лоты и, что, вероятно, наиболее важно, использует NADP+ в качестве единственного акцептора электронов. Как указано ранее (разд. 12.5), маловероятно, чтобы АТР могла эффективно образовываться путем митохондриального окисления NADPH, образующегося в цитоплазме. Большая часть генерированного в фосфоглю-конатном пути NADPH используется в качестве восстанавливающего агента, особенно при синтезе жирных кислот и стероидов. Это согласуется с распределением соответствующих ферментов в различных органах. Печень, молочная железа, семенники и кора надпочечников— места активного синтеза жирных кислот и/или синтеза стероидов, в то время как эти процессы не характерны для метаболизма поперечнополосатой мышцы ткани, где не обнаружено окисления фосфоглюконата.

Действие фосфоглюконатного пути, очевидно, зависит от наличия NADP+. В печени скорость процесса контролируется двумя путями. 1. Количество обеих дегидрогеназ резко уменьшается даже после краткого периода голодания и достигает прежнего уровня в течение нескольких часов после кормления. 2. Оба фермента чрезвычайно чувствительны к величине отношения [NADP+]/[NADPH]. При величине соотношения 0,02 их активность максимальна, при 0,01 она уменьшается на 90%.

Анаэробное происхождение рибозы. Как описано выше, окисление глюкозо-6-фосфата дает возможность для образования рибозы. Однако любая клетка, наделенная транскетолазой, трансаль-долазой, ферментами взаимопревращения пентоз и обычными ферментами гликолиза, может также производить рибозо-5-фосфат неокислительным путем, как это видно из следующих уравнений:

транс-

фруктозо-6-фосфат -f глицеральдегид-3-фосфат ->¦

КСТОЛЭЗЗ

->· эритрозо-4-фосфат + ксилуло2о-5-фос<3 ат (1)

транс-

фруктозо-6-фосфат 4- эритрозо-4-фосфат ->-

альдолаза

-»¦ глицеральдегид-3-фосфат -|- седогептулссо-7-ff осфат (2)

транс-

седогептулозо-7-фосфат -\- глицер?льдегид-3-фосфгт ->-

К6ТОЛ 333

-*¦ риСозо-5-фосфат + ксилулозо-5-фос(|:ат (3)

2 ксилулого-5-фосфат ->- 2 рибулозо-5-фосфат -»- 2 рибозо-5-фо:фат

—---—— (4)

2-фруктозо-6-фосфат + глицергльдегид-З-фосфат-->- 3 рибозо-5-фосфат

Величины относительных вкладов окислительного и неокислительного путей для итогового образования пентозы в животных тканях невыяснены.

.008

III. МЕТАБОЛИЗМ

Образование ?-дезоксирибозного компонента нуклеотидной -единицы ДНК происходит путем превращения соответствующих рибонуклеотидов; это изложено в гл. 24.

14.8.1. Метилглиоксалевый окольный путь

Метилглиоксаль был обнаружен в тканевых автолизатах полвека назад. Позднее было убедительно доказано широкое распространение глиоксалазы, катализирующей превращение метилгли-¦лксаля в лактат (13.5). Однако смысл этих данных оставался не-щонятным, поскольку источник метилглиоксаля не был выявлен. ;Это соединение приобрело новое значение в связи с описанием метилглиоксальсинтазы, изолированной из Е. coli и P. vulgaris. Катализируемая реакция такова:

СН-ОН СН3 I I

С=0 -> C=0 + Pj

СН20—Р03Н2 сно диоксиацетон- метилгли-фосфат оксаль

Фермент, димер из идентичных субъединиц (мол. масса 67 ООО) с Km от 0,2 до 0,5 ммоль/л, действует при физиологических концентрациях субстрата. Синтаза проявляет аллостерические свойства с субстратом, но только в присутствии ?,·, который при более высокой концентрации ведет себя как ингибитор, каковыми являются фосфоенолпируват, 3-фосфоглицерат и РР,-. Этот фермент и глиоксалаза могут образовать окольный путь, минующий идущие с доалым выходом АТР стадии гликолиза:

