Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Поэтому можно считать, что, хотя субъединицы идентичны, молекула должна рассматриваться как п1а~ — азаз. Каждый димер имеет один центр для быстрого и один для более медленного связывания г)АР+.„ конформацпя МА1)е-заряженного тетрамера, очевидно, должна существенно отличаться от незаряженной формы. Спектр поглощения связанного с ХАВв фермента отличается от такового для большинства гзАГ)'-зависимых дегидрогеназ, болыпе напоминая обычный комплекс фермент-МАГ)Н; причина этого продолжает оставаться неизвестной. Кинетические исследования указывают на нь метАБОлизм зто существование обнзательного порядка в связывании с ферментом' субстратов и отделении от него продуктов реакции: МАЦ ааадагиа Р ЫАПН 1,3.аюаосиинаицааин Фермент псклкачительно чувствителен к 1СН,СООН вЂ” мощному инпгбитору гликолиза.
Он специфично алкплнрует ЯН-группу цистеина-149, несмотря на присутствие еще трех других сульфгвдрильных групп. О значении ЗН-группы цистепна-149 для функционирования фермента свидетельствует н тот факт, что в результате обработки фермента 1,3-дифосфоглицератом в отсутствие КАРН образуется 3-фосфоглицероилтпоэфир цистенна-149. Затем ацильная группа медленно переносится на имидазольный азот гистидина-38 и в свого очсредь на е-амииогруппу лизина-183.
Очевидно, что цистеин-149„гистидин-38 и лизин-183 располагаются в непосредственной близости от активного центра. Фермент может также функционировать как простая эстераза, и проявление этой активности предотвращается алкилированием сульфгидрильной группы и реагентамв, затрагивающими имидазольную группу. На основании этих и других наблгодений предполагают, что каталитическяй цикл глицсральдегид-3-фосфатдегидрогеназы осуществляется следующим образом.
Пирндиповое кольцо ХАЮ+ располагается вблизи активной — ЯН-группы, которая в резутьтате стерически маскируется. Присоединение субстрата сопровождается возникновением тнополуацетальной связи между альдегидной группой и цистеипом. НАРТ затем восстанавливается, и тцополуацеталь окисляется до тиоэфира с образованием ацил-фермента. Таким путем карбонильная группа субстрата окисляется до ьарбокспльной. Вслед за этим МАРН покидает фермент н заменяется на ИАЕ1'. Наконец, имидазольная группа каталнзирует фосфоролиз ацил-тиоэфира, производя перенос ацильной группы от фермента на Р;; в результате образуется 1,3-дифосфоглицсрнновая кислота.
Если вместо Р; фермент использует арсенат, то продуктом окисления является просто 3-фосфоглицерат; механизм этого процесса был изучен путем инкубации фермента с 1,3-дифосфоглицератом и арсенатом. На основании полученных данных предложена приведенная ниже последовательность реакций: 1,3 дифосфоглицерат+Е ~ 3-фосфоглицероил-Е -'- Рг 3-фссфоглицероил-Е + арсеиат ~~ Е + 3-фосфоглицероил-! -арсенат н,о 3-фосфоглицероил-1-арсенат — е 3-4нкфоглицерат + арсенат 571 ~«мьтлволнзм тглаводов. ~ Протекание процесса в указанном направлении определяется не- стойкостью молекулы З-фосфоглицероил-1-арсената.
О=СОРОтН НСОН + АРР СН ОРО Н т, 3-Зифаороглнкери- новая иислоп1а СООН ! НСОН + АТР ! СНтОРО»На 3-фосфоглиоириНааая пасло~па Ферменты мышц и эритроцнтон различаются между собой. Прн редком наследственном заболевании, иабл1одаемом на о. Самоа, генетическое замещение аспарагином остатка треоиина в полипептндной цепи киназы эритроцита человека приводит к дефекту переноса фосфата и связанной с этим гемолитической анемии. Суммарный процесс, катализируемый глицеральдегид-3-фосфатдегндрогеназой и 3-фосфоглицераткиназой соответственно, запишется следующим образом: гликерии»легид-зфосфат+ Р; + Хаог+ АВР л==г: ~~ 3-фосфаглиоерииоваи кислота+ ФАВН+ АТР+ Н+ Положение равновесия сопряженной реакции сильно сдвинуто вправо.
