Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Пируввт може) превращаться в этапол, лактаз или апе)илнофермевт А Поспелова)сльнос)ь рсакпий превращения глюкозы в пируват очень схожа у всех организмов и во всех видах клеток. В противоположность этому судьба пируваса в попессах генерирования энергии обмена веществ различна. Мы рассмотрим три рсакнии.
протекающие с участием пирувата. 1. тйианов образуется из пирувага у дрожжей и некоторых других микроорганизмов. На первой стадии происходи) дскарбоксилирование пирувата: Пирува) + Н -( Ане)альдегил ч- ОО,. 12. !'лвколиз о о~с с=о сн, Пируват н- ° няон няо' — ~-г- с — о ! сн, Этаиев н со, — С=О сн, дяетваьдетид Реакция катализируется пируват-дехарбокснлазой, которая содержит в качестве кофермента тиаминпирофосфат.
Тиаминпирофосфат является коферментом многих декарбоксилаз (обсуждение механизма действия см. в разд. 13.10). Вторая стадия состоит в восстановлении ацетальдегида в этанол за счет ХАОН. Эта окислительновосстановительная реакция катализируется алкоголь-дегидрогеназой, содержащей в активном центре ион цинка. Превращение глюкозы в этанол называется спиртовым брожением. Суммарная реакция этого анаэробного процесса имеет следующий вид: Глюкоза + 2Р; + 2А(3Р + 2Н' 2 Этанол + 2СО, -|- 2АТР + 4- 2Н,О. Важно отметить, что ХА)3+ и ХА(3Н не входят в это суммарное уравнение.
Восстановление ацетальдегида в этанол приводит к регенерированию ХА(3',который используется в реакции, катализируемой глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой. Таким образом, в суммарной реакции превращения глюкозы в этанол нет окислительновосстановительного процесса. 2. Лактат образуется из пирувата в норме у многих микроорганизмов. Реакция имеет место также в клетках высших организмов при ограниченном поступлении кислорода (как в интенсивно работающей мышце).
Восстановление пнрувата за счет ХАРН с образованием лактата катализируется лактат-дегилрогеназой: О О С С=О + ! Снз Пируавт О О С ! но — С вЂ” н + МАО+ сн ь.диктат диктат. дегидрогвнвзв ЫАОН+ Н Часть Н. Генерирование и хранение энергии Ацетальдегид + ХАОН + + Н+ Этанол + ХА(3. Суммарная реакция превращения глюкозы в лактат такова: Глюкоза + 2Р. ,+ 2АРР— — 2 Лактат + 2АТР + 2НгО. Как и в случае спиртового брожения, окислительно-восстановительного процесса в суммарной реакции нет.
ХАОН, образующийся в результате окисления глицеральдегид-З-фосфата, потребляется при восстановлении пирувата. Регенерирование А|А0 при восстановлении пирувата в лактат поддерживаегп в анаэробных условиях непрерывное течение гликолитического пропесса. Если бы регенерирования ХАО не происходило, гликолиз не мог бы идти дальше образования глицеральдегид-3-фосфата, а следовательно, не происходило бы и образования АТР. На самом деле синтез лактата требует времени, что мы увидим в гл. 15. 3. Только небольшая часть содержащейся в глюкозе энергии высвобожлается при ее анаэробном превращении в лактат (или этанол). Значительно большее количество энергии извлекается в аэробных условиях в цикле трикарбоновых кислот и в пепи переноса электронов. Включение в этот окислнтельный путь происходит на уровне («пункт входа») ацетил-кофермента А (ацетилСоА), который образуется в митохондриях при окислительном декарбоксилировании пиру- вата: Пируват + ХА)3' + СоА Ацетил-СоА + СОг + ХАРН.
