Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 34
Текст из файла (страница 34)
БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ стив оба митохондриальных фермента, но преобладает )ЧА)3-зависимая изоцитратдегидрогеназа. Для ее действия необходимы ионы Мй»" или Мп' ', а также ее положительный модулятор А(3Р, в отсутствие которого фермент практи чески не проявляет активности. Наличие в митохондриях изоцитратдегидрогеназы двух типов, возможно, связано с регуляцией цикла. г. а-Кетоглутарагп окисляется до сукцината и СОз На следующей стадии цикла происходит окислительное декарбоксилирование а-кетоглутарата с образованием сукцинил-СоА и СО» (рис.
16-13), катализируемое и-кетоглул»аратдегидрогеназным комплексом. Реакция описывается уранненнем п-Кетоглутарат + ХАЮ' + СоА -+ Сукцинил-СоА + СО, + )ЧА)3Н. Обратите внимание, что эта реакция практически идентична пируватдегидрогеназной реакции,о которой мы говорили выше; в обоих случаях речь идет об окислении п-кетокислоты, сопровождающемся утратой карбоксильной группы в виде СО,.
И по структуре, и по функции п-кетоглутаратдегидрогеназный комплекс очень напоминает пируватдегндрогеназный комплекс. Он состоит нз трех ферментов, аналогичных трем ферментам пируватдегидрогеназной системы, и включает также связанные с ферментами кофакторы: тиаминпирофосфат, Мй»', кофермент А, )ЧА(3', РА(3 и липоевую кислоту. Есть, однако, и важное различие: п-кетоглутаратдегидрогеназная система не имеет столь сложного механизма регуляции, какой характерен для пнруватдегидрогеназного комплекса. д. Превращение сукцинил-СоА в сукцинат Сукцинил-СоА, продукт предыдущей стадии цикла, представляет собой высокоэнергетическое соединение.
Гндролиз его тиоэфирной связи, так же как и гидро- лиз ацетил-СоА, характеризуется большой отрицательной величиной изменения стандартной свободной энергии. Сукцинил-Я-СоА + Н,О -+ Сукцинат + СоА-ЯН + Н' Аб~' = — 8,0 ккал7моль. В клетке, однако, отщепление остатка СоА происходит не путем простого гндролиза,потому что такой путь означал бы растрачивание свободной энергии впустую. Разрыв тиоэфирной связи здесь сопряжен с реакцией, в ходе которой происходит запасание энергии с фосфорилированием гуанозиндифосфата (О)3Р) до гуанозинтрифосфата [ОТР) (рис.
16-13]: Сукцинил-Я-СоА + Р~ + мя»' + О)3Р -+ Сукцинат + ОТР + + СоА-БН »5бо = — 0,7 ккал»»моль. Участвующий в этой реакции фермент сукцинил-СоА — синтетаза катализирует образование свободно~о сукцината и одновременно с этим †образован концевой высокоэнергетической фосфатной группы ОТР из О13Р и Р; за счет свободной энергии, высвобождающейся прн расщеплении сукцинил-СоА. У этой реакции, сопровождающейся запасанием энергии, есть промежуточный этап, во время которого происходит фосфорилирование самой молекулы фермента по одному из гистидиновых остатков в его активном центре. Именно богатая энергией фосфатная группа, участвующая в этом фосфорилировании, и переносится на О)ЗР с образованием ОТР.
Сопряженное образование ОТР за счет энергии, выделяющейся при окислительном фосфорилировании п-кетоглутарата, прелсгавляет собой еше один пример фосфорилирования на уровне субстрата. Вспомним, что нам уже знаком один пример фосфорнлирования этого типа, а именно сопряженный синз.ез АТР за счет энергии„вьшеляющейся при окислении глицеральдегид-3-фосфата в ходе глнколиза (разд. 15.7, б). Подобные реакции принято называть фосфорилированием на уровне субстрата, потому что ис- гл. гв цикл лимонной кислоты точником необходимой энергии служит для них окисление одного из органических субстратов.
Объединяя реакции этого типа под общим названием, мы тем самым отличаем их от окислительного фосфорилирования, сопряженного с переносом электронов (его называют также фосфорилиревакием в дыхательной цели; гл. 17). ОТР, образовавшийся под действием сукцинил-СоА — синтетазы, может затем передавать свою концевую фосфатную группу на А(3Р с образованием АТР; эта обратимая реакция катализируется иу.
клеозид-дифосфат-киыазой (разд. 14,18) мв. ОТР + АОР О(3Р + АТР Аое' = 0,0 ккал,'моль. е. Дегидрироваиие сукцината с образованием фумарапи На следующей стадии цикла (рис. 16-13) сукцинат, образовавшийся из сукцинил-СоА, дегидрируется с образованием фумарата. Эта реакция катализируется флавопротеином сукцинатдегидрогеназой, молекула которого содержит ковалентно связанный флавинадеиикдинуклеотид. Эта простетическая группа, способная восстанавливаться, служит акцептором водорода в следующей реакции (Е означает здесь ферментный белок): Сукцинат + Е ГА13 Фумарат + Е - ГА(3Нз. Сукцинатдегидрогеназа прочно связана с внутренней митохондриальной мембраной. Молекулярная масса фермента, выделенного из митохондрий бычьего серлца, равна приблизительно !00000, Одна молекула этого фермента содержит один остаток ковалентно связанного ГА(У и два железо-серных центра; в одном из этих центров находятся два атома железа, а в другом — четыре.
