Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Более того„стереоспецифичность определенной реакции, катализируемой ферментами, использующими и )т)АР ' и )л)АРР+, оказывается олной и той же для обоих коферментов. 13.15. Летальный синтез: превращение фторацетата во фторцитрат Цикл трикарбоновых кислот блокируется у животных, поедающих листья йцспарега)ип1 сутозит, ядовитого южноафриканского растения. В течение часа содержание цитрата в большинстве органов возрастает более чем в 1О раз. У отравленных животных начинаются судороги, и они обычно погибаю~ через короткое время.
Токсическим агентом этих листъев является фторацетат, который используется также в качестве крысиного яда. Однако фторацетат не действует на очищенные ферменты цикла трикарбоновых кислот. Почему же тогда этот цикл блокируется при потреблении фторацетата !п т!то? Объясняется это тем, что в организме фторацетат подвергается ферментитивному превращению во фторцитрат, мощный ингибитор аконитазы. Фторацетат активируется во фторацетил-СоА, который затем конденсируется с оксалоацетатом, образуя фторцитрат.
Фторацвтат Нл .Нв Н сонн Н' Н Н НАПН Ряс. 13АЗ, Модель и формула никотинамндного компонента МАРН, показывающая, что Нл и Нв находятся на противоположных сторонах кольна. По Я5-номенклатуре Нл — оро-й, Нв- про-Я. О )! — 8-Сод сн,е Фторацвтип.поя 1 СОО ! Н вЂ” С вЂ” Н ! оос — ~ — он Š— С вЂ” Н ! СОО- Фторцптрат 13. Цикл трикарбоиовых кислот / ОН вЂ” Регь —— / ь ООС вЂ” СН вЂ” С / 2 — 1,~ун О С-0у~ -С / н р 2» он- ООС вЂ” Сн, / О~С ! 0 О Рис. 13.14. Предполагаемая модель связывания цнтрата и фторцитрата с активным центром аконитазы: А-снязыванне цитрата, приводящее « катализу; Б †связыван фторцитрата, приводящее к ингибированию.
Атом фтора фторцитрата образует хелат с ионом железа в ак~ивном центре. (Печатается с любезного разрешения д-ра )еппу О!пвкег.] Активный центр аконитазы содержит нон Гез, который в норме образует хелаты с атомом кислорода гидроксильной группы и двумя атомами кислорода карбоксильных групп цитрата. Фторцитрат н противоположность этому связывается таким образом, что его атом фтора образует хелат с ионом железа (рис. 13.14). Высокий электроотрицательный заряд фтора способствует его сильному взаимодействию с Роз, что приводи~ к ннгибированию фермента. Важно отметить, что превращение фторацетата в фторцитраг — не единственный случай синтеза, приводящего к летальному исходу. Многие химические вещества, сами по себе относительно безобидные, могут под действием ферментов превращиться в очень вредные соединения. Например, некоторые полициклические ароматические углеволороды подвер- Часть П.
Генерирование н хранение энергии гаются |п гбчо ферментативной модификации в мощные мутагены и канцерогены (разд. 20.2!). 13.16. Цикл трнкарбоновых кислот— источник предшественников для процессов бносинтеза До сих пор, обсуждая цикл трикарбоновых кислот, мы рассматриваем его как основной путь расщепления, обеспечивающий генерирование АТР. Однако цикл трикарбоновых кислот выполняет и другую раль: он поставляет промежуточные продукты для процессов биосинтеза (рис. 13.15). Например.
большинство углеродных атомов в порфиринах происходит из сукцинил-СоА. Многие аминокислоты происходят из сс-оксоглутарата и оксалоацвтата. Биосинтез этих соединений мы рассмотрим в послелующих главах. Здесь же необходимо отметить тот важный момент, что потребление промежуточных продуктов цикла трикирбоновых кислот для целей биосинтеза обязательно должно сппровождатьгя их пополнением. Предположим, например, что оксалоацетат превращается в аминокислоты, используемые лля биосннтеза белка, Если при этом не будет происходить синтеза оксалоацетата Йе почо, то функционирование цикла трикарбоновых кислот прекратится, поскольку ацетил-СоА может включиться в цикл только после конденсации с оксалоацетатом. Как происходит пополнение оксалоацетата? Млекопитающие лишены ферментативного механизма, обеспечивающего превращение аце гил-СоА в оксалоацетат или лругой промежуточный продукт цикла трнкарбоновых кислот.
Оксалоацетат у них образуется путем карбоксилирования пирувата, катализируемого пируват-карбоксилазой (разд. 15.15), Пируват + СО2 + АТР + Н20 Оксалоацетат + А)ЗР + Р. ,+ 2Н'. Карбоксилирование пирувата является примером анаялеротической реакции (от греч.— «пополнять»). 13.17. Регуляция пирунат-дегидрогеиазиого комплекса Образование ацетил-СоА из пнрувата †э ключевой необратимый этап метаболизма, потому что животные неспособны к превращению ицетил-СоА в глюкозу. Окислитель- АцвтилЮоА Аминокислоты + — — Окевлоацетат Цитрат ./ Сукцимил- а-ОкооПОРфиРины ' — С,А глутврат — Амине оты Рис.
13.15. Роль цикла трикарбоиовых кислот в процессах биосинтеза. Промежуточные продукты, выводимые из цикла в результате их использования иа нужды биосиитеза (показано красными стрелками), восполняются образоваоием оксалоацетата из пирувата, нос декарбоксилироваиие пирувата в ацетил-СоА создает потенциальную возможность для дальнейших превращений атомов глюкозы по двум путям: !) окисление до СО, через цикл трикарбоиовых кислот с одновременным генерированием энергии или 2) включение в липиды (разд.
