1625912814-86e4cf3c2f3a4758cc82c296d453744e (800503), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Систематическая номенклатура − название субстратаплюс название отщепляемой группы со словом гидролаза. Чащевсего это название субстрата плюс окончание –аза (ДНКазы,РНКазы). Часто употребляются тривиальные названия: трипсин,химотрипсин, эластаза.Четвертый класс − лиазы, ферменты, катализирующиенегидролитическое расщепление субстрата с образованием кратнойсвязи (или цикла) в одном направлении, а в другом −присоединение по кратной связи. Систематическая номенклатурасостоит из наименования субстрата, названия отщепляемой группыи слова лиаза.Пятый класс − изомеразы, ферменты, катализирующиеразличныепроцессыизомеризации.Систематическаяноменклатура − название субстрата плюс слово изомераза(рацемаза, эпимераза, или мутаза).47Основнымпереносчикомацильныхгруппподклассаацилтрансфераз (ЕС 2.3) является кофермент А (коэнзим,coenzymeА, СоА или СоАSH):NH2NOOPOOOPHCOCH2CHCOCH3OOHCHHCCHOOHPПантотеновая кислотаCH2CH2OCOOCNHOHCOCH2H3 CNNHCH2CH2SHМеркаптоэтиламин48CCCNCHNШестойкласс− лигазы (синтетазы), ферменты,катализирующие реакции присоединения, сопряженные сгидролизом пирофосфатной связи молекулы ATP (или GTP),которая является третьим субстратом.
Реакции, катализируемыесинтетазами, протекают, как правило, в две стадии (ДНК-лигазакатализирует «сшивку» брешей в ДНК в три этапа) с образованиемна первой стадии «активированных» присоединением АМР иликоферментасубстратов.Следующиестадииреакцииобеспечиваютсяэнергиейрасщепленияактивированногопромежуточного продукта (как в случае карбоксибиотин-фермента),или пирофосфата.
Гидролиз последнего называют движущей илизапускающей силой большого числа синтетических реакций,катализируемых не только синтетазами, например, синтез ДНК,катализируемыйДНК-полимеразой − нуклеотидилтрансферазой Систематическоеназвание − наименование продукта плюс слово синтетаза, илиназвания субстратов (через двоеточие) плюс слово лигаза и вскобках наименование продукта, который образуется при гидролизеATP или GTP. Например, полидезоксирибонуклеотид синтетаза илиДНК-лигаза (образующая АМР).(ЕС 6.5.1.1)Простетическая группа биотин является неотъемлемой частьюферментов, катализирующих реакции карбоксилирования, и связанс апоферментом в результате конденсации его карбоксильнойгруппысаминогруппойLys.Дляосуществлениякарбоксилирования необходима «активированная» двуокисьуглерода, которая образуется за счет присоединения СО2 поимидному атому азота биотина с участием АТР.Биотин:49OCNHHCNHOCHH2 CSCHCH2CH2CH2CCH2NH(CH2)4Биотин-EHCO3OOCCONNHHCCHH2 CSCHOCH2CH2CH2CH2CNH(CH2)4N-карбоксибиотинHCO3- + биотин-E + ATPкарбоксибиотин-Е + ADP + Pi-OOCCH COCOO2карбоксибиотин-Е + CH3COCOO-50+ биотин-E3.
БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ. ГЕНЕРИРОВАНИЕИ ХРАНЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИВысокоинтегрированная система всех химических процессов,происходящих в организме, называется метаболизмом, илиобменом веществ, который включает в себя катаболические ианаболические процессы.Основные цели катаболизма – это генерирование: 1) АТР –универсальной энергетической валюты; 2) NADPH – соединения свосстановительной способностью; и 3) строительных блоков длябиосинтетических реакций.АТР − универсальная энергетическая валюта клетки, так какона является главным непосредственно использующимся доноромсвободной энергии в биологической системе, а не формой еезапасания.АТР молекула, богатая энергией, так как его трифосфатная частьсодержит две фосфоангидридные − макроэргические связи (~), длякоторых характерна высокая энергия гидролиза.NH2NNCHHC-OPO~OP-O~O-OPCH2O-HNNOOOHHOOHHOHВажнейшие для метаболизма соединения с макроэргическимисвязями:+C-OCH2 NCH3CNH~POO-H3CC~-O-креатинфосфатOOOONH2OPOOацетилфосфат50OOCCCH2~P -OOOфосфоенолпируватНиже в таблицах приведены высокоэнергетическиесоединения и свободная энергия гидролиза некоторых изних.