Окислительное декарбоксилирование пирувата

Пируват пересекает две мембраны. Митохондрия имеет наружную мембрану (проницаемую через VDAC-каналы) и внутреннюю (плотную, как стена). Пируват свободно проходит первую, а через вторую попадает только через MPC (Mitochondrial Pyruvate Carrier) — симпортёр с протоном. Раз вошёл — обратно не выйдет.

Гигантский ферментный комплекс. Внутри матрикса пирувата ждёт PDH-комплекс: монстр массой ~10 МДа из 60+ субъединиц трёх ферментов (E1, E2, E3) и пяти кофакторов. По сравнению с ним отдельные ферменты гликолиза — карлики. Эта машина устроена так, чтобы промежуточные продукты не отрывались от комплекса, а прямо передавались с одного активного центра на следующий.

E1 откусывает CO2. Тиаминпирофосфат (TPP, активная форма витамина B1) садится на пируват и помогает оторвать карбоксильную группу — она улетает в виде CO2. Остаётся 2-углеродный фрагмент, ковалентно связанный с TPP. Это та самая углекислота, которую вы выдыхаете, — ни одна молекула еды не теряет её просто так, всё проходит через ферменты.

Передача на липоат. На E2 расположен длинный «руки»-липоат — кофермент с дисульфидным мостиком. Он переносит ацетильную группу с TPP на себя, попутно восстанавливаясь.

Передача на CoA. Затем E2 переносит ацетил с липоата на кофермент А (CoA-SH, производное витамина B5 — пантотеновой кислоты). Получается ацетил-CoA — универсальная «активированная двууглеродная единица», которой будут питаться и цикл Кребса, и синтез ЖК, и синтез холестерина, и синтез ацетилхолина.

Регенерация липоата. После передачи ацетила липоат остался восстановленным (с двумя -SH). E3 окисляет его обратно (S–S) с помощью FAD, и затем электроны передаются на NAD+ → получается NADH. На каждый пируват — 1 NADH.

Регуляция — точка переключения. PDH-комплекс может быть выключен фосфорилированием (киназой PDK) и включён дефосфорилированием (фосфатазой PDP). Когда уровень ацетил-CoA или NADH в клетке высок — PDK активируется и выключает приток нового топлива. Когда поступает глюкоза и инсулин — PDP включает PDH. Этот переключатель определяет, будет ли клетка «гореть» или «копить».

Точка невозврата. Эта реакция необратима — обратно из ацетил-CoA сделать пируват нельзя. Поэтому глюкозу нельзя синтезировать из жиров (которые превращаются в ацетил-CoA): после PDH углерод уже «сожжён» с потерей CO2. Это критически важно для понимания, почему мозгу нужна именно глюкоза или кетоны, а не ЖК.