Том 1 (1128365), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Если происходит разрывмембраны или если применяется какой-нибудь химический агент, повышающийее проницаемость для Н+ и других катионов, синтез АТР уменьшается или вовсепрекращается; при этом и перенос электронов, и восстановление О2 до Н2Опродолжаются по-прежнему, но вся высвобождаемая энергия выделяется в видетепла. Разобщение окислительного фосфорилирования и цепи переносаэлектронов наблюдается также при воздействии некоторых лекарственныхсредств, например динитрофенола (ДНФ). Поскольку это вещество понижаетэффективность энергетического обмена, одно время врачи прописывали егосвоим пациентам, чтобы помочь им избавиться от лишнего веса. Однако от егоприменения в качестве средства против ожирения пришлось77отказаться, поскольку выяснилось, что он вызывает патологические побочныеэффекты.7875 :: 76 :: 77 :: 78 :: Содержание78 :: 79 :: 80 :: Содержание3.10.
ГликолизТе р м и н о м гликолиз (буквально - расщепление сахара) обозначаютпоследовательность реакций, ведущих к превращению глюкозы впировиноградную кислоту (рис. 3-30 и 3-39). Эта последовательность, одна изосновных в энергетическом метаболизме животной клетки, осуществляется какв анаэробных, так и в аэробных условиях. Другое название глико-литическогопути - путь Эмбдена-Мейергофа - было дано в честь двух немецкихбиохимиков, которые установили все этапы гликолиза в 1930-х гг.При гликолизе сначала происходит фосфорилирование глюкозы за счетАТР либо в процессе фосфоролиза гликогена (рис. 3-40), либо в реакцииГлюкоза + АТР → Глюкозо-6-фосфат + ADP.После превращения глюкозы (реакция 2 на рис. 3-39) во фруктозо-6фосфат происходит повторное фосфорилирование гексозы (шестиуглеродныйсахар) с образованием фруктозо-1,6-дифосфата, на что расходуется втораямолекула АТР (реакция 3).
Может показаться, что клетке невыгодно расходоватьдве молекулы АТР на фосфорилирование одной молекулы гексозы, посколькуцель гликолиза-синтез АТР. При более внимательном рассмотрении, однако,оказывается, что фосфорилирование глюкозы отнюдь не лишено смысла. Врезультате фосфорилирования молекул гексоз и триоз (трехуглеродные сахара)получают ионогенные группы, а, как мы видели в гл.
2, проницаемость мембрандля полярных молекул очень мала. Таким образом, нефосфорилированнаяглюкоза может свободно проникать в клетку (и покидать ее), диффундируячерез наружную мембрану, тогда как ее фосфоршшрованная форма ифосфорилированные производные "заперты" в клетке, как в ловушке. Эти двемолекулы АТР, израсходованные на так называемые пусковые реакциифосфорилирования, в конечном счете восполняются, потому что напоследующих этапах гликолитического пути эти фосфатные группы, а сталобыть и запасенная в них химическая энергия переносятся на ADP собразованием АТР (реакция 10 на рис.
3-39), т.е. энергия фосфатных групп,затраченная в пусковых реакциях фосфорилирования, сохраняется.Молекула фруктозо-1,6-дифосфата расщепляется в реакции 4 на дветриозы-глииералъдегид-3-фосфати диоксиацетонфосфат.Молекулапоследнего с помощью соответствующего фермента превращается в первуютриозу, так что из каждой молекулы глюкозы получаются две молекулыглицеральдегид-3-фосфата, и обе они далее претерпевают одинаковыепревращения. На этом завершается первая стадия гликолиза, на которой изодной молекулы шестиуглеродного сахара образуются две молекулытрехуглеродного глицеральдегид-3-фосфата (реакции 1-5).Вторая стадия гликолиза начинается с окисления глицеральдегид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглщерата (реакция 6).
Эта реакция чрезвычайно важна,поскольку присоединение второй фосфатной группы к молекуле триозыпозволяет сохранить энергию, которая в противном случае выделилась бы приокислении альдегидной группы. Выяснение механизма этой реакции иследующей (реакция 7), в которой происходит прямое фосфорилирование ADPсубстратом с образованием АТР, расценивается как один из самых важныхвкладов в современную биологию. Благодаря этим окрытиям Отто Варбург ссотрудниками в конце 1930-х гг. впервые прояснил частично тот механизм,посредством которого химическая энергия окисления запасается в форме АТР.Такой способ называют фосфорилированием на уровне субстрата, или простосубстратным фосфорилированием, в отличие от фосфорилирования вдыхательной цепи.В реакциях 8-10 происходит превращение 3-фос-фоглицерата в 2фосфоглицерат, от которого далее отщепляется вода с образованиемфосфоенолпирувата, а в реакции 10 последняя отдает свою фосфатную группумолекуле ADP с образованием АТР и пировиноградной кислоты.
Таким образом,гликолитическийпутьзаканчиваетсяобразованиемдвухмолекулпировиноградной кислоты из каждой исходной молекулы глюкозы. Нафосфорилирование одной молекулы гексозы расходуются две молекулы АТР,однако из одной молекулы триозы образуются также две молекулы АТР(реакции 7 и 10). Поскольку из каждой молекулы глюкозы получаются двемолекулы триозы, суммарный выход АТР при гликолизе составляют двемолекулы АТР на каждую молекулу глюкозы (рис. 3-41).В отсутствие кислорода, т.е. при анаэробном гликолизе , восстановлениепировиноградной кислоты до молочной кислоты (реакция 11 на рис. 3-39) илиэтанола (в некоторых микроорганизмах, например в дрожжах) служит оченьважной функции окисления NADH, образованного в реакции 6, обратно доNAD+.
