Челночные механизмы переноса восстановленного НАД из цитозоля в митохондрии

Существует несколько разновидностей челночных систем переноса восстановленного НАД через внутреннюю митохондриальную мембрану. Наиболее широкое распространение из них имеет малатаспартатная и глицерофосфатная системы.

Малатаспартатная челночная система (рис. 91) функционирует благодаря присутствию в цитозоле и матриксе митохондрий различных изоферментов малатдегидрогеназы, встроенных во внутреннюю митохондриальную мембрану переносчиков глутамата и аспартата, а также переносчиков малата и α-кетоглутарата.

Восстановленный НАД используется цитозольным изофементом малатдегидрогеназы для восстановления оксалоацетата в малат. Синтезированный малат транспортируется соответствующим переносчиком внутренней митохондриальной мембраны в матрикс в обмен на выходящий из митохондрий α-кетоглутарат.

Попав внутрь митохондрий, малат под действием митохондриального изофермента малатдегидрогеназы окисляется в оксалоацетат, в результате чего происходит восстановление НАД. Восстановленный в малатдегидрогеназной реакции НАД далее может использоваться в качестве субстрата I комплекса дыхательной цепи митохондрий.

Рисунок 91 – Малат-аспартатная челночная система митохондрий

(МДГ мт – митохондриальная малатдегидрогеназа,

МДГ цит – цитозольная малатдегидрогеназа,

ПДК – переносчик дикарбоксилатов,

АСТ – аспартатаминотрансфераза)

Другой продукт малатдегидрогеназной реакции – оксалоацетат, вступает в реакцию переаминирования с глутаминовой кислотой, в результате которой образуется аспарагиновая кислота (аспартат). Аспартат митохондрий обменивается на цитозольный глутамат посредством транспортной системы, осуществляющей перенос аминокислот через внутреннюю митохондриальную мембрану. В цитозоле аспартат вновь вовлекается в реакцию трансаминирования с образованием оксалоацетата.

Поскольку процесс включает в себя легкообратимые реакции, его движущей силой является постоянное восстановление НАД в глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназой реакции.

В глицерофосфатной челночной системе (рис. 92) цитозольный восстановленный НАД сначала реагирует с цитоплазматическим дигидроксиацетонфосфатом с образованием глицерол-3-фосфата. Эта реакция катализируется цитоплазматическим ферментом НАД-зависимой глицерол-3-фосфатдегидрогеназой. Продукт реакции – глицерол-3-фосфат легко проникает через внутреннюю митохондриальную мембрану и окисляется в матриксе посредством митохондриальной глицерол-3-фосфат-дегидрогеназы, встроенной во внутреннюю митохондриальную мембрану. В отличие от цитоплазматического иаофермента, митохондриальный энзим является флавиновой дегидрогеназой, у которого в качестве простетической группы используется ФАД.

Рисунок 92 – Глицерофосфатный челночный механизм переноса

восстановленного АД из цитозоля в цитоплазму

(Г-3-ФДГ цит – цитозольная глицерофосфатдегидрогеназа,

Г-3-ФДГ мт – митохондриальная глицерофосфатдегидрогеназа)

Образовавшийся в глицерофосфатдегидрогеназной реакции внутри митохондрий дегидроксиацетонфосфат, затем может возвращаться в цитоплазму и, таким образом, вновь использоваться для переноса восстановленного НАД. Восстановленный кофермент глицерофосфатдегидрогеназы передает электроны в дыхательную цепь через убихинон. Выделяющаяся в процессе переноса электронов по дыхательной цепи энергия может быть использована для синтеза двух молекул АТФ.

Таким образом, окисление одной молекулы цитозольного восстановленного НАД образовавшегося в гликолизе, в аэробных условиях может быть использовано для синтеза образования трех или двух молекул АТФ (в зависимости от пути его переноса в митохондрии).