Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Суммарное уравнение для пируваткиназной реакции и лля неферментативного образования кезопирувата имеет вид Фосфоенолпируват + А)3Р + Маг + Н' — Кетопируват + АТР К' А6' = — 7,5 ккал/моль. Эта суммарная реакпня характеризуется очень большой отрицательной величинои АО«, что в значительной мере обусловливается спонтанным превращением енольной формы пирувата в кетоформу. Изменение стандартной свободной энергии при гидролизе фосфоенолпирувата равно — 14,8 ккал/моль. Приблизительно половина этой энергии запасается в форме АТР (А6« = — 7,3 ккал/моль), а вторая половина ( — 7,5 ккал/моль) составляет ту мощную движущую силу, которая резко смешает равновесие реакции вправо. В условиях клетки пируваткиназная реакция практически необратима.
Пируваткиназа была получена в кристаллическом виде (мол. масса 250000). Для проявления ее активности необходимы ионы К', а также М8'' или Мп'+. Фермент этот принадлежит к числу важных регуляторных ферментов, и о его действии мы еше будем говорить ниже в. Вогсщпт~влегшв лпрувиищ г)о лгспиапа Важная роль пирувата в катаболизме углеводов определяется тем, что это соединение лежиг в точке пересечения различных катаболических путей. При аэробных условиях в животных тканях продуктом гликолиза является пируват, а )ЧАПН, образовавшийся в ходе окисления глицеральлегид-З-фосфата, реокисляется(т е.снова превращается в (ЧА(3 +) за счет молекулярного кислорода (гл. 17).
Иначе обстоит дело в анаэробных усло- виях, например в напряженно работающих скелетных мышцах или в клетках молочнокислых бактерий. В этих условиях образовавшийся при гликолизе )ЧА(3Н реокисляется не за счет кислорода(который отсутствует), а за счет пиру- вата восстанавливаюшегося при этом в лактат. Электроны, перешедшие сначала от глицеральдегид-3-фосфата на )ЧА(3', переносятся в форме )ЧА)3Н на пируват. Восстановление пирувата катализируется ферментом вахта идвгидрогенаэой; в результате лактатдегидрогеназной реакции образуется 1-изомер лактата: Пируват + )ЧА)3Н + Н+ 1.-лактат 4- )ЧА(3' А6« = — 6,0 ккал/моль.
Равновесие этой реакции сильно сдвинуто вправо, о чем свидетельствует большая отрицательная величина АСг«. При окислении двух молекул глицеральдегид-З-фосфата, образующихся из каждой молекулы глюкозы, расходуются две молекулы )ЧАР ' и синтезируются две молекулы )ЧА(3Н. Поэтому регенерация двух молекул )ЧА(3 ' в результате восстановления двух молекул пирувата до лактата означает, что )ЧА(3 может использоваться в процессе гликолиза многократно.
Мы уже знаем (разд. 9.23), что лактатдегидрогеназа представлена в большей части тканей пятью различными изоформами, отличающимися друг от друга по таким признакам, как величина Км для пирувата, число оборотов или Р .„и степень аллостерического ингибирования пируватом. Изофермент, присутствующий в ткани сердца (его обозначают Н„), состоит из четырех идентичных полипептидных цепей, приналле1каших к Н-типу. Он характеризуется низкой величиной Км для пирувата и сильно выраженной способнос|ъю ингибироваться пируватом. Другая изомерная форма этого фермента, содержащаяся в мышечной ткани (ее обозначают М4), характеризуется более высокой величиной Км для пирувата, не ингибируется пируватом и по своей каталитической активности превосходит изофермент, выделенный из сердца.
Гл. |з ГликОлиз -цьнтРАльный путь кхтАБОлизмА ГлюкОзы 455 Предпринималось немало попыток с целью найти надлежащее объяснение функции и роли изоформ лактатдегидрогеназы в различных тканях, особенно в ткани сердца. скелетных мышцах и печени. Тем не менее в этом вопросе и сейчас еще много противоречий и споров. Роль изоформ лактатдегидрогеназы и двух генов, ответственных за их синтез. остается неясной. Был обнаружен любопытный факт: у одного из обследуемых, 64-летнего мужчины, полностью отсутствовала (вследствие генетического дефекта) лактатдегидрогеназа «сердечного» типа; при этом у него не отмечалось ни нарушений сердечной деятельности, ни каких-либо нарушений метаболизма. Это наводит на мысль, что, быть может, не все клеточные ферменты или не все белки действительно необходимы; возможно, среди них есть и рудиментарные, которые теперь уже не используются.
