Д.Г. Кнорре, С.Д. Мызина - Биологическая химия (1128707), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Много других примеров, особенно касающихся энергетического обеспечения многочисленных зндэргонических биохимических процессов, будет приведено в последующих главах курса. В связи с этим глобальной задачей биоэнергетики живых организмов является регенерация АТФ из АДФ и АМФ.
В живой природе эта регенерация происходит как фосфорилирование АДФ, а АМФ предварительно превращается в АДФ по реакции Р - И»(о + РРР— И»(о 2РР - И»(о (Ч Г11.3) катализируемой ферментом аденилаткиназой. Фосфорилироваиие АДФ является, естественно, эндэргоническим процессом и требует привлечения специальных источников энергии. Среди них в живой природе резко доминируют два. Один нз них — это солнечная энергия, усваиваемая зелеными растениями и некоторыми микроорганизмами в процессе фотосинтеза. В ходе фотосинтеза энергия поглощенных квантов света используется для осуществления высокоэндэргонического процесса переноса электронов от молекул воды иа ХИОР' по суммарному уравнению (У[1[.4) МАРР' + Н 0»/з02 + ХАОР И + Н+ Частично эта энергия расходуется на фосфорилирование АДФ. Отдельные стадии этого сложного процесса называют свел»ооыши стадиял»и фатоса»»теза.
Накопление в хлоропластах ХАОР Н и АТФ создает необход»»л»ые предпосылки дл восстановления СОи которое происходит уже без участия световой энергии приводит к накоплению углеводов по брутто-уравнению бСО»+ 12ХЛВРН+ 12Н'+ 18РРР— ЛИо СН„О,+!2ХЛВР'+ 6Н О+ 18РР— АИо+18Р! (»111 5) Стадии этого процесса называют»пеж»»оомл»в стадилжи фотосинтеза, Второй источник, используемый больши»»ствол» микроорганизмов и всеми животными, — энергия окисления органических соединений, поступюощих к иим в качестве пищи. Органические соединения, окисление которых слумп»т источником энергии 342 тхь приводит в конечном итоге к фосфорили1юваи»ио ЛДФ, весьма многообразны.
Однако доминирующее место среди иих имеет окпслоиие углеводов, и первую очередь гл»оковы. Окпслительиая деструкции глюкозы от»ст»»»»во разб»»веется на три группы реакций. В первой группо реакций глюкоза превращается и отсутствие Оз в молочную кислоту или зтанол, а в пр»юутствии О» — в пируват и далее в связанный с коферментол» А ацетильиый остаток. Этот процесс пазыва»от гликолизом и детально рассматрива»от в з 8.2.
К сходному результату приводит вторая группа реакций — деструкция з»нрных кислот, итогом которой также является превращение углеродного скелета ж»»риой кислоты в соответствующее число ацетильных остатков в ниде СоИкНСОСП» (подробнее см. з 8.3). Следующим, общим для окисления как углеводов, так и жирных кислот является окисление связанного с коферментом А ацетильиого остатка до СОэ и воды. Это окисление происходит в так называемом цикле трикарбоиовых кислот (сл».
З 8.4). В основном (хотя не исключительно) окислителел» в эт»»х процессах является ХИИ', который при этом превращается и ХИО И Именно иакоол»иие восстановленной формы этого никог»»»»ал»ид»»ого кофермента приводит далее к основному биоэнергетическому итогу окислительиого фосфорилиронаи»ш — иревршцеиию трех молекул АДФ в три молекулы АТФ ири переносе каждой пары зтектронов от ХИО И к' О» по брутто-уравнению (УШ.О) ХАО Н+»/»0»+ И' » ХИО'+ И 0 Этот процесс происходит в сложно организованной си»теме, называемой цепью переноса элект1юнов, которая вкратце описывается в 1 8.5 Единственной стадией. имеющей важное биоэнсргст»» кское значение, ири окислительной деструкци»» углеводов и жирных кислот, и которой ио участвуют никотинамидные коферменты. является окисление фрагмента -СИ СИз до СН=ч,'И-.
