Одним из важнейших субстратов, участвующим в энергетическом обеспечении мышечной деятельности является пируват, который образуется как промежуточный продукт распада углеводов, белков, аминокислот и глицерина. Окислительное декарбоксилирование пирувата, в ходе, которого образуется ацетил-КоА является важнейшим этапом образования и дальнейшей генерации энергии в организме. В общем виде реакцию можно представить следующим образом:
Схема 3. Общее химическое уравнение окислительного
декарбоксилирования пирувата
Этот процесс сопровождается значительным уменьшением стандартной свободной энергии (∆G = -8,0 кДж/моль), что говорит о необратимости его в физиологических условиях. Практически весь поступающий в митохондрии пируват быстро окисляется до ацетил-КоА.
Из продуктов окисления пирувата СО2 - конечный продукт обмена, энергетической ценности не представляет; НАДН·Н+ - богатое энергией соединение, водород его поставляется на дыхательную цепь; ацетил-КоА поступает в цикл Кребса, локализованный внутри митохондрий.
Обмен пирувата тесно взаимосвязан с витамином В1 (тиамином), поэтому далее мы рассмотрим участие этого витамина в обмене веществ.
Витамин В1 в организме человека содержится преимущественно в виде тиаминпирофосфата (ТПФ) или тиаминдифосфата (ТДФ) – кокарбоксилазы. ТПФ и ТДФ в литературе называется одно и тоже соединение. Поступает с пищей, всасывается в тонком кишечнике. В организме фосфорилируется в ТПФ специальным ферментом. Регулирует процессы углеводного обмена (превращения пировиноградной и других кетокислот), синтеза нуклеиновых кислот. Усиливает секреторную и моторную функцию желудочно-кишечного тракта. Экспериментально доказано, что витамин B1 в форме ТПФ является составной частью минимум 5 ферментов, участвующих в промежуточном обмене веществ. ТПФ входит в состав двух сложных ферментных систем – пируват- и б-кетоглутаратдегидрогеназных комплексов, катализирующих окислительное декарбоксилирование пировиноградной и б-кетоглутаровой кислот (схема 4).
H
C
'
R
C
N+
R
'
R
C
N++
R
H
C
+ +
E
-
H
N
-
O
C
-
)
-
H
C
-
(
H
C
H
C
+
'
'
R
C
C
C
H
'
'
R
C
+
O
C
СО2
H
о
ц
ь
л
о
к
К
В
П
Схема 4. Участие ТДФ в окислительном декарбоксилировании
пировиноградной кислоты
При сближении ПВК с тиазолом водород у второго углерода тиазола присоединяется к кислороду ПВК, образуя активную форму ПВК за счет соединения двух вторых углеродов и появления гидроксила вместо кетогруппы. Затем окисленная форма липоамида присоединяет ацетильный остаток к сере у 6-го атома углерода восстановленного липоамида за счет декарбоксилирования активного пирувата. Образованием ацетиллипоамида оканчивается действие пируватдегидрогеназы – первого фермента мультиферментного комплекса окислительного декарбоксилирования ПВК. Этот пируватдегидрогеназный комплекс, в состав которого входят еще два фермента, катализирует образование ацетилкоэнзима А.
В составе транскетолазы участвует в переносе гликоальдегидного радикала от кетосахаров на альдосахара. ТПФ является коферментом пируватдекарбоксилазы клеток дрожжей (при алкогольной ферментации) и дегидрогеназы б-кетоглутаровой кислоты. Витамин B1 - водорастворимый витамин, легко разрушается при тепловой обработке в щелочной среде.