1625912814-86e4cf3c2f3a4758cc82c296d453744e (800503), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Врезультате последующего фосфорилирования гомосеринаАТР:L-гомосерин-О-фосфотрансферазой(4)игидролизагомосеринфосфатаО-фосфогомосеринфосфолиазой(5)образуется L-треонин.Синтез ароматических аминокислот (Phe, Tyr и Trp) идет пообщему пути из фосфоенолпирувата и эритрозо-4-фосфата черезобразование шикимата и хоризмата. Ниже представлены схемыпути синтеза ароматических аминокислот и реакции синтезовPhe и Tyr:гомосерино-гомосеринфосфат115треонинOOOHOHOHCO P O CH2 C C C+ 2HOH HOэритрозо-4-фосфатC COOO P OO-COO -OCCH2 CH 2HH O CHC COHHO H3-дезоксиарабиногептулозонат-7-фосфатOP OOфосфоенолпируватCOO-HOCOO CH 2OHO CCOOхоризматCOO-OHCOO-5-дегидрохинатCH2OO P OOHOCOO-O COHCOO-OOHHOOHOOHOHшикимат5-дегидрошикимат3-енолпирувишикимат5-фосфатCOO-COO -- OOCOOHH2 OC C COO-CH2CCOO-хоризматCOO+C OH C NH3CH2CH2фенилпируватCOO-фенилаланинCOO+OHC OпрефенатH C NH3CH2CH2OHOHп-гидроксифенил- тирозинпируватПредставляет интерес превращение Met в Cys черезгомоцистеин, образующийся в цикле активированной метильнойгруппы, основным донором которой являетсяS-аденозилметионин:116CH3SCH2CH2CH(NH2)COOHМетионинTHFATP + H2OPi + PPiМетил-THFАденозил+CH3SCH2CH2CH(NH2)COOHS-аденозилметионинHSCH2CH2CH(NH2)COOHГомоцистеинАденозинАкцепторH2OАденозил+HSCH2CH2CH(NH2)COOHS-аденозилгомоцистеинМетилированныйакцепторЦистеин синтезируется из серина и гомоцистеина:HO C C CH CH SH22H+ HOCH2+NH3OOC C+NH3OсерингомоцистеинН 2ОHHO C C CH CH S22O++NH3NH3цистантионинцистатионин+NH4 +O C C CH CH23OOв -оксобутират117OCH2 C COН 2ОH+HSOCH2 C C+NH3цистеинO5.
ИНТЕГРАЦИЯ И ПРИНЦИПЫ КОНТРОЛЯМЕТАБОЛИЗМА5.1. Биохимические цепи и циклы как общий принципорганизации систем биохимических превращений в живойприродеКаким же образом координируется сложная сеть рассмотренныхвыше процессов, чтобы организм был обеспечен всем необходимымдля жизни? Координация обеспечивается интеграцией иодновременно контролем метаболизма.Основная цель метаболизма – это генерирование АТР, NADPH истроительных блоков для биосинтетических реакций.Из рассмотренного выше материала видно, что общимпринципом организации и координации процессов метаболизмаявляются цепи и циклы.
На схеме, приведенной на с. 119,представлена цепь гликолиза и цикл трикарбоновых кислот, а такжесвязь последнего с циклом мочевины.Рассмотримосновныеметаболическиепутииихрегуляторные стадии.Необратимые стадии любого метаболического процессаопределяют необратимость пути процесса, а ферменты,катализирующие эти стадии, регулируют весь процесс.
Длягликолиза эти вопросы обсуждены в гл. 3, разд. 3.1. («Гликолиз»).Лимитирующей реакцией цикла Кребса является синтез цитратаиз оксалоацетата и ацетил-СоА. АТР – аллостерический ингибиторцитрат синтазы. Кроме того, реакции, катализируемые изоцитратдегидрогеназой и α-оксоглутарат дегидрогеназой, – такжерегуляторные стадии ЦТК. Первый фермент стимулируется ADP иингибируется NADH. Второй фермент ингибируется продуктамиреакции – сукцинил-СоА и NADH и высоким энергетическимзарядом. Иначе говоря, и поступление двухуглеродных фрагментовв ЦТК, и скорость цикла снижаются при высоком содержании АТРв клетке.118гликогенглюкозаглюкозо-1-фосфатглюкозо-6-фосфат6-фосфоглюконатNADPHрибозо-5-фосфатфруктозо-6-фосфатнуклеотидыфруктозо-1,6-дифосфатглицеральдегид-3-Рдигидроксиацетонфосфат3-фосфоглицератаминок-тынейтр.
