Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 9
Текст из файла (страница 9)
14.6.1) или трансаминироваться с образованием алаиина (также обратимый процесс) гл. 20). Однако главная участь пирувата в большинстве клеток млекопитающих заключает- Накопленный фруктозодифосфат не подвергается дальнейшим превращениям, поскольку равновесие альдолазной реакции заметно сдвинуто в пользу фруктозодифосфата, а не смеси триозофосфатов. Причины отмеченной Гарденом и Йонгом потребности процесса брожения в г(А1)з и Мцз+ очевндны и пе нуждаются в пояснениях. Соответствуюшую интерпретацию получило и наблюдение Гардена и Йонга об изменении характера брожения в присутствии арсената.
В настоящее время известно (разд. 14.4.2), что глицеральдегидфосфатдегидрогеназа может переносить 3-фосфоглицероил на арсенат, образуя продукт, который спонтанно разлагается. При этих обстоятельствах на данной стадни процесса утрачивается необходимость в Рь но и не может образовываться АТР. Поскольку в присутствии арсената на каждую сбраживаемую молекулу глюкозы могут генерироваться только две молекулы АТР (на стадии превращения фосфоенолпнрувата в пируват), то очевидно, что это количество АТР лишь компенсирует его расход в более ранних киназных стадиях процесса; отсюда следует, что брожение или гликолнз может происходить в отсутствие Рг до тех пор, пока истощится вся глюкоза, причем эти процессы не сопровождаются накоплением фруктозодифосфата. Накопление фруктозодзгфосфата в живой клетке представляет собой совершенно бесцельный процесс, так как, даже если при этом и происходит превращение глюкозы в лактат (или этанол+СО»), в результате не продуцируется АТР.
Понимание этого обстоятельства способствует правильной интерпретации процесса гликолиза. пь метанолизм йзо глюк оао-6- Чзссгрвгп () молочная~ «пнровииограоная ккслоюа кнслогпа яблочная шаоелевсуксусная нислагпа кислогпа игкрные кислоты ~«Акеюкл Сод аслгпсчкснсиап кислоп|а Со, Ряс. 14.5. Преврансеггия пиравиноградной кислоты у млеканнтаюогик. ся в его окнсленин до СОт н ацетнл-СоА, как это описано в равд. 12.2.!. и кратко рассматривается еще раз ниже. 14.4.3.2.
Окнслительное лекараоксилированне пировиногракной кислоты Окнслнтельное декарбокснлнрованне пнрувата до ацетнл-СоА н СОа, по существу, необратимо. СНЗСОСООН + Со Л вЂ” Я1+ 1ЧЛΠ— «СН3СΠ— ЗСОЛ + СОс + 1 ~А ОН + Н пнровннаграк- ксфернент апетю«СоЛ на я кислота А глкгкоза + АВР + 2Рг + 2ХАО« — « — «2 пироввногралная кислота+ 2ЛТР+ 2ХЛОН+ 2Н+ Пнруват затем поступает в мнтахондрпн, где он превращается в ацетнл-СоА н СОт, это сопровождается генерацией г1АРН, окисление которого обеспечивает образование б молей АТР на глюкозный эквивалент. Прн дальнейшем полном окнсленнн апетнл-СоА образуется 12 молей АТР, т. е.
еще 24 молей АТР на глюкозный эквивалент. Остается оценить вклад АРАОН, возникшего в цнтоплазме прн окнсленнн глнцеральдегнд-3-фосфата. Как Образуемый таким путем ацетнл-СоА может быть использован в ряде реакций, таких, как ацетилнрованне холина нлн ароматнческнх аминов нлн в бногенезе ацетоацетата, жнрных кислот с длинной цепью н стерондов.
