Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

500 молекул глюкозы в секунду.

Такая система действует в мышце и мозге; особый случай представляет собой поступление глюкозы в клетки печени, которое может осуществляться путем простой пассивной диффузии. Это тот самый облегченный механизм, который стимулируется инсулином -{разд. 15.6.2). В общем случае скорость поступления глюкозы в скелетную мышцу при тех очень высоких концентрациях глюкозы, которые наблюдаются в плазме крови больных тяжелой формой диабета, в присутствии инсулина приближается к скорости поступления при нормальных концентрациях. Эритроциты птиц и ретику-лоциты млекопитающих, однако, могут обладать дополнительной системой активного транспорта, поскольку поступление глюкозы у этих клеток чувствительно к цианиду и динитрофенолу, прекращающим образование АТР в митохондриях.

Исследования бактериальных клеток интересны, поскольку у большинства бактерий проникновение различных моносахаридов через клеточную мембрану происходит очень медленно, если не присутствует специфический механизм переноса. Известны разнообразные системы этого типа; некоторые из них, по-видимому, не нуждаются в метаболической энергии, в то время как другие, вероятно, утилизируют АТР, генерируемый при транспорте электронов в определенным образом организованной мембране (гл. 12).

Наиболее тщательно изучена фосфотрансферазная система, получающая свою энергию непосредственно из фосфоенолпирува-та, а не из АТР. В таких организмах, как Е. coli, Staphylococcus •aureus, Salmonella typhimurium, транспорт глюкозы совершается •путем согласованного действия трех белков. Два из них, фермент I и небольшой белок (мол. масса 9400), обозначаемый как НРг,— это цитоплазм этические белки; третий, фермент II, локализован в клеточной мембране. В первой стадии реакционной последовательности фермент I катализирует перенос фосфата от фосфоенолпиру-вата к N-1 гистидинового остатка НРг:

? ?

фосфоенолпируват -f- НРг ->- пируват -f-фосфо^НРг

Mg2+

(1)

[4. метаболизм углеводов. I

549

Вторая стадия, катализируемая ферментом II, происходит в мембране и заключается в переносе фосфата от НРг на транспортируемый сахар, т. е. глюкозу

? п

фосфо~НРг -f- глюкоза ->¦ НРг + глюкозо-6-фосфат (2)

У Е. coli фермент II состоит из двух неодинаковых субъединиц: ПА, в которой заложена специфичность к сахару, и ПВ, которая катализирует перенос фосфорильного остатка от фосфо ·~??? к сахару, вероятно связанному с НА.

В ходе этой реакции фермент II, по-видимому, подвергается некоторой транслокации внутри мембраны таким образом, чтобы внешняя глюкоза превратилась во внутренний глюкозо-6-фосфат, доступный дальнейшему метаболизму. Мутации (гл. 25) генов, кодирующих синтез ферментов I или НРг, плейотропны; это означает, что мутации приводят к неспособности транспортировать многие сахара. Напротив, клетки с мутациями в гене для субъединицы ПА фермента II, которая специфична для данного сахара, неспособны транспортировать только этот определенный сахар.

Кроме фосфотрансферазной системы Е. coli и другие бактерии обладают еще системой для активного транспорта Сахаров, сопряженной с переносом электронов. В этом случае фосфорилирование сахара не происходит.

14.3. Метаболизм углеводов. Некоторые общие положения

Принимаемые с пищей углеводы обеспечивают материал для синтеза очень разнообразных органических соединений, найденных у животных: стероидов, аминокислот, пуринов, пиримидинов, сложных липидов, полисахаридов и т. д. Последовательности реакций, через которые совершаются эти превращения, и участвующие в них ферменты рассмотрены в последующих главах. Прежде всего следует обратить внимание на те процессы, благодаря которым Принимаемые углеводы — преимущественно глюкоза — используются для удовлетворения энергетических потребностей клеток животных. Центральную роль глюкозы можно успешно связать с тремя ее химическими свойствами (гл. 2): высокая растворимость (причем раствор глюкозы не содержит ионов); доступная для реагирования карбонильная группа, которая защищена благодаря образованию внутреннего полуацеталя; оптимальная стабильность шестичленного пиранозного кольца, в котором все гидроксидные группы располагаются экваториально.

Сильно упрощенная схема этого центрального процесса жизнедеятельности представлена на рис. 14.1, где показаны лишь клю-

550

III. МЕТАБОЛИЗМ

чевые превращения углеродных скелетов, образующихся при метаболизме глюкозы соединений. Остановимся на некоторых общих свойствах, характерных для указанной последовательности реакций.

1. Для глюкозы, как таковой, существует единственное главное превращение: фосфорилирование до глюкозо-6-фосфата.

2. Последующие реакции, ведущие от любого ключевого промежуточного продукта к какому-нибудь конечному продукту, обозначаются как путь, например превращение глюкозо-б-фосфата через пути 8, 9, 11, 12, 13, 14 до лактата.

