Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ениям, значительно превосходит количество АТР, которое может быть получено при использовании всего 02 и окисляемых метаболитов, которыми она располагает в состоянии покоя; при таких условиях исключительное значение в качестве источника АТР приобретает анаэробный гликолиз. Как можно видеть из рис. 15.2, энергия гликозидной связи гликогена при этом процессе сохраняется; только Pj требуется для превращения полисахарида в глюкозо-6-фосфат. Отсюда следует, что в анаэробиозе выход АТР из гликогена составляет три молекулы на глюкозный эквивалент, но если процесс начинается непосредственно с глюкозы, то он равен только двум молекулам АТР.

Как можно также видеть из схемы (рис. 15.2), переключение метаболизма гликогена от фосфоролиза к синтезу достигается

только ценой затраты энергии. Путь

глюкоза + АТР ->- глюкозо-6-фосфат + ADP (1)

глюкозо-6-фосфат < > глюкозо-1-фосфат (2)

глюкозо-1-фосфат + UTP-»- 1ГОРглюкоза 4- РР,- (3)

ШЗРглюкоза -f- глюкоза,, -»- UDP + глюкоза„+1 (4)

pp. -. 2Рг (5)

требует затраты двух высокоэнергетических фосфатных связей на образуемую гликозидную связь. Таким образом, чистый выход процесса глюкоза—^-гликоген—»-лактат составляет только одну молекулу АТР на глюкозный эквивалент. Однако расход АТР для синтеза гликогена совершается в покоящейся мышце, когда 02 имеет-

6—1358

?18

III. МЕТАБОЛИЗМ

ся в достаточном количестве, вследствие чего становится возможным депонирование гликогена, этого быстро мобилизуемого резерва энергии; выход же трех АТР на глюкозный эквивалент происходит при анаэробном сокращении, когда гликоген потребляется.

15.3.2. Фосфоролиз гликогена

Реакция, при помощи которой становится доступной глюкоза гликогена, катализируется гликоген-фосфорилазой и представляет собой фосфоролиз с образованием глюкозо-1-фосфата:

н он н он н он

cC-D - глюкозе -1-фосфат (гл юк о з а) п_,.

Константа равновесия для этой реакции может быть рассчитана из уравнения

„ [(С6Н10О6)л+1] [Р;]

eq ~~ [(Q|H10O6)„I [глюкозо-?-фосфат]

Каждая молекула полисахарида является и реагирующим веществом, и продуктом; поэтому Кед определяется отношением [орто-фосфат]/[глюкозо-1-фосфат], и реакция лишь слегда сдвинута в сторону синтеза гликогена. Поскольку глюкозо-1-фосфат — более сильная кислота, чем ???|-, величина этого отношения зависит от рН, приближаясь к 3 при рН 7. Малая AG° для этой реакции согласуется с тем фактом, что AG° для гидролиза глюкозо-1-фос-фата (—4800 кал/моль) лишь немного отличается от таковой для гидролиза мальтозидной связи (—4200 кал/моль).

Фосфорилаза атакует молекулу гликогена с конца каждой цепи, отщепляя последовательные глюкозные остатки в виде глюко-зо-1-фосфата до тех пор, пока на каждом ответвлении цепи перед точкой ветвления остается четыре остатка глюкозы (рис. 15.3).

15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II

CI9

Рис. 15.3. Деградация гликогена в клетке. Фосфорилаза оперирует на всех доступных ветвях гликогена, в результате чего образуется остаточный декстрин; на этой-схеме показано превращение для одной ветви цепи А. 1 — терминальная глюкоза с потенциально редуцирующей группой; 2— глюкоза в точке ветвления присоединена к главной цепи 1,6-связью; 3— остатки глюкозы, подвергшиеся отщеплению-в форме глюкозо-1-фосфата, при участии фосфорилазы; 4 — триглюкозные единицы, присоединенные к глюкозе в точке ветвления.

Тогда действие фосфорилазы прекращается. Второй фермент, оли~ го-(а-1,4—>-а-1,4) -глюкантрансфераза, после этого переносит-трисахарид, который был связан с остатком глюкозы, присоединенным 1,6-связью к главной цепи, на другой участок полисаха-ридной цепи, соответственно увеличивая ее длину и оставляя единственный остаток глюкозы в точке ветвления. Гидролитическое отщепление глюкозы из 1,6-связи в точке ветвления дает возмож-

«620

III. МЕТАБОЛИЗМ

ность для продолжения фосфоролиза до момента достижения следующей точки ветвления. Фермент мышцы кролика состоит из •единственного полипептида (мол. масса ~ 160 ООО) и, по-видимому, имеет два различных каталитических центра, один из которых катализирует перенос трисахарида, а другой — гидролитическое ¦отщепление а-1,6-связанного глюкозного остатка в точке ветвления. Таким образом, единственный фермент^ часто называемый •ферментом, расщепляющим связи ветвления, фактически удаляет разветвленные цепи гликогена, но осуществляет это в два различных этапа.

15.3.3. Фосфоглюкомутаза

Глюкозо-1-фосфат, образующийся в результате действия фос-чрорилазы, направляется в гликолитический путь после воздействия фосфоглюкомутазы, которая катализирует реакцию

В равновесной смеси соотношение 6- и 1-фосфатов составляет '94:6. Это согласуется с тем фактом, что AG° для гидролиза 1-фос-чрата выше, чем для гидролиза 6-фосфата. 1-Фосфат также более лабилен в кислом растворе.

