нон-сн,ороГ+нроГ =

о

=^ Е—SH + 2"03РО-С-СНОН-СН,ОР03"

о

7. Перенос фосфата с 1,3-дпфосфоглицерата на АДФ с образованием молекулы АТФ, катализируемый фосфоглпцерат кппазоп (название дано п соответствии с обратной реакцией):

г"03РО-С-СНОН-СН2ОРОз" + PP-Ado з=ж ^ щ

I

0 = "ООС-СНОН-СН.

0Р07 + PPP-Ado

8. Изомеризация З-фосфоглпцората в 2-фосфоглнцсрат, катализируемая фос-фоглицерат мутазоп:

-00C-CHOH-CH2OPO3_ = -ООС-СН-СН2ОН (Ш.20)

I 9_

0Р02,

9. Дегидратация 2-фосфоглпцерата, катализируемая еиолазой и приводящая к образованию сильного макроэрга — фосфоеполппрувата:

-ООС-СН-СН2ОН -ООС-С=СН2 + Н20 (Ш.21)

???2" ОРО2"

10. Перенос фосфата от фосфоеполппрувата па АДФ с образованием еще одной молекулы АТФ, катализируемый пируват тназой (название дано в соответ-

-OOC-C=CH2+ PP-Ado = "OOC-C—CH3 + PPP-Ado (Ш.22)

АроГ о

В табл. 8.3 даны термодинамические характеристики всех перечисленных стадий гликолиза. В виде схемы процесс представлен на рис. 99.

Прежде чем просуммировать эти уравнения, следует обратить внимание на то обстоятельство, что на первых стадиях гликолиза расходуется две макроэргичес-кие связи в молекулах АТФ для превращения глюкозы в глюкозо-б-фосфат и фруктозо-б-фосфата во фруктозо-1,б-днфосфат. На последующих стадиях в расчете на одну исходную молекулу глюкозы две молекулы АДФ фосфорилируются в реакции (VIII.19) и две в реакции (VIII. 18). Таким образом, итогом является превращение двух молекул АДФ и двух молекул ортофосфата в две молекулы АТФ. С учетом этого суммарное уравнение следует записать в виде

с6н12о6

+ 2NAD++ 2PP-Ado + 2НРО4"

(Ш.23)

—- 2СН3СОСОСГ + 2NA0-H + 2Н+ + 2PPP-Ado( + 2Н20 )

Если вести отсчет от глюкозо-б-фосфата, то уравнение примет вид

CLC-6P + 2NA0+ + ЗРР-Ado +2нро4" —-

. (Ш.2Ч) —- 2СН3С0С00 + 2NAD-H + 2Н + ЗРРР-Ado ( + 2Н20)

Дальнейшие события развиваются в одном из трех направлений. В аэробных условиях происходит окислительное декарбоксилирование пирувата в соответствии со схемой, описанной в § 4.1 для окислительного декарбоксилирования а-кетокислот. В данном случае оно протекает в комплексе из трех ферментов, называемом пируватдегидрогеназным комплексом. Итогом этого процесса является

Таблица 8.3. Термодинамические характеристики стадий гликолиза

?» п/п Реакция ?(?° ',кДж/моль

1 Глюкоза + АТФ —¦ Глюкозо-6-фосфат + АДФ + II* -10.74 1

2 Глюкозо-6-фосфат Фруктозо-6-фосфат + 1,67 1

3 Фруктозо-6-фосфат + АТФ —* Фруктозо-1,6-дифосфат + -14,23 1

+ АДФ +11*

4 Фруктозо-1,6-дпфосфат —¦ Глицеральдегпд-З-фосфат + +23,85 Щ

+ Диоксиацетонфосфат ^ щ

5 Диоксиацетонфосф.чт Глицеральдегид-З-фосфат + 7,53 1

? Глицеральдегид-З-фосфат + NAO*!'],^^ 1,3-Дифосфоглице- + 6,28 1

рат + NADJC + II*

7 1,3-Дифосфоглицерат + АДФ З-Фосфоглицерат + АТФ -18,83 ?