Это прев1»аще»»»»е происходит иутеи и»рсиоса электронов иа производное бензохинона, известное под названием кофермента О(СоО), структура которого приведена в э 8.5. Эти процессы, общая схема которых может быть записана в виде -СНз СИ + СоΠ— » — СИ.=СИ + СоОНт (восстановленный кофермент (1), поставляют восстановленный кофермент 1) в цепь переноса электрона, где он окисляется с одновременным фосфорилироваииеи двух л»олску»» АДФ. Значение АТФ как универсального'аккумулятора энергии закчючается в том, что гидролиз любой из двух ппрофос»1»атиых связей Л'ГФ в виде магниевой соли характеризуется значительныи ио абсолютной велич»ше уменьшением»таидартной свободной энергии: —.'51,0 кД»к/люль при превращении ЛТФ в ЛД»!> и — 31,8 кДж/моль при превращении в ЛХ1Ф.
Так как ргальш,н коицоитраци»» АТФ а Условиях живого оргаиизиа существенно н»оке стандартной, а п»дрол»ш сопровождается увеличением числя молекул (образоншшо воды иа вел»»ч»шу ЛН практически не влияет, так как в величину О и (8.!) входит ее активно»ть, близкая к !), то дС для гидролиза АТФ ио абсолютной»»г»»»»ч»»»»е будет су»цегтвеиио выше приведенных значений Лбе. Процессы гидролиза, типичные для живой ир»»родь», как правило, характеризуются значениями Ьб»» ' < О, Это ка»агтся п»дроли:ш ело»аиых эф»»ров карбоиовых и фосфорной кислот, амидов карбоиовых кислот, тиозф»»ров, смешаииы:» и симметричных ангидридов карбоиовых кислот, фосфо1»»»л»чу»»»»»»»»»»»»о»»»,»х произ- Ьб" ', кДж/моль Соединение Соединение го(Г ', кДж/моль Тип оккслиуельнага процесса Сопряженная пара окислитель- восстановитель Фосфаеналпируват Карбамаилфосфат Ацегилфосфат Креатинфосфат Лцетил-Со А ЛТФ (до АМФ) ЛТФ (до ЛДФ) Диэфнры Фосфорной кислоты Глюкоза-6-фосфау -61,92 -51,46 13,10 -37,66 -31,38 -31,8 -31,0 -25, 1О 0,5 О,/Н,О Цитохром с (+3)/цитохром с(+2) СоЯ/Соонг ИАОУ/ИАОН РАО/РАОНг -ИОССИ,сн,саа-/-ооссиынсоа- 0,82 0,22 0,10 -0,32 -0,12 Сукцинил-СоА -33,47 -13,61 Дегидрирование -СН >-Снг-групп То же Окисление ОН-группы 0,03 0,19 -0,20 -0,42 -0,19 -0,70 Кретоиил-С о А/Бутирил С о А сн,сно/сн,сн,ан Н'/Нг СнэСОСОО /СН СИОИСОО СНЗСНО + Саг/СНэСО(00 То же Окислнтельнае декарбокснлирование а-кеувкислот То же .ООССН>СИгСОО + + Са,/ ООССН>СН>СОСОО сн,сао-/сн,сно -0,67 Окисление альдегидов -0,60 г 02РОСИг — СИОП вЂ” Саа — Ра' + РР-Або — у 1,3-дпфосфоглицерау — в а, Р ОСИ Сна СОИ' + РРР-Ас) а 3-Фосфоглнцерат (У111.7 Восоовнооонрувву онрувву ООСН>СН>СО '5СоА + НРОг + сунцнннннорврнвну А 8.2.
ГЛИКОЛИЗ Т а б л и ц а 8.1. Свободная энергия гидролиза некоторых соедини>тй водных. Типичные значения для гидролиза представителей этих групп соединений приведены в табл. 8.1. Некоторые из этих процессов характеризуются значениями 255а', существенно более низкими по абсолютной величине, чем 255о' для гидролиэа АТФ. К ним относятся сложные эфиры н амиды карбановых кислот, фосфомана- и фасфадиэфиры. По этой причине маноэфиры фосфорной кислоты не могут служить донорами фасфата в реакции фосфарилиравания АДФ.