ХарактернаягруппаОбщаяформулаCH2R~CO~R~O~O-Енолфосфаты~PАцилфосфаты~PГуанидинийфосфатыOCNHO~SR1 COPCNHNHC~POORCCТипсоединенияORO~PПирофосфатыOPOАцилтиоэфирыR2-ΔG0´, кДж / моль- 54,05- 43,90- 42,70- 36,00- 34,30- 33,40- 32,23- 29,30CоединениеФосфоенолпируватАцетилфосфатКреатинфосфатATP → AMP + P ~ PАцетил-CoAP ~ P → Pi + PiATP → ADP + PiАргининфосфат-Обозначения: Р – РО32-; Р~Р, РРi – HP2O73-; Рi – HPO42Катаболизм питательных веществ − белков, жиров и углеводов,протекает в клетке в три стадии с образованием АТР.51Далее приведена общая схема катаболизма.ПИЩАСтадия 1:ПОЛИСАХАРИДЫАминокислотыПростые сахара,глюкозагликолизБЕЛКИСтадия 2:Расщеплениепростыхмолекул доацетил-CoAс образованием ограниченногоколичестваATP и NADHЖирные кислотыи глицеролATPАцетил-CoAЦикллимоннойкислотыСтадия 3:Восстановительныйпотенциал в виде NADHO2NH3ATPпри полномокисленииацетил-CoAдо H2O и CO2образуетсябольшоеколичествоNADH, чтообеспечиваетсинтезбольшогоколичестваATP в цепипереносаэлектроновЖИРЫПируваттранспорт ēрасщеплениебольшихмакромолекулна простыемолекулыH2OОтходы метаболизма52CO23.1.
Окисление углеводовГликолиз − эволюционно наиболее старая и универсальная длябиологических систем последовательность ферментативныхреакций, в которых глюкоза подвергается катаболическимпревращениям в пируват с одновременным образованием АТР.Гликолиз протекает в цитозоле в три этапа: I состоит из1–5 реакций, II ─ из 6–7 и III ─ из 8–10 реакций.Гликолиз – процесс, выполняющий две биологических функции:генерирование АТР в результате расщепления глюкозы иобеспечение строительными блоками процессов анаболизма.Учитывая, что в процессе глюконеогенеза (будет рассмотренпозднее) идет обратный (но не обратимый!) синтез глюкозы изпирувата, необходим механизм регулирования (или переключения)двухэтихпроцессов.Основнуюрольврегуляциипоследовательности реакций играют ферменты, катализирующиепрактически необратимые стадии этого процесса.
Реакции,катализируемые гексокиназой (1), фосфофруктокиназой (3) ипируваткиназой (10), необратимы и являются регуляторнымиучастками гликолиза. Лимитирующая и наиболее важная врегуляцииреакция–этостадия,катализируемаяфосфофруктокиназой. Все три фермента активируются при низкомзначении соотношения [ATP] / [AMP] ([ADP]) и низкойконцентрации цитрата, т. е. гликолиз стимулируется принезначительном энергетическом заряде клетки и отсутствиистроительных блоков для биосинтеза углеродсодержащих молекул.Суммарное уравнение гликолиза:С6Н12О6 + 2NAD+ + 2ADP + 2Pі → 2СН3СОСОО- + 2NADH +2ATP + 2H+ + 2H2O.Судьба пирувата, в отличие от превращения глюкозы в цепигликолиза, в процессах генерирования энергии различна.
Пируватможет превращаться в этанол, лактат или ацетил-кофермент А.53Регенерирование NAD+ в анаэробных условиях – примолочнокислом и спиртовом брожениях, обеспечивает непрерывноетечение гликолиза.Ниже представлены реакции гликолиза и пути превращенияпирувата.OCHHOH HHHCCCCCCH2OHHOHOH OH HOH HглюкозаHOATPгексокиназаOCHADPHOH HHHCCCCCOPO-глюкозо-6-фосфатглюкозофосфатизомеразаHHOCCHOHOOH HHHCCCCHOH OH HOOPOHP-OOO-ADPHHHCCCCCC-OP-OOCHCOCHOHOH OH HOOHOHOHHOHOHPOP-OHCH2 O H2CHHOHOHH4OCOH5CH2OHHO-триозофосфатизомеразадигидроксиацетон-фосфатHHфруктозо-1,6-дифосфатHHH3OH HальдолазаOHOHP CH2 O-ATPфосфофруктокиназаOOH2фруктозо-6-фосфатOHOHO-OH OH HOH HHOHH2CH2OPO3-1OOHOHHHHCCOH HOOPO-Oглицеральдегид-3-фосфат54OHPглицеральдегид-3-фосфатглицеральдегид3-фосфатдегидрогеназаOOP-OONAD+ + P .INADH + H+OHHCCCOOO-OH HADP7ATPOCOO-P1,3-дифосфоглицератфосфоглицерат киназа-6HHCCOOO-PO-OH H3-фосфоглицератфосфоглицеромутаза8OC-OHHCCOHP H2-фосфоглицератенолазаH2OO-CO9HC2HOPO3CфосфоенолпируватADPпируват киназаATPHO-OCCCOHпируват55H10Пируват132ЛактатЭтанолАцетил-СоA1.