8 З-Фосфоглицерат 2-Фосфоглицерат +4,6 1

9 2-Фосфоглицерат Фосфоенолпируват + HjU + 1,67 1

10 Фосфоенолпируват + АДФ + II* —¦ Пируват + АТФ -31,38

348

сн,он-снон-снон-снон-снон-с^ /ji^—PPP-Ado

PP-Ado

«OjPOCHj-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-C^

ц

" II

»-о,росн,-снон-снон-снон-о-сн,он

l^—PPP-Ado |v>*-PP-Ado

о

II

>-OiPOCh,-choh-choh-choh-c-ch,opo;"

¦а_

(»2)

ЦПЭ J

I-NAD ? ч»-'

(»2)

»-o,poch, -choh-c^

сн,он-с-сн2оро;"

о

II

>0,POCH,-CHOH-C-OPOj' («2) «.-PP-Ado («2 )

(7

-PPP-Ado(x2) 'OjPOCH,-CHOH-COO"

CHjOH-CH-COO'lU) OPOj

1

CH,=C-COO" («2j

???;

(»1

PP-Ado (* 2)

PPP-Ado (к 2)

снгс-С0СГ («2)

A

Рис. 99. Схема гликолиза (превращение глюкозы н две молекулы пирувата) Номера соответствуют стадиям, приведенным б тексте, ЦПЭ - цепь переноса :1пектронов. Зиг^°м обозначена вся сумма многочисленных превращений, использующих мякроэргическую связь АТФ: (*2) - отмечены молекулы, представленные дважды в расчете на одну молекулу глюкозы

декарбоксилирование пирувата и связывание ацетильного остатка с коферментом А:

CoA-SH + СН3ССОО + NAO+ — СоА—SCOCH3 + С02 + NAD-H (ш.25)

Отдельные стадии этого процесса описаны в § 4.1 и 4.2.

В анаэробных условиях для развития процесса необходима регенерация NAD*. Это происходит двумя путями. Один из них — восстановление накапливающимся NAD-? самого пирувата с помощью фермента лактат дегиорогенаэы, катализирующей реакцию

СН3ССОО~ + ??0? ^ СН3СНОНСОО- + NA0+ (Ш.76)

Второй путь — декарбоксилирование пирувата с образованием С02 и ацетальдегида и восстановление последнего до этанола, катализируемые соответственно пиру-ватдекарбоксилазой и алкогольдегидрогеназой:

снзссоо- ^сн3сно+ со, (Ш27)

CH3CHO + NAD-? + Н+ =: CH3CH2OH + NA0+ (Ш.28)

Эти процессы называют соответственно молочнокислым и спиртовым брожением. Оба они широко используются в пи щепой промышленности. Молочнокислое брожение осуществляется различными молочнокислыми бактериями, спиртовое брожение — дрожжами.

Молочнокислое и спиртовое брожение — основные источники обеспечения энергией указанных микроорганизмов в анаэробных условиях. Из приведенной схемы следует, что на каждую молекулу глюкозы, превращенную в две молекулы молочной кислоты или этанола, фосфор ил ируется две молекулы АТФ. Таким образом, биоэнергетическим итогом анаэробного гликолиза является образование двух макроэргических связей на одну деградированную молекулу глюкозы.

В аэробных условиях, когда регенерация NAD* происходит в результате окисления NAD-? кислородом в цепи переноса электронов, к этому скромному итогу сразу добавляется еще шесть молекул АТФ, образующихся в результате окислительного фосфорилирования двух молекул NAD - ?. Столько же молекул АТФ образуется в результате появления еще двух молекул NAD-II при функционировании пируватдегидрогеназного комплекса. С учетом сопутствующего фосфорилирования АДФ стехиометрнческие уравнения для трех вариантов гликолиза можно записать в виде

С6Н1206 + 2PP-Ado + 2HPqT—2СН3СНОНСООН + 2PPP-Ado (Ш.29)

молочнокислое брожение

С6Н1206 + 2 PP-Ado + 2НРО4"— 2CH3CH2OH + 2С02+ 2PPP-Ado (Ш.ЗО)

епирто»ое брожение

С6Н1206 + 4,NAD+ + 2CoA-SH + 2НР0,4_+ 2PP-Ado _>

—— 2CoA-SC0CH3+ 2С0г + ?NAD*H + 2PPP-Ado

аэробный гликолиз

Из последнего уравнения следует, что с учетом АТФ, образующегося при окислении NAD - II в цепи переноса электронов, превращение молекулы глюкозы в два ацетильных фрагмента, связанных с коферментом А, обеспечивает образование 14 молекул АТФ.

