Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Однако дигидроксиацетонфосфат может легко и обратимо превращаться в глицеральдегид-3-фосфат под действием пятого фермента гликолитического пути триозофосфатизомеразы (рис. 15-3) Дигидроксиацетонфосфат О-глицеральдегнд-3-фосфат Л6« = + 1,83 ккал/моль. Отметим, что в результате этой реакции 1-й, 2-й и 3-й углеродные атомы исходной глюкозы становятся неотличимыми соответственно от б-го, 5-го и 4-го атомов (рис 15-4).
Этой реакцией завершается первая стадия гликолиза. Таким образом, на первой стадии гликолиза молекула гексозы фосфорилируется по положениям 1 и б, а затем расщепляется с образованием в конечном счете двух молекул глицеральдегил-3-фосфата. Ниже мы увидим, что и другие гексозы, например Т]-фруктоза, )3-манноза и )З-галактоза, также могут превращаться в глицеральдегид-3-фосфат. 15.7. На второй стадии гликолнзн запасается энергия Вторая стадия гликолиза (см. последовательность реакций на рис.
15-5) включает реакции фосфорилирования, в ходе которых свободная энергия, содержавшаяся в исходной молекуле глюкозы, высвобождается и запасается в форме АТР. Поскольку из одной молекулы глюкозы образуются две молекулы глицеральдегид-З-фосфата, обе половины молекулы глюкозы на второй стадии гликолиза во- 450 ЧАСТЬ П, БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ а сн,о — >4>4дрд'., Н С ОН П- ' н Флл"дн- гил-3-фосфаг 'с — н )) о >Рг~, О-глицнральдсгид- фосфнтдегидрогеназа НАНН и Н* СН,О- У4~;, ;1-фогфоглицс- Н вЂ” 'С вЂ” ОН 1л>и,фосфнт ) 'с — о — ';~.:;: )) ФосфоглицсратАТР,. ~ киннза а СН>О-'~~Як ) н — 'с - -он 3-Фогфо- глицг р>и >СОО- 1 Фосфоглицсриг- мя зсН ОН н — с — О-Финал','-'::,'- 3-Фогфо- 1 глииирит > СОО кд мя")> Енолаэд ,ц !1'.
сн Я т с — о — Т(~'.:: Ф,с СОО пируидт АОР ма" Нируниткиннза СН, С=О Нируиит ) СОО ХАОН т Н' 1!иитатлогид)и>— гоиаза ХАН' СН> Н вЂ” С вЂ” ОН 1.-лнктит СОО Рис. 15-5. Вторая стадия гликолита. и. Окигщние глицеральдегид-3-фосфава до 3-фсч фоглицероилфосфави Это первая из двух реакций гликолиза, которые ведут к запасанию энергии в форме АТР (рнс. 15-5).
Фермент глицеральдегидфосфавдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию )3-глицеральдегид-3-фосфат + + )т(АТ) + + Р; — 3-фосфоглицероилфосфат + + АРАОН + Н+ Або' = + 1,5 ККад!Мадис й результате этой сложной реакции альдегидная группа О-глицеральдегил-3- фосфата окисляется, но при этом образуется не карбоновая кислота, как можно было бы ожидать„а смешанный ангидрид фосфорной и 3-фосфоглицериновой кислот †-фосфоглицероилфогфат, Такого типа ангидрид, называемый ацилфосфавом, характеризуется очень высоким значением Аос гидролиза ( — 11,8 ккал» 1моль), т.е.
относится к категории сверхвысокоэнергетических фосфорилированных соединений (разд. 14.9). Для второй фосфатной группы 3-фосфоглицероилфосфата„т.е. для фосфатной группы в положении 3, стандартная свободная энергия гидролиза составляет всего около 3,2 ккал,'малти Таким образом, значительная часть свободной энергии, высвобождающейся при окислении альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата, сохраняется в высокоэнергетической фосфатной группе апилфосфата (при С-1). Роль акцептора водорода в глиперальдегидфосфатдегидрогеназной реакции и> рвет кофермент )ЧАТУ (рис. 15-б), представляющий собой окисленную форму нииотинамидаденинаинуклеотида, содержащего витамин никотинамид (разд. 10б). При переходе )и)АО' в восстановленную форму (обозначается )ЧА)3Н; рис 15-6) от альдегидной группы глицеральдегид-3-фосфата в положение 4 никотинамидного кольца )т)А)3' переносится ферментативным путем гидрид- ГЛ.