Молочнокислое брожение:OOCC+ONADH++OOлактатдегидрогеназаCHHOCH++NADCH3CH3лактатпируват2. Спиртовое брожение:OOпируватдекарбоксилазаCCалкогольдегидрогеназаHCOCH3+CO2HпируватHHOCH3+ацетальдегидCCH3+H + NADHNADOHэтанол3. Образование ацетил-кофермента А (ацетил-CoA):пируватдегидрогеназныйкомплексOOCCO+CoA+NAD +CoACO+CH3CH3пируватCO256ацетил-СоАNADH+H+Пируватдегидрогеназный комплекс. В аэробных условияхокислительное декарбоксилирование пирувата с образованиемацетил СоА (Ас-СоА) – ключевого промежуточного продуктаметаболизма, катализируется пируватдегидрогеназным комплексом– высоко организованной системой трех ферментов.Суммарное уравнение образования ацетил СоА достаточнопростое:СН3СОСОО- + СоА + NAD+ → Ас-СоА + CО2 + NADH + Н+,однако механизм этого процесса намного сложнее: он состоит изчетырех реакций (см.
на с. 58). Кроме указанных стехиометрическихкоферментов – СоА и NAD+, в превращении, протекающем в 4четыре стадии, участвуют каталитические кофакторы икоферменты: тиаминпирофосфат (ТРР), липоамид и FAD, атакже три фермента, указанных в табл. 6.Отщепляемый протонNH2NH3CCCNАктивный атом углеродаH+ CSCH2 NCCCHOCH2 CH2 OCPOCH3Тиаминпирофосфат (ТPP)NHH2CH2CSCOCH(CH2)4CONH(CH2)4CHSNHCOлипоеваяя кислотализин57OOPOOРеакции, протекающие в пируватдегидрогеназном комплексе:OO+COCN_+CCCE1CH3+_CHOSCH3+HR'R+NCHOSПируватE1CH3CCH3O RORCC2CSCCH3CCH3COR'R'Гидроксиэтил-ТPP(ионизированная форма)ПромежуточныйпродуктКарбанион ТРРCNCH3R+N_HOCCCH3+CSCH3CRSSCH2CCCH2E2H+N_RCHSCH3+CSR'SCCH2CCH2SCCH2CH2OHRE2+HSCoASHCH2CCH2HRДигидролипоамидHSSHCH2CCH2CH3H+RДигидролипоамидАцетиллипоамидHSRАцетиллипоамидКарбанион ТРРCH3HSHR'ЛипоамидГидроксиэтил-ТPP(ионизированная форма)CO++NADE3SSCH2CCH2Липоамид58HRCOSCoAАцетил-СоА++NADH + HORCOCOOTPPRФермент А(Е1)C~SCoALORФермент В(Е2)LOHCORCH2LTPPFADHSHSHC~SCoASHSHSSФермент С(Е3)NAD+FADNADHТаблица 6Ферменты и коферменты пируватдегидрогеназного комплексаФерментСокращениеЧислоКофермент,Катализируемаяцепейпростетичесреакцияв молекуле кая группаПируватдегидрогеназный А или Е1компонент24ТРРДигидролипоилВ или Е2трансацетилаза12Липоамид,CoAДигидролипоилС или Е3дегидрогеназа12FAD, NAD+Декарбоксилирование пируватаОкислениеС2-фрагмента иперенос на СоАРегенерированиеокисленнойформылипоамидаМультиферментный (пируватдегидрогеназный) комплекс делаетвозможным координированный катализ при протекании сложнойреакции.
Все промежуточные продукты реакции (окислительногодекарбоксилирования) прочно связываются с комплексом. Теснаякомпоновка ферментов увеличивает суммарную скорость процессаи сводит к минимуму побочные реакции. Рычаг липоамида, с учетомрадикала Lys, длиной 14 Ả позволяет перенос превращаемой группыот ТРР пируватдегидрогеназы к SH-группе СоА.59Таким образом, суммарный энергетический баланс превращенияглюкозы в Ас-СоА в аэробных словиях:С6Н12О6 + 4NAD+ + 2ADP + 2Pi + 2CoA-SH → 2CH3CO-S-CoA +4NADH + 2ATP + 2CO2 + 4H+ + 2H2O,где Pi – НРО42-.Образование Ас-СоА протекает в митохондриальном матриксе ислужит связующим звеном между гликолизом и цикломтрикарбоновых кислот – следующей стадией катаболизма пищевыхвеществ.3.2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
