Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 10
Текст из файла (страница 10)
О !( +ИАО" + Нго й — С вЂ” О +НАОН+2Н Микрофотография кристаллов альдолазы. (Печатается с любезного разрешения д-ра Рак(б Е1зепЬегй.) ного биполярным характером карбоннль- ной группы. Углеродный атом карбониль- ной группы уже имеет частичный положи- тельный заряд. киприд-ион легко отделяется от образовавшегося продукта, поскольку углеродный атом больше не несет высокого положи- О 1 й — С вЂ” Н тельного заряда.
Более того, некоторое количество своболной энергии окисления накапливается в ацильном промежуточном продукте. Присоединение к этому промежуточному продукту ортофосфата приводит к образованию ацилфосфата, имеющего вы- Часть П. Генерирование и хранение энергии сокий потенциал переноса группы. Описан- ная последовательность реакций названа фосфорилированием на губстратном уровне, или губстратным фосфорилированием. О О О О 1 1 1 я — с — х + -о — р — о- я — с — о — н — о-+ хн он О- Теперь посмотрим, каким образом глицеральдегид-3-фосфат — дегидрогеназа катализирует эти реакции (рис, !2.15).
Нуклеофильный игвнт Х это сульфгидрильиая группа цистеинового остатка в акгпивном центре Фермента. Альдегидный субстрат реагирует с ионизированной формой указанной сульфгнлрильной группы с образованием полутиоацеталя. Следуюыгий этап— перенос гндрид-иона. Акцептором для гидрид-иана служит молекула )т'А0 ', которая прочно связана с ферментом. Продуктами реакции являются восстановленный кофермент )чАРН и тиоэфир. Этот тиоэфир нредставляет собою богатый энергией промежуточный продукт, соответствующий упомянутому ранее ацильному промежуточному продукту.
й)АРН отделяется от фермента, и с активным центром вновь связывается )чАР". Далее ортофосфат воздействуе~ на тноэфир с образованием 1,3-бисфосфоглнцерата, богатого энергией фосфата. Образование 1,3-бисфосфоглицерата из 3-фосфоглицеральлегида имеет крайне важное значение, поскольку термодинамически невыгодная рсакция, образование ацнлфосфата Эти две реакции сопряжены тиоэфирным промежуточным продуктом, который накапливает болыпую часть энергии, освобождающейся при реакции окисления. Мы сталкиваемся злесь с использованием коналентио связанного с ферментом промежуточного продукта в качестве механизма сопряжения энергии.
Я с \~ $ н он "' $~ сонн, с н о сонн, ! и о 1 Зн П вЂ” С вЂ” ОРО г" Ф й о сонн ь сонн, + образом, арсенат разобщает окисление и фосфорилирование путем образования високолабильного ациларсената. Вероятная причина предпочтения фосфора арсенату в процессе эволюции биологических молекул состоит в большей кинетической стабильности фосфорных высокоэнергетических соединений. Рпе. 12.15. Механизм каталитического действия глицеральдегид-3- фосфат — дегидрогеназы, 12.15. Арсепат, аналог фосфата, действует как разобщптель Арсенат(АвО4 ) очень сходен с Р,. по структуре и реакционной способности.
В реакции, катализируемой глицеральдегид-3-фосфат — депщрогеназой, арсенат может заменять фосфат по воздействию на богатый энергией тиоэфирный промежуточный продукт. Образующийся в результате этой реакции 1-арсена-3-фосфоглицерат в противоположность 1,3-бисфосфоглицерату неустойчив. 1-арсена-3-фосфоглицерат и другие ациларсенаты очень быстро и самопроизвольно гпдролизуются. Поэтому суммарная реакция, протекающая в присутствии арсената, выглядит следующим образом: ΠΠΠ— Ав — О С 0- ! Н вЂ” С вЂ” ОН СН ОРО г Ьврввио 3 фоефогвицврвт 12.16. Енолфосфат имеет высокий потенциал переноса группы Поскольку 1,3-БФГ является ацилфосфатолз, он обладает высоким потенциалом переноса группы.
