В.В. Полевой - Физиология растений (1134228), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Фруктозо-б-фосфат фосфорилируется вторично фосфофрукгокиназой с использованием еще одной молекулы АТР. зв 4. ыхание раотений 2 люк зо ! Фасо улюююо.б Фасф у Азт ЗСН ОГРУ 'СН,ОН у~ОН! СН»ОН ~ ~~ ОРОН»С вЂ” — е УСНОН ~ — С=О НО ФасФоФю н н к 'н ю ° Н ОН з.фосфо- фа ф«лноксн Ф ам»б..ф фуу юза-(,о.люзасфвз пернновмп »песа ФРУ ыьпюнл АТР , фо ф ен« пиру ру СО, ~ А„„ Г.
* ев уксус Агу »"ою ! ° .(он КАО' в*авва — — б:ю кнсвм» (м»м» ис. 4.1. талы гликолиза. уиктирон обозпаче° (обходные пути при зра(цеиии гликолиза 4.2. 0 ги окисления ыхатвньного е бет ата 199 Фруктозо-(,б-дифосфат — лабнльная фуранозная форма с симме.грично расположенными фосфатными группами. Обе эти группы несут отрицательный заряд, отталкиваясь друг от друга электростатически. Такая структура легко расщепляется альдолазой на две фосфотриозы. Следовательно, смысл подготовительного этапа состоит в активации молекулы гексозы за счет двойного фосфорилировання н перевола в фуранозную форму с последующим распадом на 3-фосфоглицерииовый альдегид (3-ФГА) и фосфодиоксиацетон (ФДА), причем бывший б-й агом углерода в молекуле глюкозы и фруктозы (фосфорилированный) становится 3-м в З-ФГК, а !-й атом углерода фруктозо-!,б-дифосфата остается 1-м углеродом (фосфорилнрованным) в ФДА (см.
рис. 4.!). 3-ФГА и ФДА легко превращаются друг в друза с участием триозофосфатизомеразы. Из-за расщепления молекулы гексозы на две триозы гликолиз иногда называют дикотомическим нуте.и окисления глюкозы. С 3-ФГА начинается Н этап гликолиза — первое субстратное фосфорилирование. Фермент дегидрогеназа фосфоглицерннового альдегида (1чА(3-зависимый 5Н-фермент) образует с 3-ФГА фермент-субстратный комплекс, в котором пронсходиз окисление субстрата и передача электронов и протонов на ХА(3'г. В ходе окисления фосфоглицеринового альдегида до фосфоглицсриновой кислоты в фермент-субстратном комплексе возникает мсркаптанная высокоэнергетическая связь (т. е, связь с очень высокой свободной энергией гидролиза). Далее осуществляется фосфоролиз этой связи, в результате чего ЬН-фермент отщепляется от субстрата, а к остатку карбоксильной группы субстрата присоединяется неорганический фосфат, причем ацилфосфатная связь сохраняет значительный запас энергии, освободившейся в результате окисления З-ФГА, Высокоэнергетическая фосфатная группа с помошью фосфоглицераткнназы передаезся на АГУР и образуется АТР.
Так как в данном случае высокоэнергетическая ковалентная связь фосфата формируется прямо на окисляемом субстрате, такой процесс получил название губе~нритного фосфорилирования. Таким образом, в результате Н этапа гликолиза образуются АТР н восстановленный ХА(ЗН. Последний этап гликолиза — второе субстратное фосфорилирование.
3-Фосфоглицериновая кислота с помощью фосфоглицерагмутазы превращается в 2-фосфоглицериновую кислоту. Далее фермент енолаза катализнрует отщепление молекулы воды ог 2-фосфоглицериновой кислоты. Эта реакпия сопровождается перераспределением энергии в молекуле, в результате чего образуется фосфоенолпируват — соединение, содержащее высокоэнергетическую фосфатную связь. Таким образом, в этом случае высокоэнергетическая фосфатная связь формируется на основе того фосфага, который имелся в самом субстрата.
Этот фосфат при участии пируваткиназы передается на АРР и образуется АТР, а енолпируват самопроизвольно переходит в более стабильную форму — пируват— конечный прод кт гликолиза. 4. Дыхание аетений , 'ун. )ннн (н» на+о-н ойн.(, э, АТ (э Энергетический выход н'ликолиза. При окислении одной молекулы глюкозы образуются две молекулы пировиноградной кислоты При этом за счет первого и второго субстратного фосфорилирования образуются четыре молекулы АТР. Однако две молекулы АТР тратятся на фосфорилирование гексозы на 1 этапе гликолиза. Таким образом, чистый выход гликолитнческого субстратного фосфоргщирования составляет две молекулы АТР.
Кроме того, на И этапе гликолиза на каждую из двух молекул фосфотриоз восстанавливается по одной молекуле МАОН. Окисление одной молекулы МАОН в электронтранспорпюй цепи митохондрий в присутствии Он сопряжено с синтезом трех молекул АТР, а в расчете на две триозы (т. е, на одну молекулу глюкозы) — шесть молекул АТР. Таким образом, всего в процессе гликолиза (при условии последующего окисления МАРН) образуются восемь молекул АТР.
Поскольку свободная энергия гидролиза одной молекулы АТР во внутрикле ючных условиях составляет около 41,868 кДж!моль (!0 ккал), восемь молекул ~ АТР дают 335 кДж/моль, нлн 80 ккал. Таков полный энергетический выход гликолиза в аэробных условиях. Обращение гликолнза. Возможность обращения гликолиза определяется обратимостью действия большинства ферментов, катализируюших его реакции. Однако реакции фосфорилиро'вания глюкозы и фруктозы, а также реакпия образованна пнровиноградной кислоты из фосфоенолпирувата, осуществлявмые с помощью кнназ, необратимы. На этих участках процесс обращения идет благодаря использованию обходных путей. Там, где функционируют гексокиназа и фруктокиназа, происходит дефосфорнлированне — отшепление фосфатных групп фосфатазами.
