Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ия кислорода; при этом около одной пятой окисляется до С02, в то время остальная часть превращается в гликоген. Условия для обращения гликолиза, а именно для синтеза одной молекулы глюкозы из двух молекул молочной кислоты:

2Н+ +¦ 2 лактат -*¦ глюкоза

могут быть легко охарактеризованы. Поскольку для всего процесса при стандартных условиях AGc=+48 000 кал/моль и поскольку для того, чтобы процесс осуществлялся в действительности, должно затрачиваться еще большее количество энергии, превышающее 48 000 кал/моль, с тем, чтобы процесс в целом проходил с потерей свободной энергии, простое обращение прямых реакций гликолиза, описанное выше, не могло бы быть достаточным. Какие-то альтернативные пути должны, следовательно, функционировать, обеспечивая поступление необходимой энергии. Напомним, что пиру ват киназа катализирует свою реакцию в обратном на-

588

III. МЕТАБОЛИЗМ

правлении настолько медленно, что как по кинетическим, так и по термодинамическим соображениям после образования пирувата путем обращения лактатдегидрогеназной реакции требуется иной путь для того, чтобы из пирувата мог образоваться фосфоенолпируват. При рассмотрении последовательности реакций, ведущей к фосфоенолпирувату в гликолизе (рис. 14.2, последовательные реакции 11, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 3, 2), становится очевидным, что, как только этот продукт возник, положения равновесий дальнейших альдолазной, фруктозо-1,6-дифосфатазной и глкжозо-6-фосфатаз-ной реакций могут обеспечить «продвижение» фосфоенолпирувата по обратной реакции к глюкозе, если с двух фосфатаз снимаются контролн.

Реакции, приводящие к синтезу фосфоенолпирувата, катализируются пируваткарбоксилазой и пируваткарбоксикиназой и последовательно изображаются с помощью уравнений

пируват + С02 -f- АТР -*¦ оксалоацетат + ADP + Pj (1)

оксалоацетат + GTP -*¦ фосфоенолпируват + GDP + СОа (2)

пируват + АТР + GTP -*¦ фосфоенолпируват + ADP + GDP 4- Рг (3)

Поскольку превращение лактата в глюкозу происходит только в аэробном органе, где поступление 02 не является лимитирующим фактором, снабжение процесса АТР и GTP обеспечено.

Имеется, однако, некоторое усложняющее обстоятельство, связанное с характером проницаемости митохондрий. Щавелевоуксус-ная кислота, которая образуется в митохондрии, не может, как таковая, легко покинуть ее, что необходимо для взаимодействия с находящейся в цитозоле пируваткарбоксикиназой. Эта проблема еще не получила окончательного решения, хотя легко может быть предложено несколько способов. Так, представляется весьма вероятным, что образовавшийся в митохондрии оксалоацетат входит в цитозоль в виде смеси малата и аспартата. На рис. 14.7 показаны маневры, при помощи которых клетка преодолевает затруднения, связанные с тем, что пируваткарбоксилаза находится в митохондриях, а не в цитозоле. Изображенный механизм окисления цито-плазматического NADH в митохондриях и есть тот самый челночный механизм, с помощью которого, как предполагают, происходит передача восстановительных эквивалентов от NADH, образовавшегося при окислении глицеральдегид-3-фосфата в цитоплазме (разд. 14.2.2), к митохондриальной электронпередающей цепи в обычных аэробных условиях. Несколько иной цикл, включающий перенос аминогрупп (гл. 21) требуется, если аспартат, а не малат, служит той четырехуглеродной дикарбоновой кислотой, которая выходит из митохондрий.

Причина такого пространственного разделения участвующих в глюкогенезе ферментов, которое наблюдается у ряда видов, остает-

г

цитозоль

+

GTP GDP

+ © '+ © ---оксалоацетат-«-фосфоенолпируват -»¦ 2-фоссроглицерат

З-фосфоглицератн

©Jnadp

1,3- Эифосфоглицерат

оксалоацетат >v V^NADH

малап!

-NAD+

пере-носчикг

im -? х- NADH "Ч s~-n\ фат *^^*-NAD4 ^ V л

пере-

1 red

глицеральЭегиЗ-З-фося

"пирцпягп 1

мембрана

малат ч< ^»"NAD+ NADH

оксвлоацетат

i

?

___ пере-

>. f носчик rea

x ® А

NADH /V п?ре- _

ммтохонЭрист

©

¦ оксалоацетат-*- пируват

+ 4-ADP СОг

+ + Pi АТР

Рис. 14.7. Синтез глицеральдегид-3-фосфата из лактата в процессе глюконеогенеза. Числа в кружочках указывают фермент-участник в соответствии с рис. 14.2; дополнительные ферменты: 14—пируваткарбоксилаза, 15—малатдегндрогеназа (митохондрии), 16—малатдегндрогеназа (цитозоль), 17 — ппрувяткарбоксикиназа.Входящие продукты представлены лактатом, 2 АТР, СТР; на этой стадии образуются глицеральдегид-З-фосфат, 2 ADP, GDP и Ри Переносчик (не названный) представляет окислительно-восстановительную пару, оба компонента которой способны пересекать митохондриальную мембрану (в отличие от пары малат/оксалоацетат) и для которых имеются соответствующие дегндрогеназы на обеих сторонах. Мптохондрпальная переносящая дегидрогеназа показана как NAD-зависимая, но это не обязательно и даже до известной степени маловероятно. В качестве переносчика-восстановителя могли бы выступать ?-окспбутпрат и глнцерол-3-фосфат. Как показано, окисление лактата протекает сопряженно с восстановлением 1,3-дифосфоглицерата, причем та же пара оперирует н при прямом направлении гликолиза.