17.21). Следовательно, есть все основания думать, что активность пируват-дегидрогеназного комплекса должна строго регулироваться. И действительно, этот фермеитный комплекс регулируется тремя путями. 1. Ингибированив продуктами реакции. Ацеткл-СОА и ХАЕН, продукты окисления пирувата, ингибируют ферментный комплекс. Ацетил-СоА подавляет активность трансацетилазного компонента, а (5(А(УН -активность дигидролипоил-дегидрогеназиого компонента. Эти иигибиторные эффекты обращаются при действии соответственно СоА и (5(А(г .
2, Регуляция нуклеотидами по принципу обратной связи. Активность ферментного комплекса регулируется энергетическим зарядам (рази. 11.13). Пируват-дегидрогеназный компонент специфически иигибируется ОТР и активируется АМР. Следова- тельно, активность комплекса снижается, когда клетка богата легкодоступной энергией. 3. Регуляция путпем ковалвнтной модификации.
Комплекс теряет ферментативиую активность, когда специфический остаток серииа пируват-дегидрогеназного компонента фосфорилируется АТР. Фосфорилирование усиливается при высоких соотношениях АТРгА(гР, ацетил-СОАгСоА, )ЧАРН515(АВ' и ингибируется пируватом. Ферментный комплекс вновь активируется, если фосфорильная группа гидролизуется специфической фосфатазой. Дефосфорилироваиие усиливается при высоком содержании пирувата. Ковилентная людификация представляет собою ваисный механизм регуляции фермеитативнай активности.
Мы вновь встретимся с регуляторной ролью реакций фосфорилирования и дефосфорилироваиия, когда будем рассматривать синтез и распад гликогеиа. 13.18, Регуляции цикла трииарбоиовых кислот Скорость функционирования цикла трикарбоновых кислот точно пригнана к потребности клеток в АТР.
Ваик55ай регулятарной реакцией цикла является синтез цитрап5а из оксалаацетата и ацетил-СаА. АТР— аллостерический ингибитор цитрат-синтазы. Его действие заключается в повышении К„лля апетил-СоА. Таким образом, с увеличением содержания АТР снижается насыщение фермента ацетил-СоА и в результате уменьшается образование цитрата. 13.
Цикл трикарбоиовых кислот 65 Пируввт Иигибирувтея Атр, Т. Вцвтия-Соя и МаРН Ацвтия.СоА т И »гиви руятея АТР Окевяовцвтвт Мвявт цнс-Аконитвт Фунврвт Иьоцитрвт Сукцинвт а-Океогяутврвт л~~~.г ,,Ъ~ Ингибирувтся Сукцииия- ь Рис. 13.16. Регуляция цикла трикарбоиовых кислот и окислительного декарбоксилирования пиру- вата: звездочкой в квадрате указаны стадии, на которых требуется акцептор электронов (Ь)А)3' или РАО), регенерируемый в дыхательной цепи.
Вторая регуляторная реакция — это реакция, кагпализируемая изоцитрат-дггидрогеназой. Фермент аллостерически стимулируется АОР, который повышает его сродство к субстратам. Между связыванием изоцитрата, ХАО", Мя~ и А)3Р существует взаимная кооперативность. В отличие от этого )ь)А)3Н ингибируег изоцитратдегидрогеназу путем прямого вьпеснения ХА!У+. Третьей регуляторнпй реакцией цикла трикарбоновых кислот является реакция, ката.тэируемая з-оксоглутаранг — дегидрогеназой. Регуляция на этом этапе в некоторых отношениях подобна регуляции на уровне пируват-дегидрогеназного комплекса, как и можно было ожидать, исходя из их структурной гомологпи. а-Оксоглутарат— дегидрог еназа ингибируется сукцинил-СОА и ХА)3Н, т.е.
продуктами катализируемой Часть П. Генерирование и хранение энергии ею реакции. Она ингибируется также высоким энергетическим зарядом. Коротко говоря, поступление двухуглеродных фрагментов в цикл трикарбоновьгх кислот и скорость цикла снижаются при высоком содержании АТР в клетке. Эта регуляция достигается участием ряда комплементарных механизмов на различных стадиях цикла (рис. 13.1б). !3.19. Открытие цикла Кребсом «Меня часто спрашивали, как возникло и развивалось исследование цикла трикарбоновых кислот.
Была ли эта концепция результатом внезапного вдохновения и предвидения?» «Ничего подобного,— отвечает Ганс Кребс (Напк КгеЬз],— это был очень медленный эволюционный процесс, развивавшийся в течение пяти лет начиная с 1932 г, (когда я включился в зту работу)...» Кребс вначале изучал скорость окисления различных соединений, используя срезы почек и печени. Он выбирал вещества, представлявшие собою возможные промежуточные продукты при окислении пищевых веществ. Кребс предполагал, что такие вещества булут быстро окисляться, а следовательно, их легко будет идентифипировать.
Были получены важные данные: цитрат, сукцинат, фумарат н ацетат очень быс~ро окислялись в различных тканях. Существенный вклад в изучение этой проблемы внес Альберт Сент-Дьердьи (А!Ьегг бхепг-Оуогйу)) в 1935 г. Он исследовал окисление различных веществ, используя суспензии измельченной грудной мышцы ~олубя. Эта очень активная летательная мышца обладает исключительно высокой скоростью окислнтельных процессов, что ускоряло ход эксперимента.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