Реакция катализируется пируват-дегидрогеназным комплексом. (Более подробно она рассматривается в следующей главе.) Ннкстннвмня. связывающая ясясвннв Адвнин. связывающая псясвннв тныя Т 12. Гликвлиз 37 Рвс. 12.11. Схематическое изображение участка дегидрогеназ, связывающего )х)АР'. Половина этого участка, связывающая )')АР' (окрашена зеленым), подобна по структуре половине, свяэыяяюпзвй аденин (окрашено желтым). (Вомтапп М.О., 1.!!)аз А., Вгапг)еп С.-!., Вапазхак 1..1., Т)зе Епгугоез, 3 гг( ег)., щ 10, Асабепцс Ргсм, р. б8, !975.) ЖАР', необходимый для этой реакции и для окисления глицеральде~ил-3-фосфата, регенерирует на последнем этапе переноса электронов )х)АРН па О, по пепи переноса электронов в мизохонлриях. Рвс. 12Л2. Молель (чАР'. Приведена конформации, обнаруженная при исследовании ХАР, связанного в комплексе с лактат-дегидрогеназой.
12.1!. з'настин связывания ХАР ' очень сходны в различных дегидрогеназях Диктат-ле1 идрогеназа из скелетных мьппц, представляющая собою тетрамер с мол. массой 140 кДа, и алкоголь-дегилрогеназа, димер с мол. массой 84 кДа, обладают совершенно различной трехмерной структурой. Однако участки связывания ХАР' у них обнаруживают поразптельное сходство (рис. 12.1!). ЖАР'-связывающая область состоит из четырех з-спиралей и шести тяжей из параллельных ))-слоев.
Конформации )чАР' при связывании с лактат-дегидрогеназой и алкоголь-дегндрогеназой также почти одинаковы. Аленозиновый компонент )ч)АР' связывается в гидрофобной щели. В отличие от этозо никотинамидный компонегы связывается таким образом, 'по реакционноспособная сторона кольца оказывается в полярном окружении, зо1да как другая сторона приходит в кон|ах~ с гидрофобными остатками фермец ~ я. Связанный ЖАР' имеет вытянутую конформацию (рис.
12.12), адениновое и никотинамилное кольца отстоят друг от друга на !4 А. Трехмерная структура злицеральлегил-3-фосфат-дегидро~ ецазы н манат-дез идрогеназы (фермент цикла трикарбоновых кислот, разд. 13.9) также установлена с высокой степенью разрешения. Их Рис. 12.13. Конформация гексокиназы значительно изменяется при связывании глюкозы (показано красным).
Две доли фермента сближаются и окружают субстрат. (Печатается с любезного разрешения д-ра Т)зошаз Б)е))х.) )ь)А(3'-связываюшне участки очень сходны с таковыми в лактат-дегидрогеназе и алкоголь-дегидрогеназе. Представлнется вероятным, что сходство участков связывания ХА11" в этих четырех ферментах представляет собою пример 4ундаментального струюпурного мотива .ьгА)У+-зависимых дегидрагеназ. Часть И. Генерирование и хранение энергии 12.12.
Глюкоза индуцирует большие конформанионные изменения в гексокнназе Рентгенокристаллографическое исследование дрожжевой гексокиназы показывает, что связывание глюкозы приводит к большим конформацнонным изменениям фермента. Молекула гексокиназы состоит из лвух долей, которые сближаются при связывании глюкозы (рис.
12.13). Глюкоза вызывает поворот одной доли относительно другой на 12'. В результаге ось полипептида сдвигается на 8 А. Щель между долями закрывается, и связанная злюкоза оказывается окруженной белком (кроме его 6-гидроксиметильной группы). Закрывание шели в гексокиназе служит ярким примером той роли, которую играет в механизме ферментативного действия индупированное соответствие (разд.
6.8), впервые постулированное Кошландом (КозЫапд). Индупнрованные глюкозой структурные изменения имеют важное значение, по-видимому, в двух отношениях, Во-первых, окружение глюкозы становится в значительно большей степени неполярным, ч го усиливает перенос фосфорильной группы от АТР. Во-вторых, обхватывание глюкозы гексокиназой создает неблагоприятные условия для участия Н О в качестве субстрата реакции. Если бы гексокиназа имела жесткую структуру, молекула воды, заняв участок связывания — СН ОН-группы глюкозы, действовала бы' на и-фосфат АТР.