жиры,липидыаминок-тыфосфоенолпируватпируватацетил-СоАаминок-тыоксалоацетатцитратмалатаминок-тыизоцитратфумаратα-оксоглутаратсукцинатЦИКЛМОЧЕВИНЫаминок-ты119ингибирование АТРактивация АМРактивация АМР иАDРглюкозо-6-PС2H5ОHлактатПИРУВАТамино к-тыоксалоацетатамино к-тыхолестеролАцетил-СоАжирные к-тыЦТКмевалоновая к-таКвспомогательнымкомпонентамгликолизаотносятсякоферменты – АDP, NAD+, первый из них регенерируется привзаимопревращениях нуклеозидмоно-, ди- и трифосфатов, а второй– в цепи переноса электронов.Изприведеннойинтеграционнойсхемынекоторыхметаболических путей видно, что есть точки разветвления, наперекрестках которых находятся ключевые промежуточныепродукты – глюкозо-6-фосфат, пируват, ацетил-СоА, которыесвязывают многие процессы между собой: гликолиз иглюконеогенез, пентозофосфатный путь, цикл мочевины, синтез ираспад жирных кислот, расщепление и синтез углеродного скелетааминокислот, биосинтез нуклеотидов, жиров, фосфолипидов ихолестерола (см.
схемы на сс. 119 и 120).Из схемы видны пути синтеза компонентов ЦТК –анаплеротические реакции, некоторые из них были рассмотреныраньше и будут проанализированы ниже.Примером еще одного цикла взаимопревращения глюкозы илактата является цикл Кори.120Лактат, образованный сокращающейся мышцей из пируватавследствие высокого значения отношения [NADH] / [NAD+],диффундирует в кровь и переносится в печень, где вследствиенизкого отношения [NADH] / [NAD+] превращается в пируват, изкоторого по пути глюконеогенеза образуется глюкоза. Такимобразом печень снабжает глюкозой сокращающиеся мышцы,получающие АТР в результате гликолитического превращенияглюкозы в лактат:Глюкоза6~PГлюконеогенезПируватГлюкозаKровьЛактатГликолиз2~PПируватЛактатB мышцеB печени5.2. Пространственная организация систем биохимическихпроцессовВажный общий принцип метаболизма состоит в следующем:пути биосинтеза и распада почти всегда разобщены.
Эторазобщение способствует регуляции метаболизма. У эукариотвозможности метаболической регуляции и ее гибкость усиливаютсяблагодаря наличию компартмента (компартментализация) (см.схему на с. 122).Так судьба жирных кислот определяется тем, где онинаходятся – в цитозоле или в митохондриях. Это позволяетрегулировать их поток через внутреннюю митохондриальнуюмембрану. Жирные кислоты в цитозоле, где они синтезируются,могутэтерифицироваться,выделятьсявовнеклеточноепространство или переноситься внутрь митохондриальногоматрикса в виде эфиров карнитина, где они быстро расщепляются.Наглядным примером компартментации является синтезкарбамоилфосфата в цикле мочевины и при синтезе пиримидинов,121что обсуждалось выше (гл.
4, разд 4.3., «Синтез пиримидиновыхнуклеотидов»).Цитозоль:ГликолизПентозофосфатный путь Митохондриальный матрикс:Синтез жирных кислотЦикл трикарбоновых кислотОкислительное фосфорилированиеβ-Окисление жирных кислотОбразование кетоновых телУчаствуют оба компартмента:ГлюконеогенезСинтез мочевиныМультиферментные комплексы представляют собой примерысовершенной организации систем биохимических реакций:пируватдегидрогеназныйиα-оксоглутаратдегидрогеназныйкомплексы, полиферментный комплекс синтеза жирных кислот.Структурноеобъединениеферментов-участниковделаетвозможным координированный катализ при осуществлениимногостадийного процесса.