На самом деле именно изменение свободной энергии в втой реакции «толкает» в других случаях невыгодные альдолазную н триозоизомсразную реакции. При окислении трнозофосфата до фосфоглицерата генерируется эквивалентное количество АТР. Это наиболее известный пример сопряжения экзергонического окисления метаболита с запасаннем полезной химической энергии в форме энергии пирофосфатной связи АТР. Поскольку из каждой молекулы глюкозы образуются два триозных фрагмента, каждый нз которых указанным способом превращается в З-фосфоглицерат, 14.4.2.т.
Фосфоглицераткинааа 1,3-Дифосфоглнцериновая кислота представляет собой ангидрид кислоты, энергия для образования которого поставляется процессом окисления 3-фосфоглицеринового альдегида. Энергия, обычно освобождаемая при окислении какого-лнбо альдегнда в карбоновую кислоту, удерживается в форме энергии химической связи, минуя тепловую форму энергии. Действительно, Лег' для простого гидролиза 1,3-днфосфоглицерата, составляющая приблизительно — 14 000 пал~моль, более чем достаточна для того, чтобы стал возможным перенос фосфата из 1-го положения 1,3-дифосфоглпцерата к АВР. Реакция, катализируемая фосфоглицераткигтазой 1мол. масса 50000), имеет следующий внд: н!. метхиолнзм то, стало быть, на одну молекулу глюкозы генерируются две моле- кулы АТР. 14.4.2.8.
Фосфоглицеромутаза 3-Фосфоглипернновая кислота, которая возникает в результате опнсаннои выше последовательности реакций, превращается в 2-фосфоглнцериновую кислоту под действием фосфоглпйерол!утазы — дпмерноп! белка (мол. масса — 65 000) . СООН ! НСОРОзНз ! СН. ОН 2-Ч!ос!роглицеримовая иисломм СООН НСОН СнзОГ ОзНз 3 !росфоглииериНОвая висло!ма По крайней мере два изофермента встречаются у млекопитающих: во взрослой мышце — высокочувствительный к Нп™ и в эмбриональной мышце не обладающий такой чувствительностью.
В сердце и костной ткани взрослых организмов находится смесь этой пары ферментов. Если процесс катализпруется ферментом пз эрптроцптов, в качестве промежуточного продукта образуется 2,3-дифосфоглицерат. На основании аналогии с более подробно изученной фосфоглюкомутазной реакцией (равд. 15.3.3), а также исходя из факта установления быстрого равновесия прн распределении "Р между всеми участниками реакции для фосфоглнцеромутазы пз эритроцнтов был предложен следу!ощнй механизм действия: Š— фосфат + 3-фосфоглииерат м=:::и м=и Е+ 2,3-лифссфоглииерат ~~ челси Š— фслфат+ 2-фссфоглииерат 14.4.2.9. Еиолаза 2-Фосфоглицернновая кислота подвергается дегндратацнн в присутствии енолазы с образованием фосфорнокислого эфира ено- Приведенный механизм реакции согласуется с фактом содержания в изолированном белке 2 молей связанного 2,3-дифосфоглицерата на 1 моль фермента. Роль 2,3-дифосфоглицерата в регулировании свойств гемоглобина обсуждается в гл.
31. Только в эритроцптах концентрация 2,3-дифосфоглицерата больше той, которая требуется для участия этого соединения в качестве субстрата в процессе гликолиза. Растения содержат фосфоглицеромутазу с иным механизмом действия. 14. мвтхБОлпзм уГлеВОЛОВ. 1 14.4.2Л10. Пкруваткллава Перенос фосфата от фосфоенолпирувата к АРР каталпзируется пируапгкиназой (мол. масса 240000)„которая, как предполагают, состоит из четырех идентичных субъединиц. СООН Мсв + АОР =. С вЂ” ОН + АТР ~! Снв енолпиролиногрвзнвя кислоп|в СООН ! С вЂ” ОРОвН СН, фосфоенолпиравинограднвя кнолол1в Для действия этого фермента абсолютно необходим Мда+; фермент подавляется Са'"' и функционирует только в присутствии до- ла пировпноградной кислоты.
