Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 31
Текст из файла (страница 31)
 — ОН + АТР -»  — Π— РОз + АРР; 2. А — Н е  — Π— РОз -» А — В + Рг Результат:  — ОН + АТР + А — Н -» А — В + АРР + Рг Реакция конденсации, которая сама по себе энергетически неблагоприятна, происходит, будучи непосредственно сопряжена с гндролизом АТР в ферментативно катализируемом процессе (рис. 2.59, а). Так, аминокислота глутамин синтезируется в ходе такой реакции биосинтеза (рис.
2.59, б). Мы вскоре увидим, что подобные (но более сложные) механизмы используются и при создании почти всех больших молекул клетки. 2.2.15. ХАОН и ХАОРН вЂ” важные переносчики электронов Другие важные активированные молекулы-носители участвуют в окислительновосстановительных реакциях и выступают неотъемлемым компонентом сопряженных реакций в клетках. Эти активированные носители специализируются на переносе энергии и атомов водорода. Наиболее важными из таких носителей электронов являются ХАО+ (никотинамидадениндинуклеотид) и близкородственная ему молекула ХАОР+ (никотинамидадениндинуклеотидфосфат).
Позже мы раз берем некоторые из реакций, в которых они участвуют. И МАР', и ХАРР' берут по»порции энергии», соответствующей двум высокоэнергетическим электронам, и протон (Н+), превращаясь при этом соответственно в МАРН (восстановленный никотинамид-адениндинуклеотид) и ХАРРН (восстановленный никотинамидадениндинуклеотидфосфат). Так что эти молекулы можно считать и носителями гидридных ионов (Н' плюс два электрона, или Н ). Подобно АТР, МАРРН вЂ” активированный носитель, участвующий во многих важных реакциях биосинтеза, которые в ином случае будут энергетически неблаго приятными. МАРРН синтезируется в клетке согласно общей схеме, представленной на рис.
2.60, а. В ходе ряда специфических энерговыделяющих катаболических реакций атом водорода, наряду с двумя электронами, забирается у молекулы субстрата и присоединяется к никотинамидному кольцу ХАРР' с образованием МАРРН и выделением протона (Н ) в раствор. Это типичная окислительно-восстановительная реакция; субстрат окисляется, а ХАРР' восстанавливается. Структуры ХАРР' и МАРРН представлены на рис. 2.бО, б. МАРРН легко расстается с носимым им гидрид-ионом в последующей окислительновосстановительной реакции, потому что без него никотинамидное кольцо может дости гать более устойчивого расположения электронов. В этой реакции, в которой регене рируется МАРР', теперь уже сам МАРРН окисляегся, а субстрат жкстанавливается. 2.2. Катализ и исполазоаание энергии клетками 129 АП НСАЦИИ зтдп Актиадци '6.— ОН а) г г:г Р-О- 1 О" аысохоонвргптичвсхкй промажг ' гний продукт фабр иак атдп ндбнсдции глугаминоввя кислота Рис.
З бэ. Пример энергетически неблагоприятной реакции биосиитеза, проиаюдящей под действием гидролиэа Атр. о) Схематичное представление образования соединенив А-В в реакции конденсации, описанной в тексте. б) Биосинтез аминокислоты глутамина. Глутаминовая кислота сначала преобразуется в высокоэнергетический фосфор или рова нный промежуточный продукт (соответствующий описанному в тексте соединению В-О-РО ), который затем реагирует с аммиаком !соответствует А-Н на схеме а) с образованием глутамина. В этом примере оба этапа происходят на поверхности одного и того же фермента глулюмонсонглетазы. Высокоэнергетические связи окрашены красным. о о с сн, сн, н н — сн — соо этдп Активдции о он продукты с 1 др п вдтр сн, сн, 1 н,н' — си — соо- о Ф))цф::- с 1 сн, сн, 1 н,н' — сн — соо- лтутвмин 130 Часть 1.
Введение в мир клетки ( Н вЂ” С— й — С— ( и' — С вЂ” Оы с— 1! ! с=о восстановление молекулы 2 окисление молекулы 1 а) 4~",','::.,":,'-г восстановленная цюрма йАОР окисленная Форма н О никотинамидное кольцо ',' +, МН, Н О О О О О ата Фосфатная группа-- отсутствует в МАО и МАОН Рис. 2.60. МАОРН вЂ” важнейшим переносчик электронов. о) йАОРН образуется в ходе реакций общего типа, показанных слева, в которых два атома водорода удаляются с субстрата. Окисленная форма молекулы-носителя, МАОР', приобретает один водородные атом плюс электрон (гидрид-ион); протон (Н") другого атома Н высвобождается в раствор.
Поскольку йАОРН удерживает свой гидрид-ион высокоэнергетической связью, постольку присоединенный гидрид-ион может легно быть передан другим молекулам, как показано справа, б) Структуры йАОР' и йАОРН. Часть молекулы МАОР', известная как никотинамидное кольцо, принимает два электрона вместе с протоном (эквивалент гидрид-иона Н ), образуя МАОРН.
