Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 22
Текст из файла (страница 22)
15-2). Общий выход АТР в процессе гликолиза равен, однако, не четырем, а только двум молекулам АТР в расчете на одну расщепленную молекулу глюкозы, поскольку две молекулы АТР были уже израсходованы на первой стадии гликолиза. Гликолиз включает химические превращения трех разных типов: 1) распад углеродного скелета глюкозы с образованием пирувата (путь атомов углерода); 2) фосфорилирование АПР высокоэнергетическими фосфорилироваиными соединениями с образованием АТР (путь фосфатных групп) и 3) перенос водородных атомов или электронов (пучь переноса электронов). Мы проследим все эти пути, когда перейдем к обсуждению отдельных реакций гликолиза.
Отметим еше одно обстоятельство. У подавляющей части клеток ферменты, катализирующие гликолитические реакции, присутствуют в растворимой форме в цитозоле, т.е. в гомогенной водной фазе цитоплазмы (разд. 2.181 В отличие от них ферменчьь катализирующие те этапы окисления углеводов, которые требуют присутствия кислорода„ локализуются в мембранах: в эукариотических клетках вмитохондриальныхмембранах,а в прокариотических — в плазматических мембранах.
155. В коде глнколпза образуютса фосфприлароааппьче провчежуточпьче п(юдукты Знакомясь с последовательностью гликолнтических реакций, мы прежде всего должны подчеркнуть тот важный факт, что все девять промежуточных продук- тов на пути от глюкозы до пирувата представляют собой фосфорилированные соединения (рис. 15-2). Фосфатные группы выполняют, по-видимому, три функции. 1. При рН 7 фосфатные группы полностью ионизованы, и потому они придают каждому из промежуточных продуктов гликолиза суммарный отрицательный заряд. Поскольку клеточные мембраны обычно непроницаемы для молекул, несущих электрический заряд, промежуточные продукты гликолиза не могут выйти из клетки.
Глюкоза попадает внутрь клеток, а лактат или пируват покидают их только благоларя тому, что в клеточных мембранах имеются особые транспортные системы, способные переносить молекулы именно этих соединений. 2. Вторая функция фосфатных групп очевидна: они являются необходимыми компонентами в процессе ферменчативного запасания метаболической энергии, поскольку они в конце концов передаются на АПР с образованием АТР. 3.
Фосфатиые группы выполняют функцию узнавания; это связывающие группы, благодаря которым молекулы промежуточных продукчов гликолиза занимают правильное положение относительно активных центров соответствующих ферментов. Почти все гликолитические ферменты нуждаются для проявления активности в ионах Мйч ' . Известно, что ионы Мй" образуют комплексы с фосфатными группами промежуточных продуктов гликолиза, а также с фосфатными группами АПР и АТР (разл. 14.8). Отсюда на.
прашивается вывод, что субстратсвязываюшие участки многих гликолитических ферментов проявляют специфичность не столько в отношении самих фосфорилированных промежуточных продуктов, сколько в отношении их комплексов с ионами Мйч+. ЧАСТЬ П. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 15.б. Первая стадия гликолиза завершается расщеплением углеродного скелета глюкозы На рис. 15-3 показаны отдельные ферментативные этапы первой стадии гликолиза и структурные формулы соответствующих соединений. Из этой схемы, дополняющей рис.
15-2. видно, каким образом шестиуглеродная цепь глюкозы расщепляется на лве молекулы трехуглеродного соединения глицеральлегидфосфата. и. Фос4орилирование глюкозы На этом первом этапе молекула В-глюкозы активируется для участия в последующих реакциях путем фосфорилирования эа счет АТР в положении 6 с образованием глюкозо-6-фосфата )рис. 15-3). Эта реакция, которая в условиях клетки протекает необратимо, катализируется ферментом гекгокш!азой мй*. АТР' + и-В-глюкоза— Мй! — ! АВРз + + и-В-глюкозо-6-фосфат' ' + Н ' бело = — 4,0 ккал1моль.
