεσης.
Ο αερόβιος μεταβολισμός αναπτύσσεται στα μιτοχόνδρια.
Το πρώτο ένζυμο που συναντάται στον αερόβιο μεταβολισμό είναι το πυροσταφυλική αφυδρογονάση? Είναι πιο ακριβές να πούμε ότι η πυροσταφυλική αφυδρογονάση είναι ένα ένζυμο σύμπλεγμα και όχι ένα ένζυμο, καθώς είναι ένα σύνολο 48-60 πρωτεϊνικών μονάδων με τρεις καταλυτικές θέσεις να ενεργούν διαδοχικά.
Η πυροσταφυλική αφυδρογονάση καταλύει την ακόλουθη αντίδραση (οξειδοαναγωγή):
Πυροσταφυλικό + NAD + + CoA-SH → Acetyl CoA + NADH + H + + CO2
Το CoA-SH είναι συνένζυμο Α: είναι παράγωγο του παντοθενικού οξέος · το ακετυλοσυνένζυμο Α είναι θειοεστέρας. Αυτή είναι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής επειδή ο πρώτος άνθρακας του πυροσταφυλικού οξέος μεταβαίνει από τον αριθμό οξείδωσης τρία στον αριθμό τέσσερις (οξειδώθηκε) και ο δεύτερος άνθρακας του πυροσταφυλικού οξέος από τον αριθμό δύο στην οξείδωση του αριθμού τρεις (οξειδώθηκε). Στη συνέχεια το πυροσταφυλικό οξειδώνεται (χάνει δύο ηλεκτρόνια συνολικά) και το NAD μειώνεται.
Όπως αναφέρθηκε, η πυροσταφυλική αφυδρογονάση έχει τρεις τύπους ενζυματικής δραστηριότητας, η καθεμία υποστηριζόμενη από τον δικό της καταλυτικό συμπαράγοντα:
- πυροφωσφορική θειαμίνη (είναι παράγωγο της βιταμίνης Β1). είναι ενεργό σε αποπρωτονιωμένη μορφή: σχηματίζεται καρμπανιόν.
- λιποαμίδιο (είναι παράγωγο του λιποϊκού οξέος) · περιέχει μια πολύ δραστική γέφυρα δισουλφιδίου.
- δινουκλεοτίδιο φλαβίνης αδενίνης (είναι παράγωγο της βιταμίνης Β2). είναι ένα νουκλεοτίδιο με οξειδοαναγωγικές ιδιότητες: το οξειδοαναγωγικό του κέντρο αποτελείται από το φλαβίνη.
Στα ευκαρυωτικά κύτταρα, ο αερόβιος μεταβολισμός συμβαίνει σε εξειδικευμένα οργανίδια του κυττάρου που είναι τα μιτοχόνδρια. στα βακτήρια ο μεταβολισμός της γλυκόζης και άλλων ειδών συμβαίνει στο κύτταρο αλλά δεν υπάρχουν εξειδικευμένα οργανίδια.
Όταν το πυροσταφυλικό εισέρχεται σε ένα μιτοχόνδριο, υποβάλλεται σε "δράση πυροσταφυλικής καρβοξυλάσης εάν υπάρχει ανάγκη να πραγματοποιηθεί γλυκονεογένεση (για την ανασύσταση του πρώτου υλικού) ή μπορεί να υποβληθεί σε πυροσταφυλική αφυδρογονάση εάν είναι απαραίτητο για την παραγωγή ενέργειας: "Το ακετυλοσυνένζυμο Α που σχηματίζεται από αερόβιο μεταβολισμό διεγείρει τη δράση της πυροσταφυλικής καρβοξυλάσης, επομένως, προάγει τη γλυκοκονεογένεση και μειώνει τη δράση της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης.
Ας δούμε τώρα πώς λειτουργεί η πυροσταφυλική αφυδρογονάση. Πρώτα απ 'όλα, υπάρχει μια αποκαρβοξυλίωση του πυροσταφυλικού με τη δράση της πυροφωσφορικής θειαμίνης.
Ένα όξινο περιβάλλον μπορεί να αναστείλει τον αερόβιο μεταβολισμό επειδή είναι ενεργή η ανιονική μορφή πυροφωσφορικής θειαμίνης η οποία θα πρωτονώνεται σε όξινο ρΗ και δεν θα συμβεί αποκαρβοξυλίωση.