Структура молекул йАО' и йАОН соответственно идентична йАОР' и йАОРН, за исключением лишь того, что в составе первых указанная на рисунке фосфатная группа не числится. 22. Катализ и использование зиарми клетками 131 Рис.2.61. Заключительный этап 6иосинтеаа холестерина. Как и во многих других биосинтетическихреакциях,восстановлениесвязи С=Сдостигается переносом гидрид-иона от молекулы носителя НАОРН и протона (Н') из раствора.
7-ДЕГИДРОХОЛЕСТЕРИН ХАОРН служит эффективным донором своего гидрид-иона другим молекулам по той же причине, по которой АТР легко передает фосфат: в обоих случа- НО ! ях передача сопровождается большим отрицательным изменением свободной энергии. Один из вариантов использования ХАОРН в биосинтезе представлен на рис. 2.61. ' ЙАОР ' Дополнительная фосфатная группа в составе молекулы ХАОРН не ока зывает никакого влияния на связанные с переносом электронов свойства ХАОРН по сравнению с ХАОН, так как расположена далеко от области, за действованной в переносе электронов н (см. рис.
2.60, б). Однако она придает молекуле ХАОРН форму, немного НО н отличную от таковой для ХАОН, что Н ХОЛЕСТЕРИН позволяет ХАРРН и ХАЕН связы ваться в качестве субстратов с совершенно разными группами ферментов. Таким образом, носители этих двух типов используются для переноса электронов (или гидрид-ионов) между молекулами из двух разных наборов. Почему необходимо такое разделение труда? Ответ кроется в потребности нева висимо регулировать два набора реакций с переносом электронов. ХАОРН работает в основном с ферментами, которые катализируют анаболические реакции, поставляя высокоэнергетические электроны, необходимые для синтеза богатых энергией биологических молекул. ХАРН, напротив, играет специальную роль посредника в катаболической системе реакций, которые производят АТР путем окисления молекул пищи, что мы вскоре обсудим.
Образование ХАОН из ХАН' и ХАОРН из ХАОР' происходит различными путями и регулируется независимо, так что клетка может регулировать поставку электронов для выполнения этих двух различных задач. Внутри клетки отношение ХАО' к ХАРН поддерживается высоким, тогда как отношение ХАОР' к ХАОРН поддерживается низким. В силу этого имеется масса ХАО', служащего окислителем, и множество ХАРРН, выступающего восстановителем, что и требуется для выполнения их специальных задач соответственно в катаболизме и анаболизме. 2.2Л 6. В клетках существует множество других активированных молекул-переносчиков Другие активированные носители также принимают и переносят химическую группу с помощью легко передаваемой макроэргической связи.
Например, кофермент нз этого, предшествующего нашему, мира РНК, в котором нуклеотндные звенья, возможно, былн нужны для связывания с РНК-ферментами. На рнс. 2.58 н 2.61 представлены примеры определенного типа реакций переноса, энергетически обеспечиваемых актнвнрованнымн молекулами-переносчиками АТР (перенос фосфата) н НА()РН (перенос электронов н водорода). Реакции других актнвнрованных молекул-носителей связаны с переносом метнльной, карбокснльной группы нлн остатка глюкозы исключительно для бносннтеза (таблица 2.5).
Такие актнвнрованные носители образуются в ходе реакций, которые сопряжены с гндролнзом АТР, как в примере на рнс. 2.бЗ. Поэтому энергия, которая позво ляет использовать нх группы для бносннтеза, в конечном счете вырабатывается Таблица 2зй Неноторые из вктивироввнных молекул-переносчиков, щироко нспользуемык в мвтвбо- лизме АКТИВАЦИЯ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ (я ®-.бт-о-сн, л и' о О 0 пируват :ИЕГ зг-О -СН, н н Б он С бикврбонвт пирувзткврбоксипвзв ПЕРЕНОС КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ Рис.
2.63. Реакция переноса нврбоксильной группы с использованием молекулы вктивироввнного носителя. Карбоксили рова нный 6 ногин используется ферментом лир узалгкорбоксолазой для пере носа карбоксильной группы в процессе синтеза оксзлозцетзтз — молекулы, необходимой в цикле лимонной кислоты. В этой реакции зкцепторнзя молекуле переносимой группы — пируват. Другие ферменты испольэукгт биотин для переноса кзрбоксильных групп нз другие зкцепторные молекулы. Обратите внимание, что для синтеза карбоксилировзнного бнотинз требуется энергия, которая извлекается из АТР— зто общая черта многих зктивировзнных носителей. АТР ндон„'иАОР)~-'Рлдн, УРИЛИНЛИФОтСФаттПЕГКтла 22.
Катализ и использование знерпзи клетками 133 О'-""О 'о ( Б и~=О сн О'::„СГ С: см ° со оксвповцетвт 134 Часть 1. Введение в мир клетки в ходе катаболических реакций, в результате которых образуется АТР. Подобные процессы происходят при синтезе очень больших молекул клетки: нуклеиновых кислот, белков и полисахаридов, что мы обсудим далее. 2.2.17. Синтез биологических полимеров происходит благодаря гидролизу АТР Как обсуждалось ранее, макромолекулы клетки составляют большую часть ее сухой массы, то есть массы без учета воды (см. Рис. 2. 29). Эти молекулы образуются из субъединиц (или мономеров), которые соединяются друг с другом пггсредством реакции конденсации, в ходе которой у каждой пары реагентов «изымается по частям» молекула воды (ОН плюс Н).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