В сукцинатдегидрогеназиой реакции эти атомы железа изменяют свою валент- ность 1Ге(П) — Ге(П1Ц, и это позволяет считать, что они участвуют в переносе электронов (гл. 17). Малонат является конкурентным ингибитором сукцинатдегидрогеназы (разд. 9.13 и рис. 16-7); выше мы отмечали, что изучение его действия в немалой мере способствовало выяснению общей схемы цикла лимонной кислоты. ж. Фумарат гм)ратируется с образованием малата Обратимая гидратацня фумарата, вследствие которой образуется 1.-малат (рис. 16-13) Фумарат + Н,О 1.-малат Ьбь' 0 ккал,'моль, катализируется фумарат-гид)ккиазой.
Этот фермент, более известный под названием фумараза, был выделен в кристаллическом виде из сердца свиньи. Фумараза высокоспецифична: она гидратирует только транс-форму двойной связи фумарата и не действует на его цис форму, а также ии на цис-, ни на транс-форму монокарбоновых ненасыщенных кислот. В обратной реакции (Ь-малат-+Фумврат) фумараза проявляет специфичность в отношении оптических изомеров; она неспособна катализировать дегидратацию 13-малата. Молекулярная масса фумаразы равна приблизительно 200000.
Молекула фермента состоит из четырех субъединиц (четырех полипептидных цепей). Кофермент для фумаразы не требуется. з. Малат дегидрируется с образованием оксалоацетата На последней стадии цикла лимонной кислоты ХАВ-зависимая 1:малатдегидрогеназа, содержащаяся в матриксе митохондрий, катализирует дегндрирование 1:малага с образованием оксалоацетата (рис.
16-13): 1 малат + ХА(3' = ~ Оксапоацетат + АРАОН + Н' Лбь' = + 7,1 ккал/моль. 490 ЧАСТЪ Ц. БИОЭНЕР! ЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Равновесие этой реакции при стандартных условиях (т.е. при концентрациях всех компонентов 1 М и рН 7,0) сильно сдвинуто влево. Тем не менее в интактных клетках реакция идет слева направо, потому что продукт этой реакции, оксалоацетат, быстро удаляется (расходуется в нитрат-синтазной реакции) и его реальная концентрация в клетке остается все время крайне низкой, меньше 10 ~ М. 16.6.
Общая характеристика никла Итак, мы закончили описание одного оборота цикла лимонной кислоты. Одна ацетильная группа, содержащая два атома углерода, всгупаег в цикл, соединяясь с оксалоацетатом. Два атома углерода освобождаются по завершении цикла в виде двуокиси углерода. В конце цикла регенерирует одна молекула оксалоацетата. От четырех промежуточных продуктов цикла в ферментативных реакциях дегидрирования отделяются четыре пары атомов водорода. Из них три пары используются для восстановления трех молекул НАР' в ХАРН, а одна-для восстановления ГАР сукцинат дегидрогеназы в ГАРНз. Четыре пары электронов от этих водородных атомов передаются в цепь переноса электронов и в конечном счете восстанавливают две молекулы Оз с образованием четырех молекул Н,О, Отметим, что два углеродных атома, появляющиеся в виде СОМ вЂ” это не те атомы, которые вступили в цикл в виде ацетильной группы.
Для того чтобы углеродные атомы, вступившие в цикл в составе ацетильной группы, выделились, наконец, в виде СО„требуются дополнительные обороты цикла, как это видно из рис. 16-12 и 16-13. В качестве побочного продукта цикла образуется одна молекула АТР, синтезируемая из АРР и фосфата через ОТР, источником которого служит сукцинил- СоА-синтетазная реакция.
В следующей главе мы познакомимся с тем, каким образом четыре пары электронов, отделившиеся от четырех пар водородных атомов в реакциях дегидрирования, пере- даются по цепи переноса электронов на молекулярный кислород с образованием НхО. Хотя в каждом обороте цикла Кребса образуется только одна молекула АТР, четыре реакции дегидрирования, которые включает этот цикл, создают мощный поток высокоэнергетических электронов; эти электроны поступают в дыхательную цепь и таким путем обеспечивают в конечном счете образование большого числа молекул АТР в процессе окислительиого фосфорилирования (гл. 17).
!6.7. В чем смысл цикла лимонной кнслоты7 Теперь мы можем задать один важный вопрос. Почему, собственно, для окисления простой двухуглеродной ацетильиой группы требуется столь сложный цикл с посчедовательным образованием шести-, пяти- и четырехуглеродных промежуточных продуктов? Ответ на этот вопрос следует искать в некоторых закономерностях органической химии. Молекула уксусной кислоты при своих малых размерах и относительно простом строении отличается тем не менее одной особенностью, которая состоит в том, что ее метильиая группа весьма устойчива к химическому окислению. Для прямого окисления ацетата до двух молекул СОх необходимы очень жесткие условия, совершенно несопоставимые с теми, какие существуют в клетках.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
