Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

ой частью дигидролипоилтрансацетил-азы lta. [Любезно предоставлен д-ром Ридом.]

26*

404

III. МЕТАБОЛИЗМ

липоилтрансацетилазой (одна цепь, мол. масса 52 000). Подвергающаяся при этом восстановлению дигндролипоилтрансацетилаза затем окисляется при взаимодействии с внутренним дисульфидом дигидролипоилдегидрогеназы (мол. масса 110 000). Дисульфгид-рильная группа этого фермента восстанавливает соседнюю, связанную с белком молекулу FAD, которая в свою очередь вновь окисляется под действием NAD+. Комплекс состоит нз 30 молекул тет-рамера, 60 молекул трансацетилазы и 10 молекул флавопротеида. На рис. 12.2 представлена схема, иллюстрирующая роль длинной гидрофобной цепи (1,4 нм) липоиллизина в работе комплекса.

12.2.2. Реакции цикла лимонной кислоты

12.2.2.1. Образование цитрата

Образование цитрата катализируется цитрат-синтазой. Равновесие этой реакции, как это показано, сдвинуто далеко вправо (К= = 2,2-106, AG°=—9000 кал). Фермент млекопитающих (мол. масса ~ 105) состоит из двух идентичных субъедиииц. Km для обоих субстратов составляет ~5 мкмоль/л. Механизм реакции, очевидно, должен включать активацию метильной, а не карбоксильной группы ацетил-СоА, для того чтобы последний мог вступать в реакцию конденсации альдольного типа. Предполагается, что цитроил-СоА играет роль промежуточного продукта. Непосредственных подтверждений этому не получено, однако известно, что синтетический щитроил-СоА гидролнзуется ферментом с Vmax, превышающей таковую суммарной реакции. Цитроил-СоА, очевидно, образуется и гидролнзуется в субстратсвязывающнх центрах фермента с освобождением цитрата и СоА в качестве единственных продуктов реакции. Был приготовлен синтетический ацетил-СоА, метильная труппа которого содержала по одному ?, 2H(D), 3Н(Т), которые были определенным образом ориентированны друг к другу (хираль-ность или зеркальность). Когда цнтрат-синтазная реакция прово-

° н---ь (*0

С + D---С—С—S—СоА

Н02сх хсн2—соон ?

HOv ^CHjjCOOH

/СЧ /СООН + СоА НООС JC

? D

Рис. 12.3. Стереоспецифичность синтеза цитрата.

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. 1

405

дится с таким ацетил-СоА, наблюдается инверсия относительно метального углерода (рис. 12.3). На рисунке показаны пространственные положения каждой из замещающих групп относительно исходных карбонильного и метального углеродных атомов.

12.2.2.2. Лимонная, ч^с-аконитовая и изолимонная кислоты

Процесс обратимых взаимопревращений этих трех кислот, включающий реакции дегидратации и гидратации, катализируется одним ферментом — аконитазой. Аконитаза из сердца свиньи (мол. масса 89 000) состоит из двух субъединиц, каждая из которых содержит атом трехвалентного железа. Для того чтобы фермент был максимально активен, его сульфгидрильные группы должны поддерживаться в восстановленном состоянии, для чего требуется дополнительно Fez+.

Фермент катализирует присоединение воды в гракс-положение к двойной связи ^ис-аконитата. Как показано на рис. 12.4, образование изоцитрата или цитрата определяется в каждом случае совместным действием имидазольных групп двух гистидиновых остатков. Б состоянии равновесия относительное содержание компонентов реакции составляет для цитрата 90%, для ^«с-аконитата 4% и для изоцитрата 6%. Окисление изоцитрата в последующей реакции сдвигает процесс в сторону цикла лимонной кислоты.

Рис. 12.4. Механизм действия аконитазы. Две имидазольные группы сообща катализируют гранс-присоединение элементов воды к двойной связи цис-аконитата. Показанный здесь продукт представляет собой цитрат. Присоединение воды со стороны другой имидазольной группы приводит к образованию изоцитрата.

406

III. МЕТАБОЛИЗМ

Дыхание ингибируется фторуксусной кислотой, в результате чего накапливается лимонная кислота. Фторуксусная кислота превращается во фтораце-тил-СоА, который затем конденсируется с оксалоацетатом с образованием фтор-цитрата. Фторцитрат ингибирует аконитазу и таким образом препятствует утилизации цитрата. Только один из четырех возможных изомеров фторцитрата — ингибитор аконитазы. В одном нз южноафриканских растений (gifblaar) отравляющее действие объясняется содержащимся в нем фторацетатом.

12.2.2.3. Образование ?-кетоглутаровой кислоты

Изолимонная кислота окисляется путем переноса электронов к пиридиннуклеотиду. Животные ткани содержат две изоцитратдегидрогеназы, специфичные соответственно к NADP+ и NAD+. NAD-зависимый фермент (мол. масса 330 000), состоящий из восьми идентичных субъединиц, присутствует только в митохондриях. Хотя потребность в двухвалентном катионе лучше всего удовлетворяется за счет Мп2+, хорошо действует и Mg2+ в физиологических концентрациях. Каждая молекула фермента имеет четыре центра связывания, каждый — для изоцитрата и NAD. Фермент заметно активируется ADP, который снижает /^3°вдтрат более чем на 90%- Цитрат — также активатор, хотя и менее эффективный, а NADH представляет собой аллостерический ингибитор. NADP-за-висимый фермент, который специфически активируется Мп2+, присутствует как в цитозоле, так и в митохондриях. Его метаболическое значение состоит не в участии в цикле лимонной кислоты, а в том, чтобы поставлять восстановительные эквиваленты для процессов, идущих в цитоплазме. Механизм действия NADP-зависи-мой изоцитратдегидрогеназы включает промежуточное образование связанного с ферментом оксалосукцината.