Наш интерес в этом вопросе, однако, сводится к бносннтезу АТР 1в физиологических условнях) прн полном окислении глюкозы в результате полного окисления пнрувата. продуцвруемого в глпколнтнческом пути. Ход событий в цнтоплазме может быть представлен суммарным уравнением ы. метднолизм зтлаводов. ~ указано ранее (разд. 12.2.2), цитоплазматнческий АРАОН должен восстановить некоторые метаболиты-переносчики, а именно ацетоацетат или диоксиацетонфосфат, восстановленная форма которых может проникать через митохондрпальный барьер и окнсляться соответствующей митохондриальной дегидрогеназой. В зависимости от природы переносчика 2 моля окисляемого таким путем )лАВН могут давать 4 или 6 молей ЛТР. Как следует из суммарного процесса, представленного в табл. 142, теоретический общий выход АТР составляет 38 молей на ! моль окисленной глюкозы СеНьзОе+ ВОе+ЗВАОР+ЗВР; — ВСОе+ ВН О ~ ЗВАТР Подобный расчет эффективности этого процесса в лучшем случае может быть лишь грубо приближенным.
В действительности Таблица 14.2 Общий выход АТР при превращениях глюкозы в дыхательной системе выход АТР Посаедоытельносп Говения Глюкоза фруктозо- цб-дифосфат 2 Траозофосфат — ~. 2.3-фогфоглицериноная кислота 2МАО+ — ФАВН вЂ” е2КАО" — 2 +2 46 +2 2 Фосфоенолиироиинограднаи кислота кислота 2пиронниаградная 2 Пироаииограаная кислота 2 ацстил-Сой + 2СОе 2ХАО' 2МАОН + 2МАО' 2 Ацетнл-Сод 4СОе +6 +24 СеНмОе + 60с — о ВСОг + ВНеО +ЗВ процесс сопровождается с> щественной потерей свободной энергии.
Полученная расчетная величина критическим образом зависит от свободной энергии образования АТР при имеющихся в клетке условиях. Последние, а именно [АТР1, [АПР1 н [Р;), в свою очередь различаются в митохондрнях и цнтозоле. В стационарном состоянии отношение [АТР~1[АПР) в клетке может увеличиваться от -500 до 1000, что приводит к существенному возрастанию количества свободной энергии, требуемой для синтеза АТР из ЛОР. Оценивая свободную энергию, которая могла бы быть освобождена в условиях клетки при простом гндролизе всего количества АПР, образовавшегося в результате окисления одного моля глю«озы, и учитывая при этом, что Лег для гидролиза АТР в физиоло- ИЬ МЕТАБОЛИЗМ 582 гических условиях составляет приблизительно — 12 000 кал/моль, можно рассчитать, что -450000 кал из потенциально доступных 686 000 кал действительно сохраняются при этом процессе.
Эффективность процесса, таким образом, имеет порядок 66%. 14.5. Анцплероз Как показано на рис. !2.1, в результате каждого оборота цикла лимонной кислоты регенерируется один эквивалент шавелевоуксусной кислоты, необходимый для инициирования следующего оборота цикла. Очевидно, что, если какие-либо промежуточные продукты этого цикла были бы отведены в другие метаболические пути, цикл должен был бы остановиться, если только не возобновится поступление одного нли нескольких требующихся веществ. Эта проблема отчетливо выражена в клетках растений и микроорганизмов, в которых а-кетоглутарат и оксалоацетат постоянно оттягиваются из цикла для синтеза глутаыиновой и аспарагиновой кислот, которые в свою очередь являютси предшественниками других аминокислот (гл.
20). Подобные соображения приложимы и к клеткам животных. Процессы, с помощью которых осуществляется восполнение недостающих промежуточных продуктов, носят название анаплероз. Первым указанием на существование анаплероза послужило наблюдение у гетеротрофных нефотосинтезируюших бактерий процесса, в основе которого оказалась следуюгцая реак- ЦИЯ: пировияотраляая кислота + СОа — щааелевотксусиаа кислота Вскоре после этого было установлено, что у животных, получавших ИСО,, меченый углерод обнаруживается в гликогене печени. Хати ни млекопитающие, ни гетеротрофные бактерии не способны к синтезу глюкозы из СОа, очевидно, что реакции фиксации СОа все же имеют место в нефотосинтезирующпх биологических системах. К числу наиболее важных реакций такого типа относятся реакции, в которых участвуют пировиноградная и щавелевоуксусная кислоты.