15. ГЛИКОЛИЗ-ЦЕНТРАЛЬНЫЙ ПУТЬ КАТАЕОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ 451 О -о — Р— о— ОН ОН о нн, ( Π— Р— О— о он он СЕ) ЗН Свободный фермент Глацеральдегкд 3-(юсфат (к — с — н) о Р, СР) С Н 3-Фслфогзяюрси фалес~ ® Бн Р зэ нер ция свободною фсрлжвтв ® Бн Активный фгрнсвт т !СилСОО' Ислвцттаг 1 (а) Б — СН,С(яу Неактивный фл рншп т Нг Рис 15-6. А. Струатура «икотинамидаденин- динуклеошлл в окисленной форме (НАО"). Б. Восстановление ХАО" путем переноса гил- рил-иона Р Н ) от субстрата ИНз в положение 4 никотинамидного кольца. См. также р с. )б-у. Рис.
15-7. А. Скема, поясняюшая меланизм действия глицеральдегид-3-фо«фатдегидрогеназы. Межлу субстратом и БН-группой в активном центре ферменте возникает коваленпш» связь — образуется тиополуапетвль, Этот проме1куточный продуат, прслставллюший собой фермелп-субстратный комплекс, окиглкется эа счет 1ЧАР", который также связан с аативным центром фермента; а результате образуется тиоэфир. коввлентный промежуто гный продукт, называемый ацилферментом. Связь между ацилыюй группой и тиолоиой группой ферменш карактеризуется очень высокой стандартной свободной энергией гидролиза.
На последнем этапе тиоэфирная связь претерпеаает фолфоролиз, в результате чего пронскодит регенереция свободного фермента и образуется ацилфосфат, сокраняюший а себе значительную часть энергии, высвободившейся ври окислении альдепшиой группы. Б. Иодацетлт явля. ется мошным ингибитором глипервльдегидфосфатдегидрогсаввы, потому что он образует ковалентную связь с важной функциональной БН-группка фермента и таким образом инвктивирует фермент. н н н д сон н, н ~С,сонн н н н ион (:Н ), результатом чего оказывается восстановление в положениях 1 и 4. Второй водородный атом субстрата переходит при этом в среду в виде Н+-иона.
Уравнение, описывающее ферментативное восстановление (л)А(з +, отражает это обстоятельство: Субстрат + )з(А(уз — Окисленныи субстрат + + (ч)АВН + Н". Механизм действия глинеральдегидфосфатдегидрогеназы довольно сложен (рис. 15.7).
Сначала субстрат взаимодей- н Тколояуацетазь, сбрлзущщийся (й) Б ( при ксввзеитион сввэывавии субстрата с суяьфгидрильвсй группой фсрчснта НАО" Олкгзшсэьвнй тгщщ Кдоич Н' вслттавсвзечк Зло+ ® Б — С вЂ” К Ацвяфгрлокт (тксэфир! () 452 ЧАСТЬ Ц. БИОЭИЕР3 ЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ ствует с ЯН-группой остатка цистеина, играющего важную роль в активном центре фермента. Затем фермент катализирует перенос гидрид-иона от ковапентно связанного субстрата на ХАР+, также прочно связанный с его активным центром. В ходе этого процесса возникает высокоэнергетический ковапентный ацилферментный комплекс. Этот комплекс взаимодействует с неорганическим фосфатом, в результате чего образуется свободный 3-фосфоглицероилфосфат и регенерирует свободный фермент.
ХА)ЗН, образовавшийся в этой реакции, затем снова переходит в окисленную форму (ХА(3 '), так что он может участвовать в расщеплении многих молекул глюкозы до пирувата. Если бы такого реокисления ХА)ЗН не происходило, то гликолиз быстро прекращался бы из-за исчерпания запаса ХА(3 +, поскольку его количество в клетке невелико. Глицеральдегидфосфатдегидрогеиаза была вьщелена в кристаллическом виде из скелетных мышц кролика. Ее моп.
масса равна 140000. Молекула фермента состоит из четырех идентичных субьединиц. Каждая такая субьединица представляет собой одну полипептидную цепь, содержащую около 330 аминокислотных остатков. Глицеральдегндфосфатдегндрогеназа ингибируется иодацетатом (разд. 9.12), который связывает важную функциональную БН-группу фермента и тем самым лишает его возможности осуществлять катализ (рис. 15-7, Б). Обнаружение того, что иодапетат подавляет гликолиэ, сыграло важную роль в истории изучения фермептных систем (разд. 13.13). б. Перенос фосфатной группы ощ 3-фосфоглппероилфосфагпа на АОР Фермент фасфоглицераткиназа катализирует перенос высокоэнергетической фосфатной группы от карбоксильной группы 3-фосфоглицероилфосфата на АРР с образованием АТР и 3-фосфагливе)хана: 3-фосфоглицероилфосфат + мк" + А(ЗР 3-фосфоглицерат + АТР АС' = — 4,50 ккап/моль.