3. Все пути осуществляются с потерей свободной энергии. Используя тот же пример, можно показать, что образование 2 молей лактата из глюкозо-6-фосфата сопровождается синтезом 4 молей АТР; суммарное изменение свободной энергии составит AG°=—22 000 кал/моль. Хотя лактат может вновь превратиться в глюкозо-6-фосфат, однако не путем обращения той же последовательности реакций. Функционально обратный путь (реакции 14, 28, 29, 12, 11, 10, 8) включает введение шести молекул АТР на молекулу образуемого глюкозо-б-фосфата. Таким образом, в результате каждого процесса теряется свободная энергия, т. е. в обоих случаях AG° процесса велика и отрицательна. Сразу же становится очевидным, что образование лактата может происходить при условии расходования АТР в ходе других реакций, в то время как обратный процесс маловероятен, если только клетка не обладает избытком АТР.

4. Для всех клеток главная форма доступной энергии представлена в виде АТР; в большинстве клеток принципиальный механизм генерации АТР состоит в окислении NADH митохондриальной электронпереносящей системой с сопряженным фос-форилированием ADP. Главные восстановители NAD+ для этого процесса — интермедиа™ путей цикла лимонной кислоты 16, 21, 23, 25, 29 (гл. 12) и жирные кислоты пути 17 (гл. 17).

5. Клетки обычно не могут запасать ни глюкозу, ни глюкозо-6-фосфат. Легко доступная запасная форма углеводов, в особенности в печени и скелетной мышце, представлена гликогеном, который образуется из глюкозо-1-фосфата по одному пути и распадается по другому пути.

6. Энергия депонируется главным образом в жирных кислотах нейтральных триацилглицеринов. Хотя жирные кислоты имеются в большинстве клеток, образуются они из глюкозо-б-фосфата (в процессах 8, 9, 11, 12, 13, 16 и 17) в первую очередь в печени и жировой ткани; из последней они могут быть возвращены в печень. В то время как по этой последовательности

2/з углерода глюкозы переводится в жирные кислоты, механизма, с помощью которого клетки животных смогли бы осущест-

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

551

структурные полисахариды *

глюкозо-1-фосфат ^6*1 гликоген

глюкоза "??^ глюкозо-6-фосфат ---«-пентозы

фруктозо-6-фосфат 9(t10

фруктозо-1,6- Зифосфагг.

?" .

глии,еро-3-фосфат -*—»- триозофосфат

t

глицерин

фосфоенолпируват

аланин_ is

14 пируват

лактат'

глутамат

—со,

малат "*~5—rt-кетоглутарагп /

/23

22 /

ааетоаиетат^П^-Ацетил-СоА-г- оксалоацетат^Г?^ цитрат 1\

17 I I 18

эюирные кислоты аспартат

Рис. 14.1. Схема некоторых главных метаболических превращений. Не показаны адениновые нуклеотиды и пиридиннуклеотиды, участвующие в этих процессах, а также многочисленные промежуточные продукты, образующиеся в каждой последовательности, отмеченной штриховой стрелкой. Двухсторонняя стрелка означает, что процесс, будь то одна или несколько реакционных стадий, катализируется одним и тем же ферментом в обоих направлениях. Обычные стрелки (в одном направлении) свидетельствуют о реакции или последовательности реакций, практически проходящих в значительных масштабах только в показанном направлении. Пара противоположно направленных закругленных стрелок означает, что различные ферменты оперируют в этих двух направлениях и что, как правило, несколько или все промежуточные продукты (неприведенные на схеме) неодинаковы в обоих процессах.

552

III. МЕТАБОЛИЗМ

вить прямое превращение углерода жирных кислот в углеводы, не существует. Однако такой механизм имеется у растений и некоторых микроорганизмов; он описывается последовательностью реакций (разд. 14.9). Общее потребление энергии в виде АТР-эквивалентов для пути 17 превышает почти на 20% количество АТР, вырабатываемого в пути 18. Такова цена, которую приходится платить за депонирование энергии. Очевидно, что каждый из этих путей осуществляется с большим отрицательным изменением свободной энергии.

7. В схеме не показано, как эти взаимосвязанные процессы распределяются в клетке. Превращение глюкозы в лактат (пути 1, 8, 9, 11, 12, 13 и 14) происходит исключительно в цитозоле. Цикл лимонной кислоты (пути 16, 21, 23, 25 и 26) и окисление жирных кислот до ацетил-СоА (путь 17) протекает в митохондриях и сопровождаются восстановлением NAD+ в NADH. Синтез жирных кислот, однако, происходит в частицах цитозоля, и в качестве восстановителя используется NADPH. Этот процесс частично обеспечивается ферментами цитозоля, ответственными за пути 7 и 21, но, кроме того, требуется поступление NADPH из митохондрий. В синтезе глюкозы из аминокислот или лактата функционирует по крайней мере один митохондри-альный фермент, а также несколько ферментов цитозоля.

8. Более грубая форма компартментализации связана с неодинаковыми метаболическими потребностями клеток различных органов. Почти