Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 6
Текст из файла (страница 6)
1О. ГЛАВА 12 Гликолиз 23 12. Гликолиз Мы начнем рассма~ривать генерирование метаболической энергии с гликолиза, почти универсального процесса для биологических систем. Гликолиз- это последовательность реакций, приводнщих к превращению глюкозы в пируват с одновременным образованием А ТР. У аэробных организмов гликолиз предшествует циклу трикарбоновых кислот и цели переноса электронов, ко~орые вместе извлекают большую часть энергии, содержащейся в глюкозе. При аэробных условиях пируват проникает в митохондрии, где он полностью окисляется до СО, и Н,О.
При недостаточном содержании кислорода, как это может иметь место в активно сокращающейся мышце, пируват превращается в лактат. У некоторых анаэробных организмов, таких, как дрожжи, пируват превращается не в лактат, а в этанол. Образование зтанола и лактата из глюкозы-это примеры брожения. Изучение гликолиза имеет богатую историю. Исследование этого центрального метаболического пути шло рука об руку с развитием биохимии. Основное открытие сделали совершенно случайно Ганс и Эдуард Бухнеры (Наив ВпсЬпег, Ет(пагд ВпсЬпег) в 1897 г.
Они работали над получением бесклеточных экстрактов дрожжей с целью их гавквьв пивзавт СН О вЂ” — ~СН вЂ” С вЂ” СОО ь и ь з О Рис. 12.1. Некоторые превращения глюкозы. возможного терапевтического применения. Эти экстракты надо было хранить без добавления антисептиков, ~аких, как фенол, и они решили испробовать сахарозу, которая обычно используется для предохранения продуктов в пищевой химии.
Результат оказался поразительным; под действием дрожжевого сока сахароза быстро сбраживалась, образуя спирт. Это открытие имело огромное значение. Бух неры впервые показали, что брожение может происходить вне живых клеток. В то время было принято считатьн согласно утверждению Луи Пасгера, высказанному в 1860 г., что брожение неразрывно связано с живыми клетками. Случайное открытие Бухнеров опровергло эту виталистическую догму и открыло дорогу новой биохимии. Метаболизм стал химией.
Следующий важный вклад в изучение этой проблемы сделали Артур Гарден и Уильям Ионг(Агьппг Нагдеп, %)П)аш Уопп8) в 1905 г. Они добавляли дрожжевой сок к раствору глюкозы и обнаружили, что брожение начиналось при этом почти немедленно. Однако, если они не добавляли неорганический фосфат, то скорость брожения вскоре значительно снижалась. Более того, они установили, что добавленный неорганический фосфат в ходе брожения исчезал, и сделали из этого вывод о том, что он включается в фосфосахар.
Гарден и Ионг выделили гексозобисфосфат, который при дальнейшем анализе оказался фруктозо-1,6- бисфосфатом. Они открыли также присут- Н СНт — С вЂ” СОО диктат о~ — ь Сот + Нто СНз — СНтОН Этяивв Гликолиз— происходит от греческих слов 8!усох — сахар (сладкий) и 1усйв-растворенне. Энтим термин, предложенный Фридрихом Вильгельмом Кюне (ГгЫпсЬ %1)Ье1ш КйЬпе) в 1878 г, для обозначения каталитически активных соединений, которые ранее назывались ферментами. Происходи~ от греческих слов еп — в и куте — дрожжи. ствие в дрожжевом соке двух видов вешеств, необходимых для брожения: зимазы и козимазы. Оказалось, что при дналнзе или нагревании до 50'С дрожжевой сок теряет свою активность.
Однако неактивный диализированный сок активируется после смешивания с неактивным прогретым соком. Таким образом, активность зависит от присутствия в растворе двух типов вешесгв; термолабильного недиализуемого компонента (названного зимазой) и термостабильной диализуемой фракции (названной козимазой). Теперь мы знаем, что на самом деле знмаза представляет собой совокупность нескольких ферментов (энзимов), а козимаза состоит из ионов металлов, аденозинтрифосфата (АТР), аденозиндифосфата (А)ЭР) и коферментов (коэнзимов), таких, как никотинамидадениндинуклеотид (ХАГл+ ), Исследования мышечных экстрактов, проведенные несколькими годами позлнее, показали, что многие реакции молочнокислого брожения подобны реакциям спиртового брожения.
Это было волнующее открытие, потому что оно вскрывало существование внутреннего единства в биохимии. Полностью гликолитическнй путь был установлен к !940 г. главным образом благодаря работам Густава Эмбдена, Отто Мейергофа, Карла Нойберга„Якоба Парнаса„ Отто Варбурга, Герти Кори и Карла Кори (Опв!ач ЕшЫеп, Оцо МеуегЬо1, Саг! ХецЬегй, 1асоЬ Рагпаз, Оцо %агбпг8, Оегб Соп', Саг) Соп). Гликолиз иногда называют путем Эмбдена-Мейергофа. 12.1. Номенклатура н конформацня моносахаридов Прежде чем обратиться к реакциям гликолиза, рассмотрим номенклатуру и структуру простейших углеводов †моносахарид. Моносахариды представляют собою альлегиды или кетоны, содержашие лве нли более гидроксильные группы; их эмпирическая формула (СНгО)„.
Простейшие из них, для которых л = 3,— это глицеральдегид и дигилроксиаце гон. Они являются триозами. Глицеральдегид назван альдозой, потому что он содержит альлегилную группу, тогда Микрофотография дрожжевых клеток, полученная с помошью светового микроскопа.(Печатается с любезного разрешения д-ра )!апс)у БсЬе(апап.) Рис. 122. Часть 1!. Генерирование н хранение энергии 24 Брожение— процесс генерирования АТР. в котором органические соединения действуют и как доноры, н как акцепторы электронов. Может протекать в отсутствие Ою Открыто Пастером, который описал брожение как 1а Ие запз Га(г (жизнь без воздуха).
