|
|
Основы биохимии. Том 2ениям, 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- 6· «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 |
< 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] |