Образование оксалоайегата. Главная аиаплеротическая реакция в животных клетках и у многих растений и микроорганизмов катализируется пирувагкарбоксилазой. мат+ пиРгват+ НСОа + ДТР ~ оксалоапетат+ АОР+ Р; ацетна-Соа В животной клетке этот фермент (мол, масса 600000) находится только в митохондриях; фермент состоит из четырех субъедиииц, к каждой из которых пептпдной связью, образуемой с и-ами- бвз !4. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. ! ногруппой остатка лизина, присоединена молекула биотина, Каткдая субъеднннца содержит также один прочно связанный двухзарядный катион: Хна+ — для фермента дрожжей, Ми!+ — для фермента печени крыс.
Эти свойства присущи всем главным фиксирующим СОе ферментам животных клеток. Биотин присоединяется к уже сформированному холоферменту при участии особого фермента, каталнзирующего последовательность Е+ АТР и==.=:и Š— АМР+ РР! Š— АМР+ бнотин ~=в бнотинил — Е+ АМР где в качестве промежуточного продукта, вероятно, образуется фосфоамнд аденилата н специфического остатка лизина.
Исключительно низкая Ка' '"" (?О нмоль/л) находится в соответствии с ничтожными пищевыми потребностями в этом витамине. Фиксация СО, происходит в две стадии: Š— биотин+АТР+НСОа ~~ Š— био!ни СОа+АОР+Р! (1) Š— биотин СО + лиртват ч==е Š— биотин+ оисалоанетат (2) Структура соединения биотин — СОЗ такова; О НХ Ы вЂ” СОО О 1! белое — ХН С (СНа)4 !'-М-иарбаиеибие!еииил!рермеитл Ьб' для и!дролкза карбоксибиотинового комплекса составляет около — 4700 кал/моль; в связи с этим данный комплекс может служить в качестве эффективного карбокснлирующего агента.
Наиболее характерной чертой аируваткарбокснлазы является абсолютная потребность в ацетил-СоА; в отсутствие этого положительного эффектора фермент не способен каталнзировать фиксанню СО; на бнотнне. Если фиксация СО. на связанном с белком бнотине протекает в отсутствие пирувата н фермент затем освобождается от ацетил-СоА, то последующий перенос СОт на пируват все еще может происходить. Однако роль пирувата в процессе синтеза оксалоацетата не ограничивается его участием в качестве субстрата реакции — пируват также ускоряет каталитический процесс в стадии карбокснлцрования биотнна. Фермент, возможно, обладает специфическими центрами связывания для СоА-производных жирных кислот с более длинной цепью, которые также выполняют роль положительных эффекторов. Аспартат — сильный отрицательный эффектор некоторых мнкробиальных пируваткарбоксилаз.
ик мвтлволизм В растениях и микроорганизмах содержится фосфоенолпируваткарбоксилаза, катализнруюшая реакцию фосфоенолпируват+СО + Н О вЂ” ~. оксалоацетат+ Р~ Фермент нз Е. сои оказался тетрамером из субъединиц с мол. массой по 100000 ч характеризуется сигмоидной кривой для зависимости скорости реакции от концентрации фосфоенолпирувата. Однако в присутствии ацетил-СоА или фруктозодифосфата эта зависимость изображается гиперболической (уменьшение К,"ааит ' и увеличение 1',„). Этот фермент также заметно ннгибируется аспартатом и стимуляруется г(АРН.
Вместе с тем другой фермент, фосфоенолпируват-карбоксифосфотрансфераза, присутствующий у Ргортоп(Ьасгег(ипс и Еп1агпоеЬа Ьсз(о1уг(са, катализирует реакцию фосфоенолпируват+ СОа + Р1 и =~ оксалоацетат + РР; Этот фермент также представляет собой тетрамер из субъединиц с мол.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