Фосфоглюкомутазы (мол. масса 62 000) из различных источников, в том числе из мышц млекопитающих и рыб, дрожжей, высших растений и многих бактерий, очень схожи; фермент из мышцы кролика состоит из двух неидентичных субъединиц. Реакция осуществляется только в присутствии глюкозо-1,6-дифосфата и Mg2+. После добавления 32Р-меченой формы любого из упомянутых трех эфиров глюкозы быстро устанавливается равновесное распределение изотопа между всеми тремя компонентами. Инкубация фермента из различных источников с 32Р-меченым глюкозо-1,6-дифосфа-том приводит к получению меченого фермента, из которого путем •ферментативного гидролиза выделяют пептид —Thr—Ala-Ser— —З2р—j-jjs—ASp_ Эти наблюдения позволяют предположить, что реакция протекает следующим образом:

В ходе повторных циклов указанной реакции может происходить полное превращение одного моноэфира в другой. Так, если молекула глюкозо-6-фосфата реагирует с фермент-фосфатным комплексом, она этерифицируется в положении 1; образовавшийся в результате дифосфат реагирует с неэтерифицированной формой фер-

глюкозо-6-фосфат

?—ОН + глюкозо-1,6-дифосфат * f ?—О—Р03Н2 + глюкозо-1-(или глюкозо-6)-фосфат

15. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. II

621

мента, передавая 6-фосфатную группу; в результате накапливается глюкозо-1-фосфат.

Постоянный источник глюкозо-1,6-дифосфата обеспечивается благодаря действию фосфоглюкокиназы, которая катализирует реакцию

глюкозо-1-фосфат + АТР ¦< > глюкозо-1,6-дифосфат + ADP

Фосфоглюкомутаза способна катализировать мутазные реакции, хотя и более медленно, с различными другими гексозофосфатами {табл. 9.2).

35.3.4. Гликоген-фосфорилаза

Этот фермент, составляющий ~5% всех растворимых мышечных белков, состоит из идентичных субъединиц—полипептидных цепей с мол. массой по —100 ООО и может находиться в форме димеров и тетрамеров. Димерные и тетрамерные формы, обозначаемые соответственно как фосфорилаза Ъ и фосфорилаза а, могут взаимопревращаться в ходе следующих ферментных реакций:

киназа

2 фосфорилаза Ь + 4АТР ->- фосфорилаза а + 4ADP

т * ? ' фосфорилазы Ь ^ т ? 1

димер тетрамер

фосфатаза

фосфорилаза а + 4Н„0 -*- 2 фосфорилаза Ь 4- 4Р:

^ r ? ia фосфорилазы а т ^ ? 1

тетрамер димер

Фосфорилаза Ь, по существу, неактивна в отсутствие положительных эффекторов; ее активность строго регулируется аллостериче-скими механизмами (разд. 8.7.1), в то время как полная активность фосфорилазы а проявляется в отсутствие тех соединений, которые служат эффекторами фосфорилазы Ь.

У этих двух форм фосфорилазы обнаруживаются несколько различных «центров». Во-первых, обе имеют каталитические центры, где осуществляется взаимодействие гликогена, глюкозо-1-фосфата и Р,-. Во-вторых, у фосфорилазы b имеются нуклеотидсвязы-вающие центры для AMP, который связывается гомотропно; это означает, что связывание одного AMP облегчает связывание другого в других связывающих AMP центрах. Фосфорилаза а также способна связывать AMP, но это мало влияет на ее активность. Связывание AMP с фосфорилазой Ь вызывает изменение конфор* мации, которое усиливает ее ферментативную активность путем резкого снижения Km для гликогена, глюкозо-1-фосфата и Р/. Очевидно, AMP — положительный эффектор для фосфорилазы Ъ, а АТР, конкурирующий с AMP за одно и то же место связыва-

622

III. МЕТАБОЛИЗМ

ния, — отрицательный эффектор в том смысле, что, будучи связанным в нуклеотидсвязывающем центре, он не способен вызывать то изменение конформации, которое усиливает активность. В-третьих, в другом (отчетливо выраженном) центре в результате связывания глюкозо-6-фосфата частично преодолевается вызванная AMP активация фосфорилазы Ь, что, возможно, объясняется отделением: AMP. В-четвертых, внутри каждой субъединнцы обеих форм; 1 моль пиридоксальфосфата (разд. 20.3.2) связан в шиффово основание с ?-аминогруппой лизинового остатка. Пиридоксальфосфат может обратимо отщепляться от нативного фермента при условиях мягкой денатурации; полученный в результате белок лишен активности. Предшествующее восстановление боргидридом: стабилизирует связь пиридоксальфосфата с ферментом, но с небольшой потерей активности. Отсюда следует, что в этом случае фосфопиридоксаль играет только структурную роль. В-пятых, в: каждой субъединице фосфорилазы b специфический остаток серина в полипептидной последовательности фосфорилируется АТР в, присутствии киназы фосфорилазы Ь, что осуществляется следующим образом:

АТР

фосфо нлазь Ь

¦ ¦ Lys-Gln-Ser-Val-Arg- · · ¦ ¦ Lys-Gln-Ser(P)-Val-Arg- ¦ ¦

фрагмент аминокислотной лос- фрагмент аминокислотной пос-лейовательности фосфорилазы Ъ леЭовательности фосфарилазы и человека человека

Активность существующей в форме тетрамера фосфорилазы а независит от AMP, фермент не подавляется ни АТР, ни глюкозо-6-фосфатом и имеет значения Кт для гликогена, глюкозо-1-фосфата-и Pj того же порядка, что и у АМР-активированной формы фосфорилазы Ь. Вероятность того, что стимулирующие активность изменения конформации, наступающие в результате связывания AMP с фосфорилазой b или же в результате фосфорилирования-фермента, весьма близки по характеру, доказывается тем фактом, что в обоих случаях в каждой субъединице две слабореагнрую-щие сульфгидрильные группы становятся вообше недоступными для

страница 17
< 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)