Эта реакция гликолиза вместе с предшествующей реакцией обесйечивает сопряжение энергии. Если написать подряд уравнения этих двух реакций, то сразу видно, что 3-фосфоглицероилфосфат играет здесь роль общего промежуточного продукта. Он образуется в первой реакции, а во второй его высокоэнергетическая фосфатная группа переносится на А(ЗР с образованием АТР: Гпицеральдегнд-3-фосфат + Р, + + ХА(3' — 3-фосфоглицероилфосфат + + ХА(ЗН + Н 3-фосфоглицероилфосфат + + АОР 3-фосфоглицерат + АТР.
Суммарное уравнение двух этих последовательных реакций, сопряженных друг с другом благодаря наличию общего промежуточного продукта (З.фосфоглицероилфосфата), имеет следующий вид: Глицеральдегид-3-фосфат + Р, + + АОР + ХАО 3-фосфоглицерат + АТР + + ХА(ЗН + Н+ Аб"' = — 3,0 ккап/моль. Конечный результат этих двух реакций, обратимых в условиях клетки, заключается в том, что энергия, высвободившаяся при окислении альдегидной группы до карбоксильной, оказывается запасенной благодаря сопряженному образованию АТР из А)ЗР и фосфата. Такое образование АТР, сопряженное с ферментатнвным превращением одного из «субстратов», т.е.
одного из промежуточных продуктов метаболизма, например глицеральдегид-З-фосфата, назы- ГЛ. 15. ГЛИКОЛИЗ ЦБНТРАЛЪНЫЙ ПУТЬ КАТАБОЛИЗМА ГЛЮКОЗЫ 453 вают фосфорилиривинием ни уровне губстрити. Ниже мы познакомимся и с другими примерами процессов этого типа. в. Преврачцение 3-фосфоглнцерапча в 2-фосфоглнцерат Фермент фосфор лицератмутаза качализирует обратимую реакцию переноса фосфатной группы иэ одного положения в другое в пределах молекулы субстрата мач 3-фосфоглицерат 2-фосфоглнцерач Лб =+1,0б Для этой реакции, в ходе которой фосфатная группа переносится в молекуле глицерата из положения 3 в положение 2 (рис. 15-5), необходим М8' '. Название мутаэи часто используют для обозначения ферментов, катализируюших внут.римолекулярные перемещения функциональных групп.
г. Дегидратицил 2-фосфоглицерата с образовиннем фосфоенолпирувата Это вторая реакция глнколнза. в результате которой образуется высокоэнергетическое фосфорилированное соединение: фермент енолизи катализнрует обратимую реакцию отщеплення волы от 2-фосфоглицерата с образованием фосфоеиолпирувити (рис 15-5): мх" 2-фосфоглицерат мв' Фосфоенолпируват + Н,О Ччбв = + 0,44 киля~моль. Несмотря на сравнительно небольшое изменение стандартной свободной энергии в холе данной реакции, величины Аччв гндролнза фосфатных групп исходного вещества и продукта различаются очень сильно.
Для фосфор лицсрата (низкоэнергетичсского фосфорилнровапного соединения) эта величина равна приблизительно — 4,2 ккал, а лля фосфоенолпирувата(сверхвысокоэнергетического фосфорилированного соелинения) она составляет — 14,8 ккал (разл. !4.9).
Общее содержание энергии в 2-фосфоглнперате и фосфоенолпирувате почти одинаково, однако отщепление молекулы волы от 2-фосфоглнперата вызывает перераспределение энергии внутри молекульь Этим перераспределением и объясняется тот факт, что гидролитическое отщепленне фосфатной группы от молекулы фосфоенолпнрувата сопровождается гораздо большим снижением свободной энергии. Енолаза (мол. масса 85 000) была получена в кристаллическом виде из нескольких источников. Для проявления ее активности необхолимы ионы Мйч *, с которыми фермент образует комплекс, прежде чем присоединить субстрат. Для енолазы характерно ингибирование фторидом (Е ) в присутствии фосфата; истинным ингибитором являются при этом ионы фчорфосфата, связывающие ионы М82 д.
Перенос фосфатной группы от фосфоенолпирувата пи АОР мв" Фосфоенолпируват + АОР— к- мв" — Енолпируват + АТР, к. однако эта енольная форма быстро переходит неферментатнвным путем в кето- форму, доминирующую при рН 7,0: — СН,— С вЂ” СОО!! О Кечопирувпт СН,= — С вЂ” СОО ! ОН )ноллируввт Послелним этапом гликолиза является перенос высокоэнергетической фосфатной группы от фосфоенолпирувата на АВР (рис. 15-5). Эта реакция, катализируемая пирувиткипичой, представляеч собой еше один пример фосфорилирования на уровне субстрача, Продукт реакции пируват образуется в енольной форме: 454 ЧАСТЬ и БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Равновесие этой реакции очень сильно сдвинуто вправо, и это в соответствии с законом действующих масс «тянет» вправо также и предшествующую пируваткиназную реакцию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