э|с. Полный баланс гликолиза Мы можем теперь составить полный баланс гликолиза, в котором будут учтены: 1) судьба углеродного скелета глюкозы, 2] путь электронов в окислительновоссгановительных реакциях и 3) расход А)ЗР и фосфата в процессе гликолнза и выход АТР в расчете на одну расщепленную молекулу глюкозы. В левой части приведенного ниже уравнения указаны все вещества, используемые в процессе гликолиза, т.е. АТР, Р«А(ЗР, ХАО, ХА)ЗН и Н " (см.
рис. 15-4 и 15-5), а в правой части †в продукты гликолиза (напомним, что из каждой молекулы глюкозы образуются две молекулы глицеральдегид-3-фосфата): Глюкоза + 2АТР + 2Р, + 2ХА)3' + + 2ХА)3Н + 2Н+ + 4А)ЗР -э 2Лактат + 2Н + 4АТР+ + 2Н|О + 2ХАОН + 2Н + + 2ХАР + 2А)3Р. Если мы теперь вычеркнем в правой н в левой частях уравнения одни и те же члены, то получим суммарное уравнение анаэробного гликолиза, протекающего в скелетных мышцах в условиях анаэробиоза и при молочнокислом брожении: Глюкоза + 2Р, + 2А)ЗР— — 2Лактат + 2Н + + 2АТР + 2НэО.
В результате этого процесса одна молекула )3-глэокозы превращается в две молекулы лактата (путь углерода). Две молекулы АГ)Р и две молекулы фосфата превращаются в две молекулы АТР (путь фосфатных групп). Четыре электрона (в форме двух гидрид-ионов) переносятся с помощью двух молекул )»А)3 ' от двух молекул глнцеральдегнд-3-фосфата на две молекулы пирувата с образованием лвух молекул лактата (путь электронов). Процесс гликолиза включаетдва окислигельно-восстановительных этапа, однако суммарного изменения степени окисленияуглерода врезультате этого процесса не происходит.
В этом можно убедиться, сравнив эмпирические формулы глюкозы (С„Н „О«] и молочнои кис~о~ы (С,Н,Оээ Легко видеть, что соотношение атомов С, Н и О в молекулах двух этих соединений одинаково и, следовательно, превращение глюкозы в молочную кислоту не сопровожлается окислением углерода. Тем не менее при анаэробном гликолизе какая-то часть энергии, заключенной в молекуле глюкозы, все же извлекается; этой энергии достаточно для того, чтобы обеспечить суммарный выход двух молекул АТР в расчете на каждую расщепленную молекулу глюкозы. В аэробных условиях продуктом гликолитического расщепления глюкозы оказывается не лактат, а пируват. В этих условиях ХА)3Н, образовавшийся в результате окисления двух молекул глицеральдегид-З-фосфата, вновь окисляется не за счет пирувата Суммарное уравнение гликолиза в этом случае имеет вид Глюкоза+ 2Р, + 2АОР+ 2ХАО 2Пируват + 2АТР + + 2ХАОН + 2Н | 2НэО. Две молекулы )э]А]3Н.
образовавшиеся прн гликолизе в цитозоле, в аэробных ус- 45б ЧАСТЬ Н. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 2)«(АВН + 2Н + Ог -ь 2ХАГ) + 2НэО. 15.8. Пути, ведущие от гликогени и других углеводов, к пептральному гликолитическому пути Фосфорихаэа Г Прьптэоктоэн 1'хам н 3-фмфат ! П!чк«као д ч,хтр ~Ф .~ Г~ ксокиию ~ мутаэа Гмф сфат лтр;~ Го««о«икота АТР н.мк к-б-фо фат «ю!аза ЛТР ~ Фруктокииаза иэо«криза Фр!«тото-1.фссфат ! Фру к гоэофь трат ! аа коааза '1'р! к юто.1,Е- !на оо!ь.т ; ~п р«кь к«то. ь .!«гидр м кэнеток- г, к<ераэьдемю ,1 '1!; «т павиях вновь окисляются до («(АВ ', отдавая свои электроны в цепь переноса электронов, которая в эукариотических клеткахнаходится в митохондриях.