как дигидроксиацетон — кетоза, поскольку он содержит кетогруппу. О Н С ! Н вЂ” С вЂ” ОН ! Сн ОН о-Глпцеральдегмд (ап ьдозв) СН,ОН С=О Сн ОН Дпгпдрокомацетоп (кетова) Глицеральдегид имеет один асимметрический атом углерода. А это означает, что сушествуют два стереоизомера этой трехуглеродной альдозы, называемые О-глицеральдегид и ь-глицеральдегид. Приставки СН,ОН Сн ОН ,4 Н вЂ” ОН Н Н Н ОН Н он н НО С вЂ” ~ О НО О Н ОН Н ОН Н о- и (.- обозначают абсолютную конфигурацию. Сахара с 4, 5, 6 и 7 углеродными атомами называются соответственно тгтрозами, пентозамп, гексозами н ггптозами. Их формулы и стереохимические соотношения приведены в приложении к этой главе (стр. 46). Две широко распространенные гексозы— это ц-глюкоза и (э-фруктозв.
Символ о означает, что абсолютная конфигурация при асимметрическом атоме углерода, наиболее отдаленном от альдегидной группы или кетогруппы, а именно при С-5 полобна таковой в (з-глицеральдегиде. Заметим, что глюкоза является альдозой, а фруктоза — кетозой. Н ! НОН' й — С вЂ” ОН' ОН Нолуацетавь зн О й — С + Н дпьдегпд Н С=О + НОН" ! Н' Кетов Н Ой" й' ОН Попукеталь Сперт Рве. И,З, Абсолютная конфигурация (э-злицеральдегида.
(2. Глииолиз О Н С ! НΠ— С вЂ” Н Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН СН ОН о- Глюкоза (форма с открытоа цепью) о н С' сн,он ! ! н — с — он С=О ! НΠ— С вЂ” Н НΠ— С вЂ” Н ! Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН ! Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН СНзОН СНзОН о-Глюкоза о- Фруктоза (апьдоза) (кетоза) В растворе глюкоза и фруктоза репко находятся в виде структуры С открытой цепью, Глюкоза и фруктоза с открытой цепью могут циклизоваться в кольцо. а-о.Глюковмраяоза (кольцевая форма глюкозы) В обшем выражении альдегид может реагировать со спиртом с образованием полуацеталл.
Альдегидная группа при С-1 в молекуле глюкозы с открытой цепью реагирует с гидроксильной группой цри С-5, образуя енутрииолгкуллрный полуацгталы Возникший в результате шестичленный кольцевой сахар назван пиранозой иэ-за его сходства с пираном. Полобно этому, кетон может рва~ ировать со спиртом, давая полукгтиль. сн,он нΠ— С вЂ” Н н — С вЂ” ОН ! н — с — он сн,он е- Фатктезе НОНзС ОН СНзОН НОНзС н он ! н но Н НО ~ .! ! ОН Н ОН Н а-е. Фаткзефтае пеев (папьцеееп фавна Фатптезьз) Н Н Н )Зльгпвкеза СН ОН Н ОН Н НО ОН Н ОН «-е-Гпизеза Н,ОН Р-е-Гпееезз НОНз 0 ОН Н НО Н СН ОН ОН Н НОНзС 0 СНзОН Н НО н ОН Н Н а-е-Фатззззе Р-О- Гпюкеэа Часть 1!. Генерирование и хранение энергии Кетогруппа при С-2 фруктозы с открытой цепью взаимодействует с гидроксильиой группой при С-5 с образованием внутрималвкулярного полукгтиля.
Этот пятичленный кольцевой сахар назван фуранозой из-за его сходства с фураном. Структурные формулы глюкопнранозы н фруктофуранозы, приведенные в этом разделе, являются проекционными формулами Хаворта (Пазьог1)э). В таких формулах угле- родные атомы в кольце видны пе совсем четко. Примерная плоскость кольца перпендикулярна плоскости бумаги„и край кольца, ближайший к читателю, отмечен жирной линией.
При циклизации глюкозы создается доволнительный асимметрический центр. Таким центром становится в кольцевой форме углерод-1, карбонильный атом углерода в структуре с открытой цепью. Возможно образование двух кольцевых струхтур: и-0- глюкопиранозы и )3-0-глюкопнранозы (рис.
12.4). Символ а оэначигт, чта гидраксильная гр»паи при бз! рисяалоакеяа под плоскостно кольца, символ )3 — что аиа яаходитяся яид яласкогтьт кольца. Углерод-1 назван аномерным углеродным атомом, и- н бформы — а но.не рами. а а Ппвепееа ° кепйзевнеаеп паеепе (е.екеатоаиепьныа заместитель е.екеиепьныа заиеститепь) Такая же номенклатура приложима к кольцевой форме фруктозы, с той лишь разницей, что в этом случае символы и и б относятся к гндроксильной группе при С-2, аномерном углеродном атоме в кетозах.
А тьфа-о-тлю копираноза, 33-О-глюкопираноза и глюкоза с открытой цепью способны к быстрому взаимопреврашению аналогично фуранозе и фруктозе с открытой цепью. В дальнейшем изложении, говоря о глюкозе и фруктозе, мы будем подразумевать равно- Рис. 12.4. Пространственная модель )3-0-глюкозьь весную смесь молекул с открытой цепью и кольцевых форм этих сахаров. Шестичленное пиранозное кольцо не плоское.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