В этом случае электроны от NADH акцептируются не кислородом, апировиноградной кислотой. Без такого анаэробного окисления восстановленногокофермента образовался бы дефицит его окисленной формы и гликолиз был бызаблокирован из-за отсутствия акцептора электронов в реакции 5 (окисление 3фосфоглицеролового альдегида до 1,3-дифосфоглицерата) в отсутствиемолекулярного кислорода. Анаэробный цикл NAD +NADH,сопряженный с реакциями 6 и 11, показан на рис. 3-42.
При аэробном гликолиземолекула NADH78Pиc. 3.39.Гликолиз. Обратите внимание на то, что в реакции 4 из каждой молекулы гексозы образуются двемолекулы триозы, т.е. на оставшемся участке пути концентрация реагентов удваивается. Закрашеннымипрямоугольниками выделены высокоэнергетические промежуточные продукты-АТР и NADH.79Рис. ЗАО.
Фосфоролиз гликогена с образованием глюкозо-1-фосфата. (Lehninger, 1975.)окисляется молекулярным кислородом через систему переноса электронов,которую мы обсуждали в предыдущем разделе; при этом образуются тримолекулы АТР.Рис. 3.41. Расходование и образование АТР при гликолизе. Обратите внимание на то, что суммарныйвыход АТР составляет 2 моля А ТР на 1 моль глюкозы при окислении ее до пировиноградной кислоты.(Vander el al, 1975.)Рис.
3.42.Цикл NAD+анаэробном гликолизе.NADH, сопряженный с реакциями 6 и 11 (рис. 3-39) при8078 :: 79 :: 80 :: Содержание80 :: 81 :: 82 :: Содержание3.11. Цикл трикарбоновых кислот(цикл Кребса)В аэробных условиях Пировиноградная кислота декарбоксилируется, т. е. отнее отщепляется молекула СО2 и остается двухуглеродная ацетильная группа.Окисленная форма кофермента NAD+ принимает один атом водорода отпировиноградной кислоты и один атом водорода от кофермента А (СоА) . Врезультате происходит конденсация двухуглеродно-го остатка, образовавшегосяиз пировиноградной кислоты, с коферментом А с образованиемацетилкофермента А (ацетил-СоА) (рис. 3-43).
Кофермент действует какпереносчик ацетильной группы, передавая ее щавелевоуксусной кислоте вследующей реакции, в ходе которой СоА высвобождается из комплекса. Такимобразом, СоА не расходуется, а все время переносит ацетильные группы отпировиноградной кислоты на щавелевоуксусную.Все реакции гликолитического пути вплоть до образованияпировиноградной кислоты протекают в цитозоле.
За образованием ацетил - СоАи СО2 из пировиноградной кислоты и СоА следуют восемь основных реакцийцикла трикарбоновых кислот (ЦТК) (рис. 3-44), в результате которых каждаяацетильная группа расщепляется до СО2 и Н2О с образованием еще двухмолекул СО2 и двух молекул Н 2О. Все эти реакции протекают в матриксемитохондрий, содержащем соответствующие ферменты. Суммарная реакциярасщепления пировиноградной кислоты выглядит так:Цикл трикарбоновых кислот известен также под названием цикл Кребса вчесть Ханса Кребса, который в начале 1940-х гг.
установил основные этапыданной последовательности реакций и ее циклический характер. Сначаладвухуглеродная ацетильная группа из ацетил-СоА конденсируется с80Рис. 3.43. Образование ацетил-СоА из пировиноградной кислоты.четырехуглероднойщавелевоуксуснойкислотойсобразованиемшестиуглеродной лимонной кислоты (реакция 2, рис.
3-44). В реакциях 5 и 6 отизолимонной кислоты отщепляются последовательно две карбоксильныегруппы, из которых образуются соответственно вторая и третья молекулы СО 2.Кроме того, в тех же реакциях отщепляются четыре атома водорода, которыепереносятся на NAD+ с образованием двух молекул NADH. Реакция 7 протекаетна поверхности внутренней митохондриальной мембраны, с которой связанымолекулы сукцинатдегидрогеназы. Этот фермент при участии кофермента FADотщепляет два атома водорода от янтарной кислоты с образованием фумаровойкислоты. Еще одно окисление происходит на этапе 9; здесь яблочная кислотапревращается в щавелевоуксусную кислоту с одновременным переносом двухатомов водорода на NAD +.
Затем новая ацетильная группа конденсируется сщавелевоуксусной кислотой с образованием новой молекулы лимоннойкислоты, и, таким образом, цикл повторяется.С каждым новым оборотом ЦТК от молекул отщепляются два атомауглерода и четыре атома кислорода в виде двух молекул СО 2 (рис. 3-45), а такжевосемь атомов водорода, всякий раз по два. Эти атомы водорода (посколькукроме протона они содержат еще и электрон) окисляются молекулярнымкислородом до Н2О при участии NAD+ , FAD и соответствующего цитохромадыхательной цепи. СО2 высвобождается из митохондрии, а затем и из клеткипросто путем диффузии и в конце концов выводится из организма в виде газачерез систему кровообращения и органы дыхания.Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
