Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 36
Текст из файла (страница 36)
АТР Книаза уватдегндро геназы Фосфатаза фосфо цнруватдегн геназы АВР Неактивная пяруватдегидрогеназа ( фосфорилированная ) ние ацетил-СоА приостанавливается. В этих условиях, которые служат сигналом для такой приостановки, АТР является положительным модулятором, активирующим вспомогательный фермент — кинпзу нир>ватдегидрогенаэаг. Этот фермент использует АТР для фосфорилироваиия остатка серина в активном центре молекулы пируватдегцпрогенвзы, в результате чего образуется неактивная форма фермента — фосфопнруватдегидрогеназа (рис. 1б-14). Если, однако, потребность в АТР возрастает и уровень АТР соответственно снижается, то неактивная, фосфорилированная, форма пируватдегидрогеназы может быть вновь активирована. Это происходит в результате гидролитического отщепления от молекулы пируватдегидрогеназы ингнбирующей фосфатной группы.
Катализирует эту реакцию другой фермен г — фосфпвзпза фосфоггируватдвгидрогенпзы, Стимулирующее действие на этот фермент оказывает повышение концентрации ионов Саа+, играющих роль важного метаболического посредника; концентрация ионов Саз е увеличивается всякий раз, когда возникает потребность в АТР. Киназа пируватдегилрогеназы и фосфатаза фосфопируватдегнлрогеназы присутствуют в пируватдегилрогенвзном комплексе.
Этот комплекс, следовательно, представляет собой очень сложную, независимую и саморегулирующуюся систему. Пируватдегидрогеназный комплекс регулируется также путем аллосгерической модуляции. Сильное ингибируюшее действие оказывают на него (помимо АТР) ацетил-СоА и )т)АРН, которые являются продуктами пируватдегидрогеназной реакции и в то же время играют роль аллостерических ингибиторов этой системы. Аллостернческое ингибирование окисления пирувата резко усиливается в присутствии высокомолекулярных жирных кислот; позже мы узнаем (гл.
18), что жирные кислоты тоже служат источником ацетнл-СоА. Таким образом, каталитическая активность пируватдегидрогеиазного комплекса выключается в тех случаях, когда в клетках имеется достаточно топлива в виде жирных кислот и ацетил-СоА или когда в ннх повышаются концентрация АТР и отношение )з)АОН/ХАО г. 16.10 Цикл лимонной кислоты регулируетсн Познакомимся теперь с тем.
каким образом регулируется сам цикл лимонной кислоты (рис. 16-15). В большинстве случаев скорость функционирования метаболических циклов определяется нх начальными этапами. Полагают, что так же обстоит дело и в случае цикла лимонной кислоты. Общая скорость его функционирования во многих тканях определяется первой реакцией: Ацетил-СоА + Оксалоацетат -+ 1(нграт + СоА. Разумеется, скорость цитрат-синтазной реакции регулируется концентрацией ее ГЛ. 16. ЦИКЛ ЛИМОННОЙ КИСЛОТЫ Пируват ЛТР коицеитрация се" ~$ Вх ВЛПИ оксаловцетата — Анвтил.с л йф „р, СОт-~ С, „Л серп'"ми""И Л Г А Г ВАРИ Лцетия-Сс А г скорость йи ела прсиэвояясе сервэсвввия цятрвтв ь, в явирвсйкяглстм Оксвловцетат в нитрат Иэсцитрат валат Лог й СО, е-Кетоглутарят Сукцииат Сукцииел с А Рис.
16-1а Регуляция цикла лимонной кислоты при окислении пируввтв в животных клетках. АТР, КАОН, аиетил-СоА и Саэ' контролируют скорость образования аиетил-СоА иэ пирувата; скорость же функционирования цикла лимонной кислоты в целом регулируетсв концентрацией оксалоаиетата. а также активностью цитрат-синтезы и изоцитратпегиврогенаэы. субстратов, в частности концентрацией ацетил-СоА, а она в свою очередь зависит от активности пнруватдегндрогеназного комплекса. Регулируется эта реакция также концентрацией второго субстрата †оксалоацета; возможно даже, что этот фактор играет главную роль„поскольку концентрация оксалоацетата в митохондриях очень низка и зависит от метаболических условий.
На активность цитрат-синтазы влияет также концентрация сукцинил-СоА, одного из более поздних промежуточных продуктов цикла. Как только концентрация сукцинил-СоА превышает нормальный стационарный уровень, цитрат-синтаза сразу же ингибируется, поскольку сукцинил-СоА понижает ее сродство к ацетил-СоА. Жирные кислоты, служащие предшественниками ацетил-СоА, тоже ингибируют цитратсинтазу посредством аллостерических эффектов.
В некоторых клетках роль ингибиторов цитрат-синтазы играют нитрат и АРАОН. У большей части клеток окисление изоцитрата до и-кетоглутарата и СО,, которое может происходить под действием двух разных изоцитратдегндроге- наз, регулируется, по-видимому, путем аллостерической стимуляции ХАО-зависимого фермента, вызываемой АОР.
В то же время зцАОН и )х)А)3РН действуют как отрицательные модуляторы изоцитратдегидрогеназной активности. Ингибитором активности а-кетоглутаратдегидрогеназного комплекса служит продукт реакции сукцинил-СоА. Таким образом, в цикле лимонной кислоты регулируются по меньшей мере три стадии, и только в своих деталях эта регуляция у разных типов клеток несколько различается. Скорость гликолиза в нормальных условиях согласована со скоростью функционирования цикла лимонной кислоты: в клетке до пирувата расшепляется ровно столько глюкозы, сколько необходимо для того, чтобы обеспечить цикл лимонной кислоты «топливом», т.е. ацетильными группами ацетил-СоА. Ни пируват, ии лактат, ни ацетил-СоА обычно не накапливаются в аэробных кле~ках в больших количествах; их концентрации поддерживаются на некоем постоянном уровне, соответствующем динамическому равновесию.
