Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_1 (1123306), страница 59
Текст из файла (страница 59)
Это в особенности справедливо в отношении скелетной мышцы, интенсивность работы которой в определенных пределах не зависит от поступления кислорода. Образую- щийся лактат может быть обнаружен в тканях, крови и моче. Глвколяз в эрятроцвтах даже в аэробных условиях всегда завершается образованием лактата. поскольку в этих клетках отсутствуют митохондрии, содержащие ферментяые системы аэробного окисления пирувата. Эритроциты млекопитающих уникальны в том отношении, что около 90% их потребностей в энергии обеспечивается гликолизом. Помимо скелетной мышцы и эритроцитов ряд других тканей (мозг, желудочно-кишечный тракт, мозговой слой почек, сетчатка и кожа) в норме частично используют энергию гликолиза и образуют молочную кислоту.
Печень, почки и сердце обычно утилизируют лактат, но в условиях гипоксии образуют его. Хотя большая часть гликолитических реакций обратима, три из них носят ярко выраженный экзергонический характер и поэтому могут рассматриваться как физиологически необратимые. Это реакции, катализируемые гексокииазой (и глюкокиназой), фосфофруктокиназой и пируваткииазой; они служат главными участками, на которых происходит регуляция гликолиза.
Клетки, способные направить движение метаболитов гликолитического пути в направлении синтеза (глюконеогенез), используют различные ферментные системы, обеспечивающие протекание процесса в обход упомянутых выше необратимых стадий. Об этом будет подробнее сказано ниже, когда будут обсуждаться процессы глюконеогенеза. 2,3-Бисфосфоглицератный цикл В эритроцитах многих млекопитающих имеется фермент, позволяющий направить процесс в обход стадии, катализируемой фосфоглицераткиназой; при этом свободная энергия, обусловлейная присутствием высокоэнергетического фосфата в молекуле 1,3-бисфосфоглицерата, рассеивается в форме теплоты (рис. 18.4).
Дополнительный фермент бисфосфоглицератму таза катализирует превращение 1,3- бисфосфоглицерата в 2,3-бисфосфоглицерат, последний далее превращается в 3-фосфоглицерат при участии 2,3-бисфосфоглицератфосфатазы (принято считать, что этой активностью обладает фосфоглицератмутаза). Потеря на этой стадии высокоэнергетического фосфата означает, что процесс гликолиза более не сопровождается производством АТР. В этом может заключаться определенное преимущество, поскольку даже в тех случаях, когда потребности в АТР минимальны, гликолиз может продолжаться. Образующийся 2,3-бисфосфоглицерат связывается с гемоглобином, понижая сродство последнего к кислороду, т.е.
сдвигает кривую диссоциации оксигемоглобина вправо. Таким образом, присутствие 2,3- дифосфоглицерата в эритроцятах способствует диссоциация кислорода из оксигемогллвбяиа и переходу его в ткани (см, гл. 6). 18б Глава !8 Н вЂ” С О а----Гл!окоза ! Н вЂ” С вЂ” ОН ! СН;О-ОР Глицераладегна-з.фосфат Р! .!( С-0-Р н — с — он ! сн,— о-Ор т,з- Бисфосфоглицера АОР СооФосфоглиЦеРат- Н С ОЗ Гр~ мттаза Сна — О-СР! 2,3- Бисфосфоглицерат дтр соо Н вЂ” С вЂ” ОН ! СН вЂ” Π— ОР 3-Фосфоглицерат ! — — -е~ Пируват Рис. !8А. 2,3-Ьнсфосфоглицератный цикл в эрнтроцнтах. ОКИСЛЕНИЕ ПИРУВАТА В АЦЕТИЛ-СоА Прежде чем пнруват вступает в цикл лимонной кислоты, он должен быть транспортирован в митохондрию; специальный переносчик обеспечивает перенос молекул пирувата через внутреннюю митохондриальную мембрану по механизму симпорта с протоном (см.
рис. 13.15). Внутри митохондрии происходит окислительное декарбоксилирование пирувата и образование ацетил-СоА. Эта реакция катализируется несколькими различными ферментами, работающими в определенной последовательности и объединенными в мультиферментный пируватдегидрогеназиый комплекс, аналогичный а-кетоглутаратдегндрогеназному комплексу, участвующему в цикле лимонной кислоты (см.
с. 174). Пируват декарбоксилируется в присутствии тиаминдифосфата, при этом происходит перенос гидроксиэтильной группы на тиазольное кольцо связанного с ферментом тиаминдифосфата; далее это гндроксиэтильное производное вступает в реакцию с окисленным липоамндом с образованием ацетиллипоамида (рис. 18.5). В присутствии дигидролипоилтраисферазы ацетиллипоамид реагирует с коферментом А, образуя ацетил-СоА и восстановленный липоамид. Завершается цикл реокислением липоамида в реакции с флавопротеином в присутствии дигпдроли- поилдегидрогеиазы.
