Глицерол-фосфатной и малат-аспартатный челночные механизмы
Содержание
НАДН гликолиза могут доставляться в митохондрии
Молекулы НАДН, образованные в шестой реакции гликолиза, в зависимости от наличия кислорода имеют, как минимум, два пути своего дальнейшего превращения:
- либо остаться в цитозоле и вступить в одиннадцатую реакцию гликолиза (анаэробные условия);
- либо проникнуть в митохондрию и окислиться в дыхательной цепи (аэробные условия).
Челночные системы
Так как сама молекула НАДН через мембрану не проходит, то существуют специальные системы, принимающие атомы водорода от НАДН в цитоплазме и отдающие их в матриксе митохондрий. Эти системы получили название челночные системы.
Определены две основные челночные системы — глицеролфосфатная и малат-аспартатная. На основании наличия алкогольдегидрогеназы во многих тканях, в том числе и в нервной, дискутируется вопрос о существовании этанол-ацетальдегидной челночной системы, однако однозначных экспериментальных доказательств пока не получено.
Глицеролфосфатный челночный механизм
Ключевыми ферментами глицеролфосфатного челнока являются изоферменты глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы — цитоплазматический и митохондриальный. Они отличаются своими коферментами: у цитоплазматической формы — НАД, у митохондриальной — ФАД.
В цитозоле метаболиты гликолиза — диоксиацетонфосфат и НАДН образуют глицерол-3-фосфат, поступающий в матрикс митохондрий. Там он окисляется с образованиемФАДН2. Далее ФАДН2 направляется в дыхательную цепь и используется для получения энергии. Таким образом, в результате действий челнока цитозольный НАДН+H+ как бы «превращается» в митохондриальный ФАДН2.
Этот челнок активен в печени и белых скелетных мышцах и необходим для получения энергии из глюкозы при работе клетки. Однако, если в клетке имеется избыток энергии (состояние покоя, после еды), то часть глицерол-3 фосфата в митохондрию не пойдет, а будет использоваться в цитозоле гепатоцитов для синтеза фосфолипидов и триацилглицеролов.
Малат-аспартатный челночный механизм
Ключевыми ферментами этого челнока являются изоферменты малатдегидрогеназы — цитоплазматический и митохондриальный. Он является распространенным по всем тканям.
Этот механизм более сложен: постоянно идущие в цитоплазме при участии фермента аспартатаминотрансферазы (АСТ) реакции трансаминирования аспарагиновой кислоты с α-кетоглутаратом поставляют оксалоацетат, который под действием цитозольного пула малатдегидрогеназы и за счет «гликолитического» НАДН восстанавливается до яблочной кислоты (малата).
Последняя антипортом с α-кетоглутаратом проникает в митохондрии и, являясь метаболитом ЦТК, окисляется в оксалоацетат с образованием НАДН. Так как мембрана митохондрий непроницаема для оксалоацетата, то он при помощи аспартатаминотрансферазы трансаминируется до аспарагиновой кислоты, которая в обмен на глутамат выходит в цитозоль.
Таким образом, атомы водорода от цитозольного НАДН перемещаются в состав митохондриального НАДН.