590

III. МЕТАБОЛИЗМ

ся неясной. Известны виды животных, у которых отмечается значительный уровень активности пнруваткарбокснкпиазы в митохондриях; у таких животных, как, например, у кролика, пируват превращается в фосфоенолпируват в митохондриях и оттуда поступает в цитозоль.

Очевидно, что образование глюкозы из лактата не представляет собой простого обращения гликолиза. Пируваткнназа, фосфофрук-токнназа и глюкокиназа не используются в этом процессе, в то время как пируваткарбоксилаза, фосфоенолпируваткарбокснкина-за, обе малатдегидрогеназы и две различные фосфатазы необходимы. Если суммарный процесс гликолиза может быть описан как

глюкоза -f- 2 ADP + 2Рг -*¦ 2 лактат 4- 2 АТР (1)

когда около одной трети потенциально доступной энергии сохраняется в форме АТР, то обратный процесс описывается как

2 лактат + 6АТР -*¦ глюкоза + 6ADP + 6Рг (2)

На каждую молекулу лактата требуется по одной молекуле АТР в реакциях, катализируемых пнруваткарбоксилазой, фосфоенолпи-ру7ваткарбоксикиназой (в действительности в форме ITP или GTP) и фосфоглицераткиназой. Поскольку, как отмечено выше, минимальная потребность в энергии для синтеза глюкозы из лактата составляет +48 000 кал/моль и поскольку требуется лишь шесть молекул АТР для осуществления этого процесса, синтез глюкозы энергетически выгоден, несмотря на его сложность.

14.6.1.1. Начальная стадия синтеза жирных кислот из глюкозы

Как следует из общей схемы метаболизма углеводов (рис. 14.1), образующийся при окислении пирувата ацетнл-СоА может утилизироваться в синтезе жирных кислот. Хотя синтез и окисление жирных кислот подробно рассматриваются в гл. 17, целесообразно отметить здесь, что начальная стадия этого процесса характеризуется того же рода проблемами, как и для синтеза фосфоенолпирувата. Дело в том, что пируватдегидрогеназа локализована в митохондриях, и образовавшийся при окислении пирувата аиетил-СоА не может достаточно легко проникать через митохондриальную мембрану в цитозоль.

Физиологическое решение этой проблемы в случае синтеза жирных кислот аналогично описанному ранее и заключается в трансформации ацетил-СоА в какую-либо экспортабельную форму, после чего наступает регенерация и возврат переносчика. Используемый механизм, по-видимому, включает обычный синтез цитрата, катализируемый цитрат-синтазой. Цитрат затем покидает митохондрию (рис. 14.8). Вход и выход ди- и трикарбоновых кислот

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I цитозоль

591

/ffi^ I

IAD ? NAD+ ?-

\ ? глюкоза

ацетил-СоА -|- оксалоацетат малат

¦

(?) ATP

пируват

ацетил- СоА

+

C02

митохонЭрия

Рис. 14.8. Образование ацетил-СоА в цитозоле из глюкозы. Числа в кружочках указывают ферменты: 1 — глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа, 2 — пируват-дегидрогеназа, 3 — малатдегндрогеназа, 4 — цитрат-синтаза и 5 — АТР-цитрат-

лиаза.

в митохондриях являются облегченными процессами, которые проходят на основе симпортных механизмов и включают обязательные обмены (например, малат внутри митохондрии на цитрат снаружи и малат снаружи на Pt- внутри). В цитоплазме цитрат расщепляется до ацетил-СоА (при затрате 1 моля АТР на моль цитрата) под действием АТР-цитрат-лиазы (разд. 14.5.1). Ацетил-СоА тогда становится доступным для синтезирующей жирные кислоты системы эидоплазматической сети (разд. 17.6.1). Образовавшийся оксалоацетат, как указано ранее, не проникает через митохондриальную мембрану и должен сначала подвергнуться восстановлению до малата или трансаминированию в аспартат. Малат может проходить как таковой или окисляться до пирувата малик-ферментом (рис. 14.5.1); в митохондрии пируват может вновь карбок-силироваться пируваткарбоксилазой с образованием оксалоацетата для следующего оборота цикла. Затраты клетки на один цикл, в результате которого один ацетил-СоА поступает в цитозоль, сводятся к двум молекулам АТР, которые расходуются в реакциях с участием пируваткарбоксилазы и цитрат-лиазы соответственно.

592

III. МЕТАБОЛИЗМ

Образуемый при действии малик-фермента NADPH утилизируется в процессе синтеза жирных кислот; механизм, ответственный за экспорт из митохондрий в цитозоль восстановительных эквивалентов для малатдегидрогеназной реакции, недостаточно изучен.

Коротко остановимся на значении АТР-цитрат-лиазы для синтеза жирных кислот у жвачных. Эмбрион жвачного животного образует жирные кислоты из материнской глюкозы и располагает большим количеством АТР-цитрат-лиазы в печени; когда молодое жвачное животное начинает питаться продуктами рубцового метаболизма, главным образом жирными кислотами с короткой цепью, активность лиазы начинает понижаться и, наконец, практически исчезает спустя три недели после рождения.

14.7. Регуляция гликолиза и глюконеогенеза

Довольно многочисленные наблюдения показывают, что процессы гликолиза и глюконеогенеза осуществляются плавно, в соответствии с физиологическими потребностями. Так, мышца в состоянии покоя не выделяет лактат в кровяное русло, но и печень не окисляет прите

страница 11
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)