Гексокиназа присутствует почти во всех клетках -животных, растительных и бактериальных. Она катализирует фосфорилированиенетолько В-глюкозы,но и некоторых других обычных гексоз, например В-фруктозы и В-маннозы. Гексокиназу удалось выделить из дрожжевых кле юк в кристаллическом виде, и ее трехмерная структура была детально изучена методом рентгеноструктурного анализа. Связывание гексокиназы с гексозой происходит по типу индуцированного соответствия: молекула фермента претерпевает при этом 1.лубокое конформационное изменение (см.
рис. 12 и 13 к дополнению 9-4). Для проявления активности гексокиназе необходимы ионы Мйз ', поскольку истинным субстратом для этого фермента служит не АТРл а комплекс МБАТР' (разд. !4.8). Щ ызН Н Н Н Н о Р !люкон! ОН Н ОН ОН Гекеокниа, Атг эЯ глюкокниаэа ЛР!' П-глн!кс'ю-б.фо! Флг 'сн,— о.
'сн,он с=-о П )!руь нег~о-Ггф! ! Онт Атр -.~ Онкйюфруктоюээ!кю АПР СН,— О с=-о но — с — н и-фрукта ю-1,б-лифхйлп н — с — он н — с — он "сн,— о ! ~ Фруктоэобнсфех Ф ю- лльколаэа нэолюр оэ Рис 15-5. Пощюдовательвоать реакций. сос- тавляющих первую стадию гликолиэа. Назва- ния ферментов выделены красным. Цифры увя- зывают полажение атомов углерода. Глюкозо- й-фасфат, фрущазо-б.фосфат и фруктово-1,б- лифасфат представлены здесь для праатоты в виде структур с открытой цепью. хотя в дей- ствительности они существуют в клетке в виде а-аномерных форм с эамкаутым кольцом. сн,— о с о сн,он днгвэро- ксиааетон- фосфн! н с-о н — с — он НΠ— С--Н н .с — он Н-С вЂ” ОН но — с — н Н вЂ” С-ОН н — с — он нСН,— О н с=-о и -"С вЂ” ОН !сн,— о4Й~В В глинн рэл!*гэ ! к!н 3-Фнэгфат Гл.
!а ГликОлиз -центРАльный путь кАтАБОлизмА ГлюкОзы 447 У разных организмов и в разных тканях гексокнназа представлена различными изоформами (разд. 9.23). Хотя все зти изоформы катализируют одну и ту же реакцию (рнс. 15-3), онн различаются между собой по своим кинетическим свойствам. Гексокиназа мышечных клеток характеризуется, например, низкой величиной Км для глюкозы (около 0,1 мМ), поэтому она фосфорнлирует глюкозу крови (4-5 мМ) с максимальной скоростью.
Мышечная гексокиназа резко ннгибируется продуктом каталнзируемой ею реакции -глюкозо-б-фосфатом. Это обстоятельство наряду с некоторыми другими данными позволило сделать выпад, что гексокнназа выполняет в мышцах функцию регуляторного фермента. Глюкоза-6-фосфат является при .лом одновременно и нродукгом реакции, и аллостерическим ингибнтором. Когда концентрация глюкозе-6-фосфата в клетке поднимается выше нормального уровня, он временно и обратимо ннгибирует гексокинаэу, так что скорость его образования приводится в соответствие со скоростью утилизации.
В печени присутствует другая форма фермента, получившая название глюкокиназы, которая не обнаружена в других тканях. Глюкокиназа отличается от изоферментов группы гексокиназы тремя особенностями: во-первых, она специфична только в отношении В-глюкозы и не действует на другие гексозы; вовторых, глюкозо-6-фосфат не является для нее ингибитором и, наконец, в-третьих, она характеризуется гораздо более высокой по сравнению с гексокнназой величиной Км для глюкозы (около 1О мМ). Глюкокиназа печени вступает в действие только тогда, когда концентрация глюкозы в крови заметно возрастает, как это бывает, например, после приема пищи. богатой углеводами.