Согласованность между скоростью гликолиза и скоростью функционирования цикла лимонной кислоты объясняется не только тем, что первый процесс ингибируется высокими конпентрациями АТР и ТВАРИ, т.е. компонентами, общими для гликолитической и дыхательной стадий окисления глюкозы; определенную роль в этой согласованности играет также и концентрация цитрата. Продукт первой стадии цикла лимонной кислоты †цитрат †явля аллостерическим ингибитором фосфофруктокиназы, катализирующей в процессе гликолиза реакцию фосфорилирования фруктозо-6-фосфата 1разд.
15.13 и рис. 15Л5), 1б.11. Промежуточные продукты цикла лимонной кислоты используются также и в друйих метаболическнх реакциях, а убыль нх постоянно восполняетсн Цикл лимонной кислоты — это один из амфиболических путей 1разд. 13.7), Он ЧАСТЬ П БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ используется ие только для окислитель- ного катаболнзма, т.е. для расщепления углеводов, жирных кислот и аминокислот, но может служить также первой стадией многих биосинтетических путей, для которых он является источником предшественников. Под воздействием ряда важных вспомогательных ферментов некоторые промежуточные продукты цикла лимонной кислоты, главным образом и-кетоглутарат, сукцинат н оксалоацетат, могут улаляться из цикла и использоваться в качестве предшественников аминокислот (гл.
22). Скорость функционирования цикла лимонной кислоты при этом, казалось бы, должна снижаться, поскольку такой отток промежуточных продуктов нз цикла должен понижать их концентрацию в клетке. В действительности же этого не происходит, так как убыль промежуточных продуктов цикла восполняется благодаря действию другого набора ферментов. Прн нормальных условиях реакции, отвлекающие промежуточные продукты нз цикла, и реакции, восполняющие их убыль, находятся в состоянии динамического равновесия, так что концентрация этих продуктов в митохондриях остается более или менее постоянной.
Специальные ферментативные реакции„обеспечивающие пополнение пула промежуточных продуктов цикла лимонной кислоты, носят название анаузлерозиичвских (ипополняюшихи) реакций. Наиболее важная реакция такого рода в животных тканях — это ферментативное карбоксилирование пнрувата за счет СО, с образованием оксалоацетата (рис. 16-16); каталнзирует зту обратимую реакцию фермент лируванзиарбоксилази Пнруват + СОз + АТР + маз+ + Нто — Оксалоацетат + АОР + Р~ + + 2Н з5Оо' =- — 0,5 икал/моль.
Если для никла лимонной кислоты не хватает оксалоацетата или какого-ни- СН, ! С вЂ” О Пирунат СОО' Н,О ~ПируватиарбоАцетил-Со А ) лсилаэа Мязч СН, Оксалоацетат С=-О 1 СОО' АОР Рз 2Н+ Рис. !б.|б Пируваткарбоксилазная реакция и ее стимуляшзк положительным модулятором ацетнл-СоА Включившаяся СО» показана на красном фоне.
будь другого промежуточного продукта цикла, то карбоксилирование пирувата стимулируется и запас оксалоацетата растет. Для ферментативиого присоединения карбоксильной группы к молекуле пирувата требуется энергия. Источником ее служит сопряженное с данной реакцией расщепление АТР до АОР и фосфата. Поскольку суммарная реакция сопровождается лишь незначительным изменением стандартной свободной энергии, мы можем заключить, что свободная энергия, необходимая для присоединения карбокснльной группы к пирувату, примерно равна свободной энергии, выделяющейся прн гидролизе АТР. Пируваткарбоксилаза- очень сложный фермент. Его молекулярная масса равна приблизительно 650000. Молекула фермента содержит четыре простетические группы. Каждая из них состоит из одной молекулы витамина биотлинп (раэд. 10.9), гл. ы.
цикл лимонной кислоты 497 + 2Н'. СН, 74Н Биотпнильгзая группа з -зло ковалентно связанного (пепгидной связью) с й-аминогруппой особого остатка лизина, находящегося в активном центре(рис. 16-17!. Свободная СО,, предшественник новой карбоксильной группы оксалоацетата, сначала активируется путем присоединения к одному из атомов азота в молекуле биотина. Зта активация, связанная с расходованием АТР, составляет первую стадию реакции, катализируемой пируваткарбоксилазой (Е означает здесь фермент): АТР + СОз + Е-биотин + НзО АОР + Р, + Е -биотин. СОО На вз-орой стадии, протекаюшей также в активном центре фермента, новая карбоксильная группа, ковалентно связанФпрмп«т Н!Ч С=О СН СН, Остаток лизина в активном центре фермента СН, Рпс. !б.
!7. Прсстстптсская группа ппруватка!ь боксялазы Карбокспльяая группа бвотппа об- разует пептялпузо связь с ь-амппогруппой ос- татка лаз«на, вкодяспсго в состав актпавого пснтра фермента. СО» актпвпрустся, образуя !Ч-карбоксппропзводлгм бпотпвпльвой просгс- ткясской группы Затсм зта карбокспльная группа нспосрслствсппый донор СОз для пя- рувата .псрскосптся ва ппруват. ная с простетической группой фермента, переносится на пируват с образованием оксалоацетата (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