Превращение пирувата в фосфоенолпируват также не может осуществиться путем прямого обращения пируваткиназной реакции вследствие большого перепада энергии, Первая реакция обращения гликолиза на этом участке катализнруется мнтохондриальной пируваткарбокснлазой в присутствии АТР и ацетнл-СоА (последний выполняет функции активатора).
Образующаяся щавелсвоуксусная кислота (ЩУК), илн оксалоацетат, восстанавливается затем в митохондриях до малата при участии МАО-зависимой мала гдегидрогеназы (МДГ). Затем малат транспортируется из митохондрий в цнтоплазму, где окисляется МАО-зависимой цнтоплазма гической малатдегидрогеназой снова до ЩУК. Далее под действием ФЕП-карбоксикнпазы из оксалоацетата образуется фосфоенолпируват. Фосфорилирование в этой реакции осуществляется за счет АТР (см.
рис. 4.1). функции глнколиза в клетке. В аэробных условиях гликолиз выполняет ряд функций: 1) осуществляет связь между дыхательными субстратами и циклом Кребса; 2) поставляет на нужды клезки две молекулы АТР и две молекулы МАРН прн окислении каждой молекулы глюкозы (в условиях аноксии гликолиз, по-вндимому, служит основным источником АТР 4.2. Пути окисления дыхетельнага е бст ага 141 4.2,3 Цикл дк- трикарбанавык кислот (цикл Кребсе) в клетке); 3) производит интермелиаты, необходимые для синтетических процессов в клетке (например, фосфоенолпируват.
необходимый для образования фенольных соединений и лигнина); 4) в хлоропластах гликолитические реакции обеспечивают прямой путь для синтеза АТР, независимый от поставок МАРРН; кроме того, через гликолиз в хлоропластах запасенный крахмал метаболизируется в триозы, которые затем экспортируются из хлоропласта. В анаэробных условиях пировиноградная кислота (пируваг) подвергается дальнейшим превращениям в ходе спиртового, молочнокислого и других видов брожений, при этом МАРН используется для восстановления конечных продуктов брожения, регенерируя в окисленную форму.
Последнее обстоятельство поддерживает процесс гликолиза, лля которого необходим окисленный МАР'. В присутствии достаточного количества кислорода пируват полностью окисляется до СОз и НзО в дыхательном цикле, получившем название цикла Кребса или цикла г)и- и шрикарбоновых кигяош. Все участки этого процссса локализованы в матриксе или во внутренней мембране митохондрий. Последовательность реакций в цикле Кребса. Участие органических кислот в дыхании давно привлекало внимание исследователей.
Еше в 1910 г. шведский химик Т. Тунберг показал, что в животных тканях содержатся ферменты, способные отнимать водород от некоторых органических кислот 1янтарной, яблочной, лимонной), В 1935 г, А. Сент-Дьердьи в Венгрии установил, что добавление к измельченной мышечной ткани неболыцих количеств янтарной, фумаровой, яблочной или щавелевоуксусной кислот резко активирует поглощение тканью кислорода. Учитывая данные Тунберга и Сент-Дьердьи и исходя из собственных экспериментов по изучению взаимопревращения различных органических кислот и их влияния на дыхание летательной мышцы голубя, английский биохимик Г. А. Кребс в 1937 г. предложил схему последовательности окислешщ ди- и грикарбоновых кислот до СО, через «цикл лимонной кисвогвыя за счет отнятия водорода.
Этот цикл и был назван его именем Непосредственно в цикле окнсляется пс сам пируват, а его производное — ацетил-СоА. Таким образом, первым этапом на пути окислительного распзепления ПВК является процесс образования активного ацетила в ходе окислительного декарбоксилирования, Окислительное декарбоксилирование пирувата осуществляется при участии пируватдегилрогеназного мультиферментного комплекса. В состав его вхолят три фермента и пять коферментов. Коферментами служат тиаминпирофосфат 1ТПФ) — фосфорилированное производное витамина В,, липоевая кислота, коэнзим А, РАР и МАР'.
Пируват взаимодействует с ТПФ 1декарбоксилазой), при этом отщепляется СО, и образуется гидроксиэтильное производное ТПФ 1рис. 4.2). Последнее вступает в реакцию с окисленной формой липоевой кислоты. Лисчльфилная связь лип евой исл ты разрывается 4. Дыхание растений ис. 4.2 НАО' ИАПП С- Н' )кислительиое лекороксилировоиие лироии еопн РАО 5Н 5 — соА ан н.каанаи и Сол — 5П ираанен раанаа к»спас Гннракснасна. мннпирофасфл киса а и происхолит окислительно-восстановительная реакция: гилроксиэтильная группа, присоединенная к одному атому серы, окисляется в ацетильную Гири этом возникает высокоэнергетическая тиоэфирная связь), а другой атом серы липоевой кислоты восстанавливается.
Образовавшаяся апегиллипоевая кислота взаимодействует с коэнзимом А, возникают ацетил- СоА и восстановленная форма липоевой кислоты. Волорол липоевой кислоты переносится затем на гАР и далее на ХАР'. В результате окислительного декарбоксилирования пирувата образуются ацетил-СоА, СОз и )а)АРН. Дальнейшее окисление апетил-СоА осуществляется в холе циклического процесса. Никл Кребса начинается с взаимодействия ацетил-СоА с енольной формой щавелевоуксусной кислоты (рис. 4.3).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