Н,С—СООН НС—СООН + NADP+ НОС—СООН ?

изолимонная кислота

: NADPH + + №

Н,С—СООН I

НС—СООН о=с—СООН

ща ве лево янтарная кислота

Н,С—СООН

НСН +СОг о=с—СООН

еС-кетоглцтаровая кислота

NADP-зависпмые изоцитратдегидрогеназы типичны для группы дегидрогеназ ?-окснкислот. Ни в одном случае ?-кетокислота, образовавшаяся в результате начального дегидрирования, не отделяется от фермента. Вторая стадия, декарбоксилирование, наступает сразу же, но протекает медленно и является лимитирующей скорость стадией в отсутствие Мп2+. Однако, если свободная ?-кетокислота (в данном случае оксалосукцинат) добавляется к фермен-

¦12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

407

ту, декарбоксилирование протекает легко, когда присутствует Мп2+. Декарбоксилирование происходит с образованием нестойкого связанного с ферментом хелата Мп2+ и ?-кетокислоты. При действии малик-фермента (разд. 14.5.1) и 6-фосфоглюконатдегидрогеназы образуются сходные промежуточные продукты (разд. 14.8). Равновесие благоприятствует образованию ?-кетоглутарата: в физиологических условиях AG°^—5000 кал/моль. Хотя не имеется прямых доказательств участия оксалосукцината как промежуточного продукта в процессе, катализируемом NAD-зависимым ферментом, .можно допустить, что он находится в связанной с ферментом •форме.

?-Кетоглутарат представляет собой еще один «перекресток» путей метаболизма углеводов, липидов и некоторых аминокислот. Процессы переаминирования или окисления глутаминовой кислоты— важный источник ?-кетоглутарата в метаболизме млекопитающих (гл. 21). Более того, все те аминокислоты, которые в процессе своего метаболизма могут превращаться в глутаминовую кислоту,— также потенциальные предшественники ?-кетоглутарата. К ним относятся орнитин, пролин, глутамин и гистидин (гл. 23?. Напротив, глутаминовая кислота и ее производные образуются из «?-глутарата, продуцируемого циклом лимонной кислоты.

12.2.2.4. Превращение ?-кетоглутаровой кислоты в янтарную кислоту

Окисление ?-кетоглутарата происходит аналогично окислению пирувата (разд. 12.2.1). Процесс с AG°=—8000 кал/моль катализируется мультиферментным комплексом (масса частицы ~2,5·106). Комплекс состоит из 24 цепей транссукцинилазы (мол. масса 42 000), организованных в виде ансамбля, имеющего октаэдрическую симметрию, к которому прикреплены 12 молекул а-кетоглутаратдегидрогеназы (мол. масса 95 000) и 12 цепей дигид-ролипоилдегидрогеназы (мол. масса 56 000). Дигидролипоилдегид-рогеназа идентична ферменту, присутствующему в пируватдегидро-геназном комплексе:

СООН

соон

СН,

СН,

-+- HS—СоА + NAD+

+ NADH + Н+ + СОг

с=о

с=о

СООН

й-кетоглугпа-ровая кислота

S—СоА

сукцмнил-СоА

408

III. МЕТАБОЛИЗМ

В начальной стадии ?-кетоглутарат реагирует с тиаминпиро-фосфатом с образованием а-окси-у-карбоксипропилтиаминпирофос-фата

?

нос-сн,-сн2-соон

??,

I " с_s

N >C-CH2-N I

хс=с-сн,-сн.,-о-р-о-р-о- + со2

N сн3 ° ?

й-окси-у-кврво^сипропитпиаминпирофосфап!

Четырехуглеродная цепь затем переносится к связанной с ферментным белком липоевой кислоте с образованием сукциниллипоил-фермента. Сукцинильная группа в свою очередь переносится к ко-ферменту А, а дигидролипоамид вновь окисляется под действием NAD+ так же, как в процессе окисления пирувата. Сам сукцинил-СоА является мощным конкурентным ингибитором процесса.

Сукцинил-СоА может вступать в реакцию конденсации с глицином и тем самым вводиться в систему синтеза порфирина (гл. 22). Однако, в связи с тем что для осуществления следующей стадии работающего цикла лимонной кислоты требуется свободный сукцинат, из сукцинил-СоА в катализируемой сукцинат-тиокиназой реакции удаляется СоА, причем энергия макроэргической связи сохраняется:

сукцинил-СоА + GDP + Рг ->- с> кцинат -J- GTP + СоА

GDP и GTP — гуанозинди- и гуанизинтрифосфаты соответственно. Один белок (мол. масса 140 000) катализирует следующие носле-довательные стадии процесса:

? + сукцинил-СоА -f- Pt ^ >. ?—сукцинил~Р -f- СоА ?—сукцинил~Р ч > Е/~Р -f- сукцинат Е~Р + GDP ?*=? ? + GTP

Нуклеозид-дифосфат—киназа, свободно связанная с внутренней митохондриальной мембраной, катализирует перенос фосфата от GTP к ADP. В этом процессе, как и в процессе, катализируемом сукцинат-тиокиназой, N-3 имидазольной группы гистидинового остатка фермента принимает и переносит фосфатную группу:

GTP + ADP 5=fc GDP + АТР

GTP может непосредственно использоваться в различных метаболических процессах, например в активации жирных кислот (гл. 17) и синтезе белка (гл. 26).

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. 1

409

12.2.2.5. Дегидрирование сукцината

Окисление сукцината до фумарата, катализируемое сукцинат-дегидрогеназой,— единственная реакция дегидрирования в цикле лимонной кислоты, в которой не у

страница 79
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 1" (7.28Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(12.11.2019)