Если гликолиз' начинается пе с глюкозы, а с гликогена или крахмала, то первой стадией процесса является фосфоролиз полисахарида с образованием глюкозо-1-фосфата (см. § 4.2), за которым следует изомеризация, приводящая к образованию глюкозо-б-фосфата (см. § 4.5)" После этого включается вся последующая цепочка превращений. При этом па введение втексозу первого остатка фосфорной кислоты АТФ пе расходуется. Следовательно в этом случае биоэнергетический итог анаэробного процесса составит три молекулы АТФ, а аэробного — 15.

8.3. ОКИСЛЕНИЕ ЖИРНЫХ КИСЛОТ

Наряду с окислением углеводов важным биоэнергетическим процессом является окисление жщушх кислот. Остатки жирных кислот длиной до 18 углеродных атомов входят в состав жиров, которые являются важным энергетическим резервом живых организмов, и в состав важнейших фосфолпппдов, из которых построены многочисленные мембраны. Жирные кислоты образуются при гидролизе сложноэфирных связей этих соединений внутриклеточными липазами и фосфолипазамн или аналогичными ферментами в пищеварительном тракте высших организмов. У эукариот окисление жирных кислот происходит преимущественно в митохопдрпальпом матрпкее.

Все стадии окислительной деструкции жирных кислот протекают с ацпльпыми остатками, связанными тиоэфпрной связью с коферментом А. Этим процессам предшествует образование ацплкофермепта А из жирной кислоты и кофермепта А, происходящее сопряженно с 'расщепленном, АТФ до АМФ и неорганического пирофосфата, и катализуруемое ацпл-СоА епптетазоп (тпокппазоп жирных кислот):

CoA-SH + СН3(СН2-СН2)хСОО" + PPP-Ado =s

(Ш.32)

=s CoA-SCO (CH2-CH2)„ CH3+ PPt + P-Ado

Из цитоплазмы в мнтохондрпаньпый матрикс жирные кислоты и ацилкофермент А непосредственно не проникают и предварительно превращаются в соответствующие ацильные производные (119) кариишина (118) по реакции, катализируемой карнитин: ацил-СоА-пцГансферазой (для длинных цепей):

CoA-SCO (СН2-СН2)Х СН3+ (CH3)3N-CH2CHCH2 С00~ =:

ОН

? (ПЛ. 33)

==s CoA-SH + (CH3)3N-CH2CHCH2COO"

ОСО(СН?-СН2)хСН3

119

С помощью такого же фермента в матрпкее после пересечения ацилкарпитииом внутренней митохондриальноп мембраны происходит обратный перепое ациль-

ного остатка на кофермент А и начинается цепочка превращений, приводящая к ступенчатой деградации углеводородной цепи. Каждый цикл такой деградации приводит к укорочению цепи на два углеродных атома и состоит из следующих стадий:

1. Дегидрирование ?,?-метилеиовых групп с помощью фермента ацил-СоА дегидрогеназы. Фермент представляет собой флавопротеид, который, получив электроны (атомы Н) от ацильного остатка, передает их с помощью промежуточного переносчика, также флавопротеида (см. § 8.5), на кофермент Q, т.е. в цепь переноса электронов. Поэтому суммарное уравнение реакции, катализируемой ацилкофермент А дегидрогсназой, имеет вид

CoA-SCO-CH2-CH2-(CH2-CH2)x_,CH3 + CoQ. — ^

—- CoA-SCO-CH=CH-(CH2-CH2)x.,CH3 + CoQH2

В митохондриях имеется всего три ацилкофермент А дегидрогеназы, специфичные к ацильным остаткам разной длины — коротким (4—G атомов С), средним (8—12 атомов С) и длинным (8—18 атомов С). Поскольку с кофермента Q электроны переносятся на кислород через комплексы III и IV, то биоэнергетическим итогом одного акта дегидрирования а,/?-метиленовых групп является фосфорилирование двух молекул АДФ с образованием двух молекул АТФ.

2. Гидратация двойной связи, образовавшейся на -предыдущей стадии, которая катализируется еноил-СоА гидратазой:

CoA-SCO-CH=CH-(CH2-CH2)x , СН3 + Н20 =

(Ш.35)

=: CoA-SCOCH2-CHOH-(CH2-CH2)x.,CH3-

3. Окисление гвдроксигрутты до кетогруппы с помощью NAD+, катализируемое З-гидроксиацил-СоА детдрогеназой:

С