Иными словами, вжесгкая» киназа помимо киназной активности обладала бы также и активностью АТРазы. Эта нежелательная активность предотврашается благодаря тому, что ферментатнвная активность киназы проявляется лишь в том случае, если шель между долями фермента закрыта глюкозой. Мы видим здесь, как гибкость 4ермента способствует его спеиифичности.
Интересно отметить, что в молекулах пнруваткиназы, фосфоглнцераткиназы и фосфофруктокиназы также имеются шели между долями, которые закрываются при связывании субстрата. Индуь)ируемое субстратом закрывание щели. рассмотренное здесь на примере гексокнназы, иллюстрирует наличие у всех киназ важного общего свойства. 12.13. Альдолаза образует шнффово основание с дигидрокснацетонфосфатом Обратимся теперь к альдолазе, которая ка- тализирует конденсацию дигилроксиаце- тонфосфата и глицеральдегид-3-фосфата СН ОРО ' г э + Нс = Š— Н=э". н Сн,сн ПРО2ОПЛРОЕЛЛПОЕ нлффоео оепоеелпе СН ОРО '- г з Š— ЧН, + О=С сн,он + н,о Путь расщепления фруктозо-1,6-бисфосфа- та представляет собой простое обращение рассмотренного пути его образования. Глицеральдегид-3-фосфат + Р, + + ХА13' — 3 1,3-БФГ + ХА13Н + Н'. Еноллг.епноп Последующее присоединение глнцеральде- В процессе превращения альдегида в ацилгид-3-фосфата к образующемуся в качестве фосфат сначала происходит окисление альпромежуточного соединения енолят-аниону дегндной группы дает протонированное щнффово основание фруктово-1,6-бисфосфата.
О О О О Окисление эЭ Ооефорплпроеанне ° †с в с — с — с ° †с †о †с †оО Альдегпд Аинлфоефег Пренелсуточнна продукт Это требует удаления гидрид-иона Р Н ), который представляет собою ядро атома волорода с двумя электронами. Отделение гидрид-иона от альдегида сопряжено с преодолением мощного барьера, обусловлен- Н СНгоро,г С=О Н+ ! Š— И=с Н вЂ” С вЂ” ОН НΠ— С вЂ” Н СНгорозг Еэ Гллаерельденгд. Зфоофет Епеэпзг еплоп Š— н=С вЂ” 3 Е— й ~нгОРО,' =С й СН ОРО г- + Е х.
2 3 О=С ! й н,о н он он я = — с — с — с-сноопо,эони н Это щиффово основание депротонируется н гидролизуется, образуя фруктозо-1,6-бисфосфат и регенерированный фермент. 12. Гликолнз с образованием фруктозо-!,б-бнсфосфата. Сначала дигидроксиацетонфосфат образует протониронанное щиффово основание со специфическим лнзиновым остатком в активном центре альдолаз„присутствующих в тканях животных Это протонированное шиффово основание играет в катализе решающую роль, поскольку оно способств»вт образованию енолятаниона дигидроксшщвтонфосфата.
з СН ОРО ' 2 3 СН ОРО 2 Š— й=с Š— И=с ! Н вЂ” С вЂ” ОН Н вЂ” С вЂ” ОН сл Н 12Л4. Образование тиозфнра ирн окислении глицеральдегид-3-фосфата При действии глицеральдегид-3-фосфатдегилрогеназы образуются различные виды фермент-субстратных промежуточных продуктов. Фермент катализирует окислительное фосфорилирование своего альдегидного субстрата. Рнс. 12.14. й ) О=-С вЂ” Н Удаление гидрил-иона облегчается уменьшением положительного заряда атома углерода. Это достигается присоединением нуклеофильного агента, обозначаемого как Х в следующем уравнении; й я и ! Н +О=С вЂ” Н+Х вЂ” ь НΠ— С вЂ” Н вЂ” ьо=с Х Х +:Н +Н" Гнлрнл. ион нз карбоксилата, стимулируется при этом термолинамнчески выгопной реакцией, окислением альдегнда.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