Восстановленный флавопротеин окисляется ВАР, который в свою очередь передает восстановительные эквиваленты на дыхательную цепь: Пируват '+ ХА13' + СоА -+ Ацетил-СоА + АРАОН + Н' + СО,, В пируватдегидрогеназный комплекс входит примерно 29 молекул пируватдегидрогеназы, около 8 молекул флавопротеина (дигидролипоилдегидрогеназы) и 1 молекула трансацетилазы. Перемещение индивидуальных ферментов в комплексе, повидимому, ограничено, а интермедиаты не диссоциируют, оставаясь связанными с ферментами. Следует отметить, что пируватдегидрогеназная система характеризуется большим отрицательным окислительно-восстановительным потенциалом, который обеспечивает наряду с восстановлением кофермента (ХАРН) образование высокоэнергетической тиоэфирной связи в ацетил-СоА.
Клинические аспекты метаболизма пирувата Арсенат, а также ионы ртути образуют комплексы с — БН-группами лнпоевой кислоты и ингибируют пируватдегидрогеназу; при недостаточном содержании тиамина в диете активность пируватдегидрогеназы снижается и пнруват может накапливаться. Недостаток тиамина возникает у алкоголиков с нарушенным режимом питания; при введении им глюкозы может происходить быстрое накопление пиру- вата и лактата, приводящее к лактатацидозу, нередко с летальным исходом. У больных с наследственной недостаточностью пируватдегидрогеназы также может развиваться лактатацндоз, особенно после глюкозной нагрузки. Зарегистрированы мутации практически всех ферментов углеводного метаболизма, и в каждом случае их следствием является заболевание человека.
Энергетика окислении углеводов При сжигании в калориметре 1 моль глюкозы с образованием СО, и Н,О выделяется приблизительно 2780 кДж теплоты, Когда окисление глюкозы происходит в тканях, часть высвобождаемой энергии не теряется в форме теплоты, а иулавливается» в виде высокоэнергетических фосфатных связей. На молекулу глюкозы, окисляющуюся до СО, н Н,О, образуется примерно 38 высокоэнергетических фосфатных связей. Если принять, что энергия высокоэнергетической связи равна 30,5 кДж, то суммарная энергия, запасаемая в форме АТР, составит 1159 кДж на 1 моль глюкозы (приблизительно 41,7% от энергии сгорания).
Вольшая часть АТР образуется в процессе окислительного фосфорилирования при окислении восстановленных коферментов дыхатель- / сн сн- сн — соо. 2 |й МАО 1ЧДОН+ Н' Таблица 18.1. Образование высокоэнергетических фосфатных связей в ходе катаболизма глюкозы Место образования - Ор и сопряженный процесс Метаболи ческий путь фермент Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа Окисление 2 1ЧАОН в дыхательной цепи Фосфоглицераткнназа Окисление на субстратном уровне Пируваткиназа Окисление на субстратном уровне Глнколиз би 2 2 10 С учетом расходования АТР в реакциях, катализируемых гексокиназой и фосфофруктокиназой Итого 8 Цикл лимонной кислоты Итого 30 Всего на 1 моль глюкозы в аэробных условиях Всего на 1 моль клюкозы в анаэробных условиях 38 2 " В предположении„что 1ЧА1)Н, образовавшийся в ходе гликолиза„поступает в митохоидрню с помощью ь1алатного челночного механизма (см.
рис. 13.15). Если используется глипеоофосфатный челночный механизм, образуется только 2 - Щ на ! моль ХА$ЭН, и количество образовавшихся фосфатных связей будет уже не 38, а 36. Расчеты проведены без учета небольших потерь АТР при сопряженном переносе в митохондрию Н. и пирувата и при аналогичном переносе Н, свойственном малатному челночному механизму, на что уходит примерно 1 моль АТР. Рис.
кй.5. А — окислнтельное декарбоксилированне пирувата пируватдегидрогез!азиьгм комплексом. Б — липоевая кислота. Она присоединяется амидной связью к остаткам лизина трансацетилазного компонента комплекса. Пируватдегидрогеназа . Изоцнтратдегидрогеназа а-Кетоглутаратдегидрогеназа Сукцинаттиокиназа Сукцинатдегидрогеназа Малатдегндрогеназа НН2 н ,с-б +~~ ~ Тиямииаифоефат н с — с сн с-с-сн2 — сн;о-®-® 3 %н. ! сн Окисление 2 АРАОН в дыхательной цепи Окисление 2 АРАОН в дыхательной цепи Окисление 2 1х!АОН в дыхательной цепи Окисление на субстратном уровне Окисление 2 РАОН. в дыхательной цепи Окисление 2 ХА13Н в дыхательной цепи Число связей Ор, образовавшихся на 1 моль глюкозы )88 ной цепью. Другая часть АТР образуется в результате фосфорилирования, происходящего «на субстратном уровне» (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
