Молекулы цитоплазматического NADН не способны сами проникать через мембрану внутрь митохондрий. Однако отдаваемые ими электроны могут включаться в митохондриальную цепь биологического окисления с помощью двух челночных механизмов.
Глицеролфосфатный челночный механизм
Цитоплазматический NADН сначала реагирует с цитоплазматическим дигидроксиацетонфосфатом, образуя глицерол-3-фосфат. Реакция катализируется NAD-зависимой цитоплазматической глицерол-3-фосфат-дегидрогеназой:
Диоксиацетонфосфат + NADH + Н+ ↔ Глицерол-3-фосфат + NAD+
Образовавшийся глицерол-3-фосфат легко проникает через митохондриальную мембрану. Внутри митохондрии другая (митохондриальная) глицерол-3-фосфат-дегидрогеназа (флавиновый фермент) вновь окисляет глицерол-3-фосфат до диоксиацетонфосфата:
Глицерол-3-фосфат + FAD ↔ Диоксиацетонфосфат + FADН2
На уровне СoQ восстановленный флавопротеин (фермент-FADН2) вводит приобретенные им электроны в цепь биологического окисления и сопряженного с ним окислительного фосфорилирования, а диоксиацетонфосфат выходит из митохондрий в цитоплазму и может вновь взаимодействовать с цитоплазматическим NADH + Н+. Таким образом, пара электронов (из одной молекулы цитоплазматического NADH + Н+), вводимая в дыхательную цепь с помощью глицеролфосфатного челночного механизма, дает не три, а две молекулы АТР. Было показано, что с помощью глицеролфосфатного челночного механизма лишь в скелетных мышцах и мозге осуществляется перенос восстановленных эквивалентов от цитозольного NADН + Н+ в митохондрии.
В клетках печени, почек и сердца действует более сложный малат-аспартатный челночный механизм (Рис.27.3).
Рис.27.3. Малат-аспартатный челночный механизм
Действие такого челночного механизма становится возможным благодаря присутствию малатдегидрогеназы и аспартатаминотрансферазы как в цитозоле, так и в митохондриях. Установлено, что от цитозольного NADН + Н+ восстановленные эквиваленты сначала при участии фермента малатдегидрогеназы переносятся на цитозольный оксалоацетат. В результате образуется малат, который с помощью системы, транспортирующей дикарбоновые кислоты, проходит через внутреннюю мембрану митохондрии в матрикс. Здесь малат окисляется в оксалоацетат, а матриксный NAD+ восстанавливается в NADН + Н+, который может теперь передавать свои электроны в цепь дыхательных ферментов, локализованную на внутренней мембране митохондрии. В свою очередь образовавшийся оксалоацетат в присутствии глутамата и фермента аспартатаминотрансферазы вступает в реакцию трансаминирования. Образующиеся аспартат и α-кетоглутарат с помощью специальных транспортных систем способны проходить через мембрану митохондрий.
В цитозоле транспортирование регенерирует оксалоацетат, что вызывает к действию следующий цикл. В целом процесс включает легкообратимые реакции, происходит без потребления энергии, его «движущей силой» является постоянное восстановление в цитозоле NAD+ глицеральдегид-3-фосфатом, образующимся при катаболизме глюкозы. При функционировании малат-аспартатного механизма в результате полного окисления одной молекулы глюкозы может образоваться не 36, а 38 молекул АТР.
ЛЕКЦИЯ 28