Здесь электроны передаются в конечном счете на кислорол, восстанавливая его до Н, О: Не только В-глюкоза, но и многие другие углеводы вовлекаются после ряда преврашений в гликолиз, высвобождая Рис. !5-8, Вовлечение гликогена и различных !иксов в первую стадию гликолииь заключенную в них энергию. Среди этих углеводов главную роль играют запасные полисахариды-гликоген и крахмал, дисахариды — малыноза, лаюноза и сахароза и моносахариды-фруктоза, манноза и галакнтоза. Пути, по которым эти различные углеводы вступают на путь гликолнза, показаны на рис. 15-в.
В-глюкозные единицы боковых цепей глнкогена и крахмала вовлекаются в гликолиз в результате последовательного действия двух ферментов-гликоген-фосфорилазы (или фосфарилазы крахмала у растений) и фосфоглюкомунюзы. Гликоген-фэсфорилаза, широко распространенная в животных клетках, катализирует изображенную ниже обшую реакцию, в которой (Глюкоза)„означает боковую цепь гликогена (или крахмала), гл. гй гликолиз-ццитрдльный путь кдтдволизмл глюкозы 457 + а-В-глюкозе-1-фосфат ЛСо' = + 0,73 ккал1моль. Нередуцируюший конец сн сн он [!олисахаридная цепь гликогена (Глюкоза)„ О О р 1 лнксгоц фесфорилдэи Нередуцируюший конец сн,он сн,он О ! Π— Р— О !! О фосфат О Та же цепь, укороченная на один остаток (Глюкоза) состоящую из и Р-глюкозньзх единиц, соединенных а(1- 4)-связями, а (Глюкоза)„, -ту же боковую цеплч но только укороченную на одно звено в результате отщепления от се конца одного остатка глюкозы (структуру гликогена и крахмала см.
на рис. 11-15): (Глюкоза)„+ Р, — (Глюкоза)„, + В условиях клетки, при относительно высокой концентрации фгюфата, гликогенфосфорилазная реакция идет только в сторону распада гликогена и образования глюкозо-1-фосфата. В этой реакции концевая а (1 — 4)-гликозидная связь на нередуцируюшем конце боковой цепи рис. Г 5-9. тгдвление концевого остатка плоко- зы на нередуцируюшем конце одной из цепей гликогена под действием гликоген-фосфорила- зы.
Этот процесс многократно повторяется, и остатки глюкозы отщепляются олин за лругим до теа пор, пока концевым не окажется ос- таток, четвертый по счету от точки ветвления (сМ. текст! Обратите внимание на условное обозначение гндроксильнык групп остатков глюкозы; водородные атомы, присоединенные к пиранозным кольцам, не показаны. гликогена претерпевает фосфоролиз: пол действием фосфата от цепи отщепляется концевой остаток глюкозы с образованием а-О-глюкозе-1-фосфата. Боковая цепь гликогена становится в результате этой реакции короче на олпу глюкозную единицу (рис 15-9), Гликоген-фосфорилаэа атакует нередуцируюшие концы боковых цепей гликогена многократно, до тех пор пока она не дойлет до точки, отстоящей на четыре глкзкозные единицы от а (! — 6)-свяэи (рис.
11-15). Здесь ее действие прекращается. Для того чтобы расщепление гликогена под действием глнкоген-фосфорилазы могло продолжаться, на полисахарид должен предварительно подействовать другой фермент, а (!- б)-глюкоэндиуа. Этот фермент катализирует две реакции. В первой из них он отщепляет от цепи три глюкозных остатка из упомянутых четырех и переносит их на конец какой- нибудь другой внешней боковой цепи. Во второй реакции, катализируемой а (1— — 6)-глюкозидазой, отщепляется четвертый глюкозный остаток, присоединенный в точке ветвления а(!— — 6Квязью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