глюкоза+ 2АТР ->- фруктозо-1,6-дифосфат + 2ADP (1)

фруктозо-1,6-дифосфат ->¦ 2 диоксиацетонфосфат (2)

2 диоксиацетонфосфат -»- 2 метилглиоксаль -(- 2Рг (3)

2 метилглиоксаль ->¦ 2 лактат (4)

Хотя этот процесс и перекрывает возможности для образования АТР, он подготавливает углерод глюкозы для использования в синтезе жирных кислот, в цикле трикарбоновых кислот и в синтезе некоторых аминокислот. Наряду с этим путь образования метилглиоксаля мог бы служить в качестве приспособления для освобождения Рг при его дефиците, который может возникать вследствие накопления слишком больших количеств фруктозодифосфата. Биологическое распространение и метаболическая роль этого окольного пути нуждаются в исследовании.

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

60#

14.9. Некоторые альтернативные пути метаболизма углеводов в растениях и микроорганизмах

14.9.1. Путь глиоксиловой кислоты

Дополнительный путь для генерации дикарбоновых кислот функционирует ? растениях и микроорганизмах, ио не обнаружен в тканях животных. Этот путь становится возможным благодаря двум специфическим ферментам — изоцитрат* лиазе и малат-синтазе. В растениях эти ферменты связаны с субклеточными частицами, которые называются глиоксисомами. Изоцитрат-лиаза катализирует реакцию, обратную реакции альдольной конденсации:

СООН I

НОСН

соон

СН2 СНО

НССООН -я—*¦ I -f- ?

I сн, соон

сн,

2

соон

соон

изолимонная янтарная глиоксиловая кислота кислота кислота

Эта реакция не нуждается в дополнительной энергии в отличие от обсуждавшейся ранее (разд. 14.5.1) реакции при участии АТР-цитрат-лиазы, потому что продуктом реакции являются две кислоты, а не ацил-СоА. В противоположность бактериальной цитрат-лиазе (разд. 14.5.1) изоцитрат-лиаза не включает белок-перенос чик, и при ее действии не происходит образования промежуточного сукцинилфер* мента. У Е. coli, где изоцитрат-лиаза индуцируется при выращивании на ацетате, фосфоенолпируват служит как репрессором биосинтеза этого фермента, так и аллостерическим ингибитором уже существующего фермента. Малат-сиитаза кал тализирует конденсацию ацетил-СоА с глиоксилатом при образовании малата, т. е. реакцию, аналогичную образованию цитрата из оксалоацетата (разд. 12.2.2.):

СН3

СООН I

СНО сн,

С=0 + ?- v I + CoA-SH

I СООН НСОН

S—СоА I

СООН

ацетил-СоА глиоксило- яблочная вая кислота кислота

Во взаимодействии с описанными ранее ферментами цикла лимонной кислоты упомянутые два фермента обеспечивают чистый выход сукцината за счет конденсации ацетил-СоА с глиоксиловой кислотой (рис. 14.12). Суммарная реакция описывается следующим уравнением:

2 ацетил-Co \ -f NAD+ -»- янтарная кислота -f 2СоА -f NADH -f- ?+'

Образовавшийся сукцинат может подвергнуться превращениям в реакциях цикла лимонной кислоты до оксалоацетата, который затем может реагировать с ацетил-СоА. В другом варианте оксалоацетат может превратиться в фосфоенолпируват и далее в глюкозу. Таким образом, углерод ацетил-СоА, полученный при окислении жирных кислот (гл. 17), может быть утилизирован для синтеза углес*-