В этих условиях глюкокиназа действуез на избыточную глюкозу крови и переводит ее в глюкозо-6-фосфат для отложения в запас в виде гликогена печени. У больных сахарным диабетом количество глюкокиназы снижено, и это имеет для организма очень серьезные последствия. При сахарном диабете поджелудочная железа не выра- батывает достаточного количества инсулина (гл. 25); уровень глюкозы в крови в связи с этим сильно повышен„а в печени из-за недостаточности глюкокиназы образуется мало гликогена. б. Превращение глюкоза-б-фосфата во фруктозо-б-фосфат Фермент фосфоглюкоизол~ераэа (его удалось выделить в высокоочищенном виде из мышечной ткани) катализнрует обратимую реакцию изомеризапии (рис.
15-3), в результате которой глюкозо-6-фосфат (альдоза) превращается во фруктозо-6-фосфат (кетозу). Карбонильная группа перемещается при этом из положения 1 в положение 2: мя2 и-В-глюкоза-6-фосфат м т. и-В-фруктозо-6-фосфат Абк = + 0,4 ккал(моль. Поскольку эта реакция сопровождается относительно небольшим изменением стандартной свободной энергии, она легко протекает в обоих направлениях. Фосфоглюкоизомераза нуждается в ионах Мй" и обладает специфичностью в отношении глюкоза-6-фосфата и фруктозо-б-фосфата. и. Фосфорилирование фруктозо-б-фогфата с образованием фруктозо-1,б-дифосфаиш Это вторая из двух «пусковых» реакций гликолиза.
Фосфофруктокинаэа (рис. 15-3), которой для проявления активности требуются ионы Мйэ, катализирует перенос фосфатной группы от АТР в положение 1 В-фруктозо-6-фосфата, в результате чего образуется фруктозо-!,б-дифосфат: Мр+ АТР + В-фруктозо-6-фосфат— мв" — АВР + + В-фруктозо-1,6-дифосфат + Н' А6» = — 3,40 ккал/моль.
ЧАСТЬ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ В условиях клетки эта реакция практически необратима. Фосфофруктокиназная реакция — второй важный «контрольный пункт» гликолиза. Подобно гексокиназе, фосфофруктокинаэа представляет собой регуляторный фермент (гл. 9); среди известных регуляторных ферментов это один из наиболее сложных. Фосфофруктокиназа— главный регуляторный фермент гликолиза в мышцах. Всякий раз, когда в клетке начинает иссякать запас АТР или же накапливается избыток продуктов его распада, т.е. АПР и АМР (особенно АМР), активность фосфофруктокиназы возрастает. И, напротив, фосфофруктокиназа ингибируется,когда в клетке оказывается достаточно АТР и другого клеточного «топлива», например цитрата или жирных кислот.
О регуляторном действии фосф офруктокин азы мы еше будем говорить ниже. г. Раси(виленце фрукта эо-1,б-дифосфата Эта реакция катализируется ферментом, который называется фруктозодифосфатальдолазой или просто альдалазой. Фермент легко может быть выделен в кристаллическом виде из экстрактов мышц кролика. Катализируемая альдолазой реакция представляет собой обратимую альдольную конденсацию (рис 15-3). Фруктозо-1,б-дифосфат обратимо расщепляется с образованием двух триозофосфатов: глицвральдегид-3-фосфата (альдозы) и дигидроксиацетонфосфата (кетозы): 13-фруктозо-1,б-дифосфат Дигидроксиацетонфосфат + + 13-глицеральдегид-3-фосфат Лбь' = + 5,73 ккал/моль.
Альдолаза животных тканей не требует ионов М8", но у многих микроорганизмов этот фермент содержит ионы спг '. Хотя ЛОв альдолазной реакции выражается большой положительной величиной, при внутриклеточных значениях рН и концентрации эта реакция может легко идти как в том, так и в другом направлении. Продукты прямой реакции быстро удаляются (вовлекаются в дальнейшие превращения]. д. Вэаимопрввраиэения эприаэофосфатов Из двух триозофосфатов, образующихся в альдолазной реакции, только один, а именно глицеральдегид-3-фосфат способен подвергаться расщеплению в последующих реакциях гликолиза.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