СООН СООН НС вЂ” ОРО Н, — — С вЂ” ОРОзНв + Н,О СН ОН ': СНв 2-фосфагликври- фассроеналпираНоева кнслал1а вннвгрвоквя кнслоие Енолаза (мол. масса 88 000) представляет собой димер нз двух идентичных субъединиц. Однако у ряда видов обнаружены электрофоретически различимые изоферменты. Даже в отсутствие субстрата кофактор (Мцв+ или Мп'+) прочно связывается с ферментом, который при этом подвергается значительному изменению конформапии. Иоп металла участвует в связывании субстрата с ферментом и, вероятно, в последующих электронных перестройках.
Добавление фторида к активно гликолизирующей системе останавливает енолазную реакцию н приводит к накоплению фоофоглицериновых кислот, возможно, благодаря образованию фторфосфата магния, который связывается с ферментом. Положение равновесия в енолазной реакции находится около 0,5. Поэтому реакция практически не сопровождается существенным изменением свободной энергии.
Однако следует иметь в виду, что фосфат в молекуле 2-фосфоглицерата образует сложноэфирную связь со вторичной спиртовой группой, а в результате енолазной реакции происходит образование фосфатного эфира енольного таутомера пнрувата. При рН 7 равновесие сильно сдвинуто в сторону кетоформы, и изменение свободной энергии, сопряженное с гидролизом фосфорного эфира этого енола, необычайно велико; Лб'ж — 12000 кал/моль„т. е. вполне достаточна, чтобы разрешить перенос остатка фосфорной кислоты иа АРР. 574 иь метлволпзм вольно высоких [К'~. Зависимость от Кг особенно выражена для обратной реакции, которая даже при У,„проходит только со скоростью 0,20Л скорости прямого процесса. Необычная потребность в К-', согласно предположениям, объясняется необходимостью в иммобилизации карбоксильнои группы фосфоенолпирувата. Последняя образует стабильный тройной комплекс с ферментом и Мц'-*., но сродство фермента к субстрату в 1О раз возрастает при добавлении Кг.
Пнруваткиназа является следующим после фосфофруктокиназы ферментом гликолиза, действие которого подчинено строгому регуляторному контролю. У млекопитающих известны две формы фермента, в печени [).-форма) и а мышце (М-форма), сильно отличающиеся по своему регуляторному поведению, которое в каждом случае соответствует метаболнческнм потребностям клетки, где функционирует фермент. Кинетика катализируемой М-формой фермента реакции описывается гиперболической кривой. При высоких [АТР) последний приобретает характер ингибитора; кинетика процесса описывается в этом случае кривой, близкой к сигмоидной, К для фосфоенолпирувата возрастает.
Напротив, 1 -фермент в присутствии лишь своих субстратов Мяхь и К+ четко обнаруживает сигмоидные зависимости, которые становятся более выраженными под действием АТР н аланина. Эти явлении могут быть полностью элиминированы путем увеличения [фруктозо-1,6-дифосфата1; кинетическая кривая представляет собой в этом случае уже гиперболу, и К для фосфоенолпирувата значительно снижается, что свидетельствует как о регуляции по принципу положительной прямой связи, так и о наличии кооперативного аллостерического центра, который должен быть заполнен одной молекулой субстрата, прежде чем каталитический центр сможет воздействовать на следующую молекулу.
Это обстоятельство делает каталнтическую активность необычной, зависимой от возрастания концентрации субстрата. Описанные закономерности иллюстрируются рис. 14.4. Три дополнительных контрочьных механизма регулируют печеночную пируваткиназу. При всех концентрациях субстратов и эффекторов она ингибнруется как жирными кислотами с длинной цепью, так н ацетил-СоА; сукцикил-СоА является мощным ингибитором, но только в присутствии активирующих концентраций фруктозо-1,6-дифосфата. Поскольку этн отрицательные эффекторы конкурируют за одно и то же место на каждой субъединице, их эффекты адднтнвны, а пе кооперативны. Когда в клетку поступает достаточное количество этих материалов, они сами становятся предпочтительными субстратамн окислительного метаболизма, компенсируя таким образом прекращение притока пирувата, которое обусловлено их ингибирующим эффектом на пируваткиназу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