Компактность расположения ферментовувеличивает суммарную скорость процесса и сводит к минимумупобочные реакции. И, как правило, присутствует молекулярныйрычаг для переноса активированных промежуточных продуктов отодного активного центра к другому.5.3. Регуляция систем биохимических процессовДаже в простейшей бактериальной клетке протекает болеетысячи взаимозависимых реакций. Эта сложная система требует122строгой регуляции. Исследование широкого круга организмовпоказало, что существует много различных механизмов регуляции.Функции организма могут регулироваться посредством реакций,протекающих в клетке – метаболическая регуляция (регуляцияактивности ферментов), а также на уровне всего организма –гормональный и нервный контроль.Принципиально важная особенность метаболических путейзаключается в том, что их скорость определяется активностьюключевыхферментов,катализирующихлимитирующие(решающие) реакции процесса.
Регуляция этих ферментов,различные типы которой будут рассмотрены ниже, и ихконцентрация являются определяющими тактику координацииметаболизма.Кроме того, биосинтез и расщепление органических молекулклетки почти всегда осуществляются различными путями ипроисходят в разных компартментах клетки.Стехиометрическаярегуляциявточкахразветвленияопределяется соотношением концентраций компонентов. Так, еслиесть избыток АТР и глюкозо-6-фосфата, из последнего образуетсягликоген.
Если же АТР и углеродные скелеты молекул расходуютсяна биосинтетические реакции, глюкозо-6-фосфат вступает вреакции гликолиза. Взаимопревращение глицеральдегид-3-фосфатаи дигидроксиацетонфосфата определяется соотношением[NAD+] / NADH.Во многих биосинтетических процессах имеет местоингибирование первой реакции конечным продуктом процесса. Этарегуляция называется ингибированием по принципу обратной связи,или ретроингибированием.
Так, образовавший пальмитоил-СоАингибирует ацетил-СоА-карбоксилазу – фермент, катализирующийпервую реакцию цикла биосинтеза жирных кислот.AMP и GMP являются ретроингибиторами ферментов четырехстадий биосинтеза пуриновых нуклеотидов: 5-фосфорибозил-1пирофосфат синтетазы (AMP, GMP и IMP); α-5-фосфорибозил-1пирофосфат аминотрансферазы (AMP и GMP) (лимитирующаяреакция); аденилатсукциназы (АМР) и дегидрогеназы инозиновойкислоты (GMP). Две реакции биосинтеза пиримидиновыхнуклеотидов также ингибируются по принципу обратной связи:лимитирующая стадия, катализируемая аспартат карбамоил123трансферазой ингибируется СТР, а карбамоилфосфат синтазаингибируется другим продуктом – UMP.Многие метаболические реакции регулируются энергетическимзарядом.
Метаболические пути, ведущие к синтезу АТР,ингибируются высоким энергетическим зарядом, тогда как путииспользования АТР стимулируются высоким энергетическимзарядом.Гликолиз и глюконеогенез регулируются реципрокно. Гликолизи глюконеогенез координируются таким образом, что, когдаактивность одного из этих путей находится на относительно низкомуровне, другой путь является высокоактивным.
Фосфорилированиефруктозо-6-фосфата, стадии, лимитирующей скорость гликолиза,усиливается при низком энергетическом заряде клетки. Напротив,при высоком энергетическом заряде и избытке промежуточныхпродуктов цикла трикарбоновых кислот происходит гидролизфруктозо-1,6-бисфосфата и стимулируется глюконеогенез.Яркий пример аллостерической регуляции – это регуляцияфосфофруктокиназы, ключевого фермента гликолиза. Тетрамерныйбелок ингибируется высокими концентрациями АТР. АТРсвязывается не только в каталитическом центре фермента, но и ввысокоспецифичном регуляторном, что усиливает аллостерическийэффект.
Активность фермента возрастает при снижении отношения[ATP] / [AMP].Пируваткарбоксилаза–фермент,катализирующийлимитирующую стадию глюконеогенеза (превращение пирувата воксалоацетат), аллостерически активируется ацетил-СоА. Высокоесодержание ацетил-СоА служит сигналом необходимости большегоколичества оксалоацетата. Оксалоацетат, продукт пируваткарбоксилазнойреакции,являетсяодновременноистехиометрическим промежуточным продуктом глюконеогенеза, икаталитическим промежуточным продуктом цикла трикарбоновыхкислот. Если имеет место избыток АТР, оксалоацетат расходуется впроцессе глюконеогенеза, при недостатке АТР – оксалоацетатвключается в ЦТК, конденсируясь с ацетил-СоА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
