Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 50
Текст из файла (страница 50)
отношение [АТРИДА)УР] [Р ] не вернется к своему нормальному высокому уровню; в этот момент дыхание снова замедлится. Скорость окислений клеточного топлива регулируется обычно с такой чувствительностью и точностью, что в большинстве тканей отношение [АТР]7[АОР] [Р ] колеблется в очень уз- ких пределах даже тогда, когда потребность в энергии меняется.
АТР образуется со скоростью, как раз достаточтюй для того, чтобы компенсировать его расход в процессах, требующих затраты эне)Р гии. 17.23. Энергетический заряд служит еще одним показателем энергетического состояния клеток Выше мы вушели, что АТР и А)УР являются модуляторами важных рег уляторных ферментов, участвующих в гликолизе, цикле лимонной кислоты и окислнтельном фосфорилнровании; АТР действует как отрицательный модулятор.
а АТУР обычно стимулирует катаболизм уг леводов. Вследс7 вне эт ог о любое изменение отношении действующих масс [АТР]7[АтэР] [Р ], в норме весьма высокого, может соответствующим образом изменять также и активность некоюрых регулиторных ферментов центральных катаболических путей. Имеются, однако. среди этих ферментов и такие, для которых положительным модулятором служит АМР. Чтобы оценить участие в метаболической регуляции наряду с АТР и А)УР также и АМР, Даниэль Аткинсон ввел понятие энергетического заряда и использовал его в качестве одной нз характеристик энергетического состояния клеток.
Энергетический заряд есть мера «эаполнения» всей алениннуклеотидной системы (Т.е. суммы АТР, АОР и АМР) высокоэнергетическими фосфатными группами. Энергетический заряд АТР + ',~э[А)УР] [АТР] + [А)УР] + [АМР] ' Если весь адениннуклеотидный пул полностью фосфорилирован, т.е. представлен одним только АТР, то энергетический заряд системы равен !,0; если же система энергетически «пуста» и весь пул ее адениновых нуклеотидов содержит один только АМР, то ее энергетический заряд равен О.
Обычно энергетический заряд клеток равен приблизительно 0,9, ЧАСТЬ Ц. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ Глннавн ПФ л«н«н ар нал: тн 1пч р ! и ,:Р, «вЂ” АПР н это свидетельствует о том, что их аденнлатная система почти полностью «заряжания. При некоторых условиях аллостерические взаимодействия между процессамн, накапливающими и использующими энергию, легче представить себе, руководствуясь именна понятием энергетического заряда, а не отношением действующих масс АТР-системы. Однако это сложный вопрос, не поддающийся однозначному решению; по-видимому, не существует какого-нибудь одного всеобъемлющего показателя энергетического состояния, с помощью которо~о можно было бы универсально объяснять регуляцию всех метаболических систем. 17.24.
Регуляторные механизмы гликолиза, цикла лвнонной кислоты и окислителыюго фосфорилироиания взаимосвязаны Три стадии катаболизма углеводов обеспечивают получение энергии: гликолиз (гл. 15), цикл лимонной кислоты (гл. 1б) и окислнтельное фосфорнлирование. Каждая из этих стадий регулируется при помощи своих собственных регуляторных механизмов с таким расчетом, чтобы ее скорость была достаточной для удовпетварения сиюминутной потребности клетки в продуктах, образующихся на этой стадии. Более того, эти три стадии так согласованы друг с другом, что все они функционируют в едином экономичном и саморегулируемом режиме, подобно хорошо отлаженной механической сисгеме.
Именно так вырабатывается АТР-конечный продукт катаболизма, снабжающего клетку энергией, а также некоторые специфические промежуточные продукты, такие, как пируват и нитрат, используемые в качестве предшественников в процессах бносннтеза других клеточных компонентов. Интеграция этих трех стадий оказывается возможной благодаря взаимосвязи их регуляторных механизмов. Иа рис. 17-29 видно, что относительные концентрации АТР и АОР (иными словами, отношение действующих масс АТР-системы) опре- делают не только скорости переноса электронов и окислительного фосфорилирования, но и скорости цикла лимонной кислоты, окисления пирувата и процесса гликолиза.
Всякий раз, как увеличивается расходование АТР, т.е. снижается концентрация АТР, а концентрации А)ЗР и Р, возрастают, сразу же вслед за этим возрасгают скорости переноса электронов и окислительнопр фосфорилирования. Одновременно повышается н скорость окисления пнрувата через цикл лимонной кислоты, т.е. усиливается приток электронов в дыхательную цепь.
Эти Ф6Ф Д»Р *~ +- — —— в Ъ Ф !Ф ги 1 гл«лнт ~ 1 1 2Фг ! 11 2ФГ 1 ФКП Пнри;т ! ин рнрт «тл ! ! ° рддр, нв л — — +— «дs1«лн Фтс л р 1! Лн «нд. д ! !1 1 !! 11 тр т 11 !1 !1 11 «рт 11 ГЛ !7 ПЕРЕНОС ЭЛЕКТРОНОВ И ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ 543 события в свою очередь приводят к увеличению скорости глнколнза, обеспечивая тем самым усиленное образование пирувата.Затем наступает момент, когда отношение (АТРИАТУР] )Рь) возвращается к своему обычному высокому уровню. Теперь перенос электронов и окислительное фосфорилирование замедляются, поскольку концентрация А)3Р устанавливаешься на низком уровне, соответствующем состоянию покоя.