На более поздних этапах гликолиза образуются различные высокоэнергетические соединения фосфата. Фосфоенолпируват, енолфосфат, образуется в результате дегидратации 2-фосфоглицерата. Лб~' гидролиза фосфатного эфира обычного спирта составляет — 3 ккал1 Обратите внимание, что гликолиз идет в присутствии арсената, но он не сопровождается образованием АТР, происходящим в норме в процессе превращения 1,3-бисфосфоглицерата в 3-фосфоглицерат. Таким 12. Гликолиз 41 Глпцеральдегид-3-фосфат + ХАГз' + + Н,Π— 3-фосфоглицерат + + ХАОН + 2Н'.
н н сонн, ::4 О О С О !( С вЂ” Π— Р— О Сн, О- ооефовноллноуввт С О ) С вЂ” Π— Р— О сн, о- овьфввнввнвртввт О О С вЂ” С=О сн, пнотввт С С вЂ” ОН сн, енвзвзнотввт О () С вЂ” ОРО з 3 Н вЂ” С вЂ” ОН ( Н вЂ” С вЂ” ОРО з з Н т,авноцвтефотлнцвовт О )~ С вЂ” О Н вЂ” С вЂ” ОРО з 3 Н вЂ” С вЂ” ОРО з з Н 2,3 Ьнефоефоглнцврвт + Нт О )) С вЂ” О ( Н вЂ” С вЂ” ОРО з Н вЂ” С вЂ” Оро,>в Н О С вЂ” О тостьз*зз ) °,ь ' "' ~ со Н вЂ” С вЂ” ОРО,з Н зчцоецнквнцвовт О + Π— Р— О ОН 2,3 Енефоефоглнцвлвт моль, тогда как для фосфоенолпирувата >за величина равна — 14,8 ккалзмоль. Почему фосфоенолпируват имеет такой высокий потенциал переноса фосфатной группы? Ответ заключается в том, что рсакция не останавливается на переносе фосфорильной группы при образовании енола.
Ено>з претерпевает превращение в кетон, а именно в пируват, >36"' превращения енол — кетон очень велико, составляя примерно — 10 ккал/моль. Сравним эту величину с величиной Л6~' гидролиза фосфоенолпирувата в енолпируват, равной примерно — 3 ккал(моль. Таким образом, присущий фосфаеноллирувату высокий нитенциил переноси фасфатной группы возникает из большой движущей силы наследузощега превращения еиол — кеяоп. Часть Н. Генерирование 42 н хранение энергии 12.17.
Метаболизм 2,3-бнсфосфоглицерата, регулятора транспорта кислорода Напомним, что 2,3-бисфосфоглицерат (2,3-БФГ) служит регулятором транспорта кислорода в эритроцитах. Он снижает сродство гемоглобина к кислороду, стабилизируя дсзоксигеиированную форму гемоглобина (гл. 4). Эритроциты характеризуются высокой концентрацией 2,3-БФГ (обычно равной 4 мМ), что отличает их от других клеток, содержащих лишь следовые количества этого соединения. 2,3-БФГ играет общую роль в качестве кофактора при превращении 3-фосфоглицсрата в 2-фосфоглицерат, осуществляемом фотоглицератмутазой.
Синтез и расщепление 2,3-БФГ идут в обход гликолитического пути (рис. 12,16) Под действием бисфосфоглицераямутизы (лифосфоглицератмутазы) 1,3-БФГ превращается в 2,3-БФГ. 2,3-БФГ г идролизуется 23-бисфас фаглицерат-фосфатазой с образоваззием 3-фос- фоглицерата. Фосфатаза — фермент, катализирующий гидролиз фосфатного эфира. Интересен механизм этой мутазной реакции. 3-фосфаглицерит является ее обязательным участником, хотя в итоговой стехиометрии реакции он не фигурирует.
