Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Живые клетки в процессе эволюции научились использовать хотя и обходный, но зато более легкий путь. для которого ие требуется столь высокой свободной энергии активации. Клетки научились присоединять ацетат к другому соединению (оксалоацетату) и получать таким образом продукт (цитрат), который гораздо легче, чем сам ацетат, поддается дегидрированию и декарбоксилированию. И хотя некоторые метаболические реакции, в частности цикл Кребса, кажутся нам на первый взгляд гораздо более сложными, чем это необходимо, тем не менее пристальное изучение таких случаев с точки зрения принципов, заложенных в механизмах органических реакций, показы- ГЛ.
Ка ЦИКЛ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ 491 16.8. Применение изотопных методов в нзуче«ви цикла лимонной кислоты Дополнение 16-1. Действительно ли первой из трикарбоновых кислот образуется в цикле лимонная кислота7 Как только стали доступны стабильный изотоп углерода ««С и радиоактивные изотопы этого элемента "С и "С, исследователи сразу же воспользовались ими для того, чтобы проследить путь атомов углерода в цикле лимонной кислоты. В одном из таких экспериментов, положившем начало дискуссии о роли лимонной кислоты, ацетат, меченный по углероду карбокснльной группы (СН4 ОО ), инкубировали в аэробных условиях с суспензией ткани.
Поскольку ацетат в животных тканях превращается ферментативным путем в ацетил- СоА (разд. 13.2), такая постановка опыта давала возможность проследить путь карбоксильного углерода ацетильной группы ацетил-СоА в реакциях цикла. После инкубации из препарата ткани выделили и-кетоглутаровую кислоту. Ее подвергли расщеплению в обычных химических реакциях, чтобы установить положение метки, первоначально находившейся в карбоксильиой группе ацетата. В результате конденсации немеченого оксалоацетата с ацетатом, меченным по карбоксильиой группе, должен был образоваться цитрат, меченный только по одной из двух своих первичных карбоксильных групп (рис.
1). Поскольку молекула лимонной кислоты не обладает асимметрией, т.е. не вает, что в каждом из них избран наиболее легкий в химическом смысле путь, обеспечивающий данное превращение. Впервые предположение о существовании цикла лимонной кислоты было высказано на основании экспериментов с суспензиями измельченной мышечной ткани. Подробно ход превращений был выяснен позже с помощью высокоочищенных препаратов отдельных ферментов цикла. Предстояло установить. действительно ли эти ферменты функционируют в интактных клетках и достаточна ли скорость обращения веществ в цикле лимонной кислоты, чтобы с его помощью можно было обосновать суммарную скорость окисления глюкозы в животных тканях. Для получения ответа на эти вопросы были предприняты иссчедования с мечеными метаболитами, такими, как пируват или ацетат, у которых определенные атомы углерода в молеку- ле были помечены изотопами "С или '4С.
С помощью изотопных методов во многих строгих экспериментах были получены убедительные доказательства как самого существования цикла лимонной кислоты в интактных клетках, так и его высокой активности. Некоторые ранние эксперименты с применением изотопов дали, однако, неожиданные результаты, породившие серьезную полемику о путях и механизмах отдельных реакций цикла лимонной кислоты.
Эти результаты свидетельствовали, казалось бы, о том, что лимонная кислота не является первой трнкарбоновой кислотой, образующейся в цию«е. Соответственно и цикл стали называть не циклом лимонной кислоты, а циклом трикарбоновых кислот (сокращенно ЦТК).
Позднее, однако, было твердо установлено. что в качестве первого продукта конденсации образуется именно лимонная кислота. Подробности, касающиеся этого эпизола из истории открытия цикла лимонной кислоты, мы приводим в дополнении 16-1. ЧАСТЬ И, БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ содержит асимметрического углеролного атома, две ее концевые карбоксильные группы химически неразличимы. Следовательно, одна половина меченых молекул нитрата„образовавшихся из меченого ацетата, должна была„казалось, дать п-кетоглутарат, несущий метку в сс-карбоксильной группе, а другая половина-и-кетоглутарат с меткой в Т-карбоксильной группе; иными словами, должен был образоваться ц-кетоглутарат, несущий метку в обеих карбоксильных группах. "СОО ! сн, ! НΠ— С вЂ” СОО Меченый цитрат СОО но — Сн Однако, вопреки ожиданию, оказалось, что выделенный из тканевой суспензин зз-кетоглутарат содержит метку только в одной у-карбоксильной группе 1рис.
1). На основании этого было сделано заключение, что ни сама лимонная кислота, ни какое-либо другое соединение с симметрическими молекулами не может быть промежуточным продуктом на пути от ацетата к и-кетоглутарату. Было высказано предположение, что первым продуктом конденсации ацетата с оксалоацетатом является ие лимонная, а какая-то асимметрическая трикарбоновая кислота, по-видимому чис-аконитовая или изолимонная. Из-за этого было изменено и название цикла — его стали называть циклом трикарбоновых кислот.