Η αποκαρβοξυλίωση είναι μια δύσκολη αντίδραση αφού ένας δεσμός άνθρακα-άνθρακα πρέπει να σπάσει. σε αυτή την περίπτωση η αντίδραση θερμοδυναμικά ευνοείται από το γεγονός ότι το ενδιάμεσο της αντίδρασης (πυροφωσφορική υδροξυαιθυλο-θειαμίνη) δίνει απήχηση (τα ηλεκτρόνια ρ του μορίου αποπροστατεύονται): η πυροφωσφορική υδροξυαιθυλο-θειαμίνη υπάρχει σε τρεις πιθανές μορφές (συντονισμού) και αυτό το καθιστά αρκετά σταθερό. Επιπλέον, η πυροφωσφορική υδροξυαιθυλο-θειαμίνη σε ανιονική μορφή επιβιώνει για αρκετό καιρό ώστε να μπορεί να αλληλεπιδράσει με τη δισουλφιδική γέφυρα του λιποαμιδίου (δεύτερος καταλυτικός συμπαράγοντας της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης). Η γέφυρα δισουλφιδίου είναι ένας ταλαντευόμενος βραχίονας (βρίσκεται στο τέλος μιας μακράς εύκαμπτης αλυσίδας) και μπορεί να μετακινηθεί από τη μία καταλυτική θέση στην άλλη στο σύμπλεγμα ενζύμων.
Στη συνέχεια, το λιποαμίδιο, μέσω της δισουλφιδικής γέφυρας, δεσμεύει την πυροφωσφορική υδροξυαιθυλο-θειαμίνη: λαμβάνεται ακετυλο λιποαμίδιο.Αυτό που μόλις περιγράφηκε είναι το πρώτο στάδιο μιας αντίδρασης δια -ακετυλίωσης που καταλύεται από το πρώτο ένζυμο του συμπλόκου πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης. σε αυτή τη φάση ένας δεσμός έσπασε μεταξύ της ομάδας υδροξυλίου και της πυροφωσφορικής θειαμίνης που επέστρεψε στην αρχική της μορφή: πραγματοποιήθηκε μια οξειδοαναγωγική αντίδραση στην οποία η δισουλφιδική γέφυρα λειτούργησε ως οξειδωτικό (τα δύο άτομα θείου μειωμένα) στις συγκρίσεις της ομάδας υδροξυλίου που οξειδώνεται σε ακετύλιο.
Μετά από αυτή τη φάση, ο ταλαντευόμενος βραχίονας του λιποαμιδίου μετακινείται και πλησιάζει το δεύτερο ένζυμο της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης το οποίο διεξάγει την πραγματική δραστηριότητα της τρασεατυλάσης μεταφέροντας την ακετυλομάδα μαζί της: λαμβάνει χώρα η δεύτερη φάση της αντίδρασης τρασεατιλίωσης που καταλύεται από το δεύτερο ένζυμο. με αυτόν τον τρόπο έχουμε αποκτήσει ακετυλοσυνένζυμο Α. Τώρα είναι απαραίτητο να αποκατασταθεί το λιποαμίδιο που είναι σε μειωμένη μορφή: το τρίτο ένζυμο της πυροσταφυλικής αφυδρογονάσης παρεμβαίνει το οποίο οξειδώνει το λιποαμίδιο και μεταφέρει τα ηλεκτρόδιά του στο FAD που μειώνεται σε FADH2. Το FAD / FADH2 μπορεί να λειτουργήσει ως οξειδοαναγωγικό ζεύγος σε δύο ξεχωριστά μονοηλεκτρονικά στάδια ή σε ένα μόνο βιοηλεκτρονικό στάδιο.
Το FADH2 δίνει αμέσως τα ηλεκτρόνια του στο NAD + αποκτώντας FAD και NADH + H +.
Το ακετυλ συνένζυμο Α, που ελήφθη όπως περιγράφεται, είναι το αρχικό προϊόν για τον κύκλο Krebs (ή τον κύκλο των τρικαρβοξυλικών οξέων).