Мугаза одновременно связывает 1,3-бисфосфоглицерат и 3-фосфоглицерат. В этом тройном комплексе происходит перенос фосфорильной группы от С-1 1,3-бисфосфоглицерата на С-2 3-фосфоглицерата (рис. 12.17). Глицвральдегнд-Зфосфат !1 1ж6 жросфог ицв1ют ию, 1 а,з.бисфосфоглицарат Зфоафоглицервт сфа " 11 8 фосфоглнцврвт Рнс. 12.16. Путь синтеза и распада 2,3-бисфосфоглицерата. В данной мутазной реакции 2,3-БФГ выступает как мощный конкурентный ингибитор в отношении 1,3-БФГ. Таким образом, скорость синтеза 2,3-БФГ отчасти зависит от его собственной концентрации. Другим регуляторным фактором является концентрация 1,3-БФГ, поскольку фермент не всегда насыщен этим соединением. В отличие от этого содержание 3-фосфоглицерата в зрнтроцитах почти находится Таблица 12,3.
Обычные конвентраци» промежуточных продуктов гликолиза в зрнцюввтах. (М1ваааив б., Уоамйаиа Н., В1осйею. Вюрвуа. Иеа. Союю., 18, 345, 1965.) Коннентрапил, мкм Промежуточный продукт Глюкоза Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат Фруктозо-1,6-бисфосфат дигилроксиапетонфосфат Глинеральдсгид-3-фосфат 1,3-бисфосфоглинерат 2,3-бисфосфоглиперат 3-фосфоглипера г 2-фосфоглинерат Фосфоеноллнруаат Пируаат Лак та г АТР АОР Р, 5000 83 14 138 19 1 4000 П8 30 23 51 2900 1850 138 1000 РОз Рис. 12.18. 12.
Г. 43 Рнс. 12.17. Схематическое изображение участия 3-фосфоглицерата в превращении 1,3-бисфосфоглицерата в 2,3-бисфосфоглицерат. на том уровне, который необходим для на- сыщения мутазы. Таким образом, скорость синтеза 2,3-БФГ регулируется концентра- цией несказанных 1,3-БФГ и 2,3-БФГ. 12.18. Нарушение глнколнза в эрнтроцитах приводит к изменению транспорта кислорода Гликолиз в эригроцитах и транспорт кислорода связаны между собой участием в обоих процессах 2,3-бисфосфоглицерата. А это означает, что нарушения гликолиза могут оказывать влияние иа транспорт кислорода.
Действительно, у некоторых больных с наследственными нарушениями гликолиза в эритроцитах диссоциационные кривые кислорода изменены (рис. 12.18). При недостатачиасти гексокиназы концентрация промежуточных продуктов глико- ье 100 3 Е ю о и У 8 У 0 Кривые диссоциации кислорода для нормальных эритроцитов (черная линия), эритроцитов больного с недостаточностью уексокиназы (красная линия) и эритроцитов больного с недостаточностью пируваткиназы (синяя линия). лиза находится на низком уровне из-за нарушения первого этапа процесса — фосфорилирования глюкозы.
Для эритроцитов таких больных характерна пониженная концентрация 2,3-БФГ, а следовательно, гемоглобин у них обладает ненормально высоким сродством к кислороду. Прямо противоположные изменения имеют место в случае недостаточности пируваткииазы. Концентрация промежуточных продуктов гликолиза оказывается ненормально высокой, что объясняется блокированием конечного этапа процесса. Соответственно содержание 2„3-БФГ вдвое превышает норму, что обусловливает низкое сродство гемоглобина к кислороду. Отклонения от нормы диссоциационных кривых кислорода при недостаточности гексокиназы и пируваткиназы казались необъяснимыми, пока не было установлено, что 2,3-БФГ служит регулятором транспорта кислорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