Цикл лимонной кислоты и гликолиз при этом также замедляются, потому что АТР действует как аллостерический ингибиторгликолиза н окисления пирувата. Согласованно действуют также регуляторные ферменты гликолиза и цикла лимонной кислоты. Когда АТР (образующийся в результате окнслительного фосфорилирования) и цитрат (первый промежуточный продукт цикла лимонной кислоты) накапливаются в количествах, превыщающих их обычный уровень. они, действуя согласованно. вызывают аллостерическое ннгибирование фосфофруктокиназы (рнс.
!7-29), причем эффект от такого двойного ингибирования оказывается большим, чем сумма индивидуальных эффектов. Таким образом, гликолиз контролируешься целой сватью Рис. 17-2Я Вэанмоэавнсимая регуляция глико- лизв, окисления пирувата цикла лимонной кислоты и окислизельного фосфорнлиравания, опрелеляемая относи хельными концентрация- ми АТР, АОР и АМР, Регуляэорные воздейст- вия, ингибируюшие и стимулируюшис, обозна- чены здесь красными полосками и стрелками. При высокой концеи грации АТР и соответст- венно при низких концентрациях АОР и АМР скорости гликолиза, окисления цнруваэа.
цикла лимонной «полоты и окнслиэельного фосфори- лировання минимальны. Если расходование АТР в клетке резко усиливаезся н, значит, кон- центрации АОР, АМР и Р, вазрасзаюс, ю все з пэ четыре процесса ускоряются. Взаимосвязь гликолиза и цикла лимонной кислоты, асу- шесэвяяемая через нитрат (онв закал показана на этой схемеь доааюмеэ регуляторное леисз- вие адеиилаэной системы. Кроме того, при по- вышении концензрвцн» ЗЧАОН и апеэил-СоА подавляется процесс окисления пирувата до апеэил-Сод. Г6Ф вЂ” глюкоза-6-Фосфах: Ф6Ф— фруктозо-6-фосфаэ; ФДФ фруктозодифосфаэ; ГЗФ глицеральлегид-з.йюсфаз, ЗФГ 3-фос4ю- глнцераз, 2ФГ 2-фасфоглицераэ; ФЕП фос- Фоснолпируввз; а-КГ «-кеэаглутарат взаимосвязанных регуляторных механизмов, благодаря чему пируват образуется лишь с той скоростью, с какой он потребляется в цикле лимонной кислоты.
который служит поставщиком электронов для процесса окислнтельного фосфорнлировання. В раковых клетках эта координация регуляторных влияний, по-вилимому, нару- щена: гликолиз протекает в них со значительно больщей скоростью, чем зто требуется для обеспечения топливом цикла лимонной кислоты. Поэтому аэробные раковые клетки потребляю~ гораздо больше глюкозы из крови, чем нормальные, но оказываются не в состоянии окислить весь пируват, образовавщийся в процессе гликолиза.
Большая его часть окисляется в них до лактата, который уносится кровью. 17.25. В клетках имеются н другие Ферменты, использующие в качестве нкцептора электронов кислород Почти во всех клетках около 9(УУ, все~о потребляемого кислорода восстанавливается с участием цитохромоксидазы митохондрий. Однако в некоторых тканях содержатся ферменты иного типа, катализирующие особые окислительно-восстановительные реакции„в которых атомы кислорода включаются непосредственно в молекулу субстрата с образованием, например, новой гидроксильной нли карбоксильной группы. Эти ферменты называются океигенаэами. Хотя в таких специализированных реакциях потребляется лишь небольшая часть всего кислорода, поглощаемого клетками, эти реакции очень важны для организма.
Есть два класса оксигеназ: диоксигеназы и монаоксигеназы, Диокеигеназы катализируют реакции, в которых в молекулу органического субстрата включаются оба атома молекулы кислорода. Примером такого фермента может служить пираказпехаза, катализирующая реакцию окисления катехола молекулярным кислородом, сопровождающуюся раскрытием кольца: ЧАСТЬ Ц, БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ О Если в реакции учасгвует молекулярный кислород, меченный изотопом 'вО, то ме~ка (выделена красным) обнаруживается в карбоксильных группах продукта. Монооксигеназы (их содержание в тканях относительно велико, а их действие отличается большей сложностью) каталнзируюг реакции, в которых в молекулу органического субстрата включается только один из атомов кислорода; второй атом восстанавливается при этом до Н,О. Монооксигеназам требуются два субстрата, которые служат восстановителями двух кислородных атомов О,.
Главный с>бстрат присоединяет один нз двух атомов кислорода а касубетрат поставляет атомы Н для восстановления в~араго а~ома кислорода до Н,О. Общее уравнение для реакций, катализируемых моноокснгеназами, имеет вид АН+ВН,+О О -'А "ОН+ В+ НгО, где АН вЂ” ~лавный субстрат, лрисоеднняющий один атом кислорода, а ВНг — косубстрат, поставляющий атомы Н для восстановления второго атома кислорода до Н,О. Поскольку в реакциях, катализируемых монооксигеназами, главный субстрат по болыней части гидроксилируется, эту группу ферментов называют также гссдракеилазами. Иногда их называют еще оксигеназами со смеисанной функцией, поскольку они окисляют одновременно два разных субстрата.
Монооксигеназы подразделяются на несколько классов в зависимости от природы участвующего в реакции косубстрата, который поставляет два атома Н для образования Н,О. Одни моноокснгеназы используют для этой цели в качестве ко- субстратов восстановленные флавиновые нуклеотиды (ЕМХНз или РАОНз), другие. ЫАОН или )ЧАОРН. а третьи-а-кетоглутарат. Одним из важных примеров среди монооксигеназ может служить фермент, катализирующий гндрокснлированне ароматического кольца фенилаланина, в результате чего образуется тирозин (гл. 19).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