Однако в 1948 г. А. Отстои, биохимик из Оксфордского университета, указал, что хотя молекула лимонной кислоты и не содержит асимметрическопз атома углерода, она тем не менее может вести себя как 'СОО ! Н вЂ” С вЂ” СООНΠ— СН ! СОО- 1 СООт СН» ! С О ! СОООбраэуетсл только этот продукт Иэоцитрат Н вЂ” С вЂ” СОО ! сн, ! СОО'СОО- .б Следует ожидать образованна в Сн, двух Форм мечено»о ! а кетоглу »врата т СН» СОО- Рнс. Ь Включение меченого атома утлерола ацетильной группы в и-кетотлутаровую кисло- ту в цикле лимонной кислоты. Молекула ли.
монной кислоты„обрвэуюшейск в питрат-син- га»ной реакции, не содержит хиральиото цент- ра(т.с. асимметрического атома утлерола1 По- этому следонвла ожидать, что из нее будут получатьсл два разны» вида меченой а-кето- глу»ароесй кислоты, как показано на рисунке. В действительности же образуетсл лишь тот вид, к которому ведет путь 1. т.е. а-кето- тлутарат,меченный по у-карбоксильной »руп- ве Утлеродные атомы ацетильной труппы.
включившейсе е цикл, выделены красным. 493 гл. щ цикл лимонной кислоты асимметрическое соединение, если атакующий ее фермент имеет асимметрический активный центр. Отстои предположил. что в активном центре аконитазы (фермента, действующего на новообразованный нитрат) имеются три точки для связывания молекулы нитрата и что эта молекула присоединяется к активному центру фермента специфическим образом в трех этих точках сразу. Как видно из рис.
2, присоединение молекулы цитрата к трем точкам может реализоваться только одним-единственным путем, и это объясняет нам, почему метка обнаруживается только в одной из двух карбоксильных групп ц-кетоглутарата. ь сн,гхаЛс вув вв х~( "е Органические соединения, не имеющие в своей молекуле хирального центра, но потенциально способные взаимодействовать с асимметрическими активными центрами фермента как асимметрические соединения, называются прохиратьными. 16.9. Превращение пируввтв в вцетил-СоА регулируется Згв сввэс мсввг э и г Н Зтв св э нв мсввс эвнвгь К "р"в"'""""' "'смс инм 1 нртм увг н мгсму нв вэмувгсв т Лнгмнмэ нсвгр с х' .
К' нсмвввммвэрнммн т' мн эмввмввмн ымннм Из гл. 15 мы знаем, что скорость гликолиза регулируется на двух уровнях. В первую очередь регулируется, как мы видели, сама подача «топлива» ддя гликолиза. В этой регуляции участвуют два регуляторных фермента, контролирующих вхождение глюкозы в последовательность гликолитических реакций,— гексокиназа, катализирующая фосфорилнрование (з-глюкозы с образованием глюкозо-б-фосфата, и гликоген-фосфорилаза, катализнрующая первый этап образования глюкозо-6-фосфата нз гликогенж Скорость цикла лимонной кислоты Рнс.
К Лимонная юклота относится к прохиральным соелиненмям. Это ее свойство проше всего обьлснить, представив себе, что молекула лимонной кислоты приамлиняется к активному центру фермента вконитазы специфическим образом в трек точках. Хот* в этой молекуле нет асимметрического атома углерода, три различных заместителя цри ее центральном угмродном атоме могут присоединяться к компзементарным группам активиого центра фермента только олним-единственным способом, ук Структура лимонной кислоты, Б. Схематическое изображение молекулы лимонной кислоты: Х = — ОН, т = — СОО, е = — СнуСОО . В. Правильная комплеьгеитарная «подгонкам молекулы лимонной кислоты к сеязываююему участку (активгюму центру) акоцитазы.
Сушествует только один способ присоединения трек специфических групп лимонной кислоты к трем свяэыааюшим точкам активного центра аконитазы. Поэтому аконитаза может взаимодействовать только с одной из двух групп, а именно с группой СнэСОО регулируется также прежле всего за счет скорости образования «топлива» для этого цикла. Этим «топливоьоу является ацетил-СоА, образующийся при окислении пируаата и жирных кислот (гл. 18).
На рис. 16-14 показано, как реакция образования ацетил-СоА, катапизируемая пируватдегидрогеназным комплексом. регулируется в животных тканях при помощи ковалентной модификации этого комплекса (разл. 9.22). Когда концентрация АТР в митохондриях относительно велика и когда ацетил-СоА, а также промежуточные продукты цикла Кребса имеются в достаточном количестве, обеспечивающем удовлетворение энергетических нужд клетки, дальнейшее образова- ЧАСТЬ Н. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Рнс. Гб-Гк Регуляция пнруватцегнцрогеназной реакции путем кованентного взанмопреврагце- Актнвная нн» а«тнвной н неактивной форм фермента. Пируватдегндрог наэа Ионы Саг способствуют образованию актив. ной формы фермента, стимулируя фосфатазу (Лофосфо)нли)к анная) фосфопнруаатцегнцрогеназы. Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