Процессы фосфарилиравания спиртовых групп с участием АТФ, например реакция (У111Л2) фосфорилирования глюкозы, с точки зрения ее биохимической значимости является необратимой и для регенерации АТФ из АДФ живыми организмами не используется. В то же время, как видна пз тай >ке таблицы, имеется группа соединений, для которых 255а' гидролнза имеет тот же порядок, чта и для АТФ, а в некоторых случаях превосходит эту величину. К этой группе соединений относятся ангидриды, тиоэфиры и некоторые отдельные соединения с другой структурой гидралиэуемап группы — фрсфреирлиируват (116) и креатиифрсфат (117). Эти соединения, наоборот, нередко принимают участие в регенерации АТФ и ГТФ из соответствующих днфасфатав.
Прпмертщ могут служить реакции СН~$ СОО + РР-Адо СН2СОСОО + РРР-Ада ОРОг РР-Оца — РРР-био + ООССН>СН СОО + СоА-5Н /ея О РНМ-С вЂ” М-СН СОО + РР-Або Н М-С вЂ” М-СН СОО + РР~ Аб 2 2 2 о НМ СН, Н1 1Н, 417 Т а б л и ц а 8.2. Стандартные окислительно-восстановите>ь>пве поттщиэлы Ьа ' некоторых сопряже>у>ивх пар окислит>лв восстановите>ь Реакции (91П,7) и (9111.8) являются важнейшнлуи источникалу>4 АТФ при анаэробном превращении глюкозы (3 8.2). Химические связи, гидролиз которых харакгерцзуется значениями Аба' порядка — 30 кДж/маль и выше (по абсолютному значению), в биохпьу>ун часта называют .ивкррэруически.ии савэяжи.
Естественна, чта к пх числу относят и пирофасфатные группы в нуклеазндтрифасфатах, в том числе и ЛТФ. Сами соединения, обладающие такими связями, называют макраэргами. Из структуры приведенных в табл. 8.1 макраэргав нетрудно видеть, что это в основном ангидриды фосфорной и карбаповых кислот, а также слабых кислот, каковыми являются тиалы и еналы.
В последнем случае для главнага предстуи. вителя таких производных, фосфаеналпирувата, набл>одается особенно высокое по модулю значение 255а'. Это связано не только с наличием у енола слабокислых свойств, на и с тем, что образующийся при гндралнзе енолпируват термодинамически неустойчив н с существенным дополнительным уменьшением энергии Гиббса изомеризуется в пируват. Поскольку, как сказано выше, многие бнаэпергетическпе прапессы являются акислительно-восстановительными, в табл. 8.2 для некоторых пз нпх приведены значения окислительна-восстановительных патенцналои /В . Гликализ является первым, а в анаэробных условиях основным этапам на пути использования глюкозы н других углеводов для обеспечения биаэнергетических потребностей живых организмов.
Кроме того, на проме>кутачных стадиях глико- ~~~НОН СН ОРО + Нроз + НАО (!йУ. 122 Озро-~ СНОН СНгороз + ЙАО'Н бьс + РРР-Ада 0«с-бр + РР-Яс(о Е-б-с — СНОН-СН2ОР03 + ЙАО'Н + Н ООС-СН-СН20Н -ООС вЂ” СялсН 2- ! РОЗ «1РО го 3 (Ы. 7Ц (!2(У. 1д! лиза образуются трехуглеродные фрагменты, используемые для биосннтеза ряда веществ. Стержневым этапам гликолнза является окнслнтельняя даст(гукцнн глюкозы до двух молекул пнрувата — соли пировнноградной юклоты 'с нснальзоввнием в качестве окислителя двух молекул ХМ)'. Стехномстрнческае уравнение нроцесса занисываетея в виде Свниоа+ 2КАО 2СНзСОСОО + АН + 2НАО'Н + + практически все основные стадии этого процесса уже описаны в пеРвую аче!гель при рассмотрении различных классов ферментов.
Ниже эти процессы и катализирующие их ферменты приводятся в порядке их нротекинця, исходя из глюкозы. 1. Превращение глюкозы в глюкоза-б-фосфат, катализнруемое гсхсохиииэой: 2. Изомеризация глюкоза-6-фосфата во фруктово-б-фосфат, катализируемая глюкоза-б-фосфат изомеразай; СНОН СНОН СНОН СНОН СНгор03 = НОСН;С-СНОН-СНОН вЂ” СНОН-СН,ОРО', 3.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