610

[II. МЕТАБОЛИЗМ

-ацетил-Co А

жирные кислоты -f-

оксалоацетат

изоцитрат

глюкозо-6-фосфат

V

глиоксилат-|-сикцинагп

+ 1

-ацетил-СоА f

k фумарат

фосфоенолпируват \

оксалоацетат /

.малат

Рис. 14.12. Глиоксилатный цикл. Окисление жнрных кислот дает ацетил-СоА, вступающий в цикл в двух точках. Каждый оборот цикла приводит к генерации одной молекулы сукцината. Последний может быть окислен до оксалоацетата в системе реакций цикла лимонной кислоты (рис. 12.1); оксалоацетат декарбокси-лируется и фосфорилируется до фосфоенолпирувата (разд. 14.5.1); последний превращается в глюкозо-6-фосфат путем обращения гликолитической последовательности (рис. 14.1). Следовательно, для образования двух молекул сукцината, дающих одну молекулу гексозы и две молекулы С02, требуется затрата четырех молекул ацетил-СоА. Прерывистая линия показывает ингибиторное влияние фосфоенолпирувата на функционирование изоцитрат-лиазы.

дов. Это превращение, не имеющее места у животных, может происходить у растений и различных микроорганизмов благодаря действию изоцитрат-лиазы и ма-лат-синтазы, отсутствующих в тканях животных. Главный контроль скорости этого процесса, по-видимому, осуществляется за счет [фосфоенолпирувата], поскольку это соединение является отрицательным эффектором изоцитрат-лиазы.

J4-9.2. Метаболизм ацетилфосфата у микроорганизмов

Большинство микроорганизмов, подобно клеткам животных, окисляет пируват до ацетил-СоА, который вступает в цикл лимонной кислоты. Альтернативным путем является фосфокластическое расщепление у Е. coli:

СН3СОСООН + Рг--* СН3СООР03Н2 + НСООН

пировиноград- ацетилфосфат муравьиная

ная кислота кислота

Ацетилфосфат под действием фосфотрансацетилазы может превращаться в аце-тил-СоА

ацетилфосфат + СоА \ >- ацетил-СоА -|- Рг

У некоторых микроорганизмов фосфатная группа ацетилфосфата может использоваться вместо АТР в процессе фосфорилирования различных гексоз.

14.9.3. Биосинтез пропионовой кислоты у микроорганизмов

У пропионовокислых бактерий исходным моментом в синтезе пропионовой кислоты является необычный перенос С02 от метилмалонил-СоА на пировино-градную кислоту, который катализируется биотинсодержащим ферментом, метил-

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

611

малонил-СоА—карббксилтрансферазой (мол. масса 790 000). Фермент включает полипептидные цепи трех типов, причем общее число их равняется шести. Кроме того, фермент содержит шесть эквивалентов либо ??2+, либо Со2+, либо обоих-вместе, что зависит от состава среды. Один из трех полипептидов содержит биотин, К1к обычно соединенный с ?-аминогруппой лизина. Как и у других ферментов1 этого типа, биотин служит здесь для акцептирования и переноса С02, и биотин-полипептид — субстрат для двух других белков, различающихся по своим фер>-ментным свойствам:

?

Е—биотип -f метилмалонил-Со К -> ?—биотип—С02-{-пропионил-СоА

II

?—биотин—С02 + пируват ->- ?—биотин -|- оксалоацетат

СН3 СООН

I I

с=о +сн3—сн

II

СООН СО—SCoA

пировино- метилмало-градная нил-СоА кислота

Образовавшийся оксалоацетат восстанавливается в сукцинат путем обращений обычных реакций цикла лимонной кислоты через малат и фумарат. Транстиоэсте-раза катализирует перенос СоА-фрагмента с пропионил-СоА на сукцинат, образуя свободный пропионат и сукцинил-СоА.

Конечная стадия этого процесса состоит в регенерации метилмалонил-СоА из1 сукцинил-СоА. Эта реакция катализируется метилмалонил-СоА-мутазой, коферментом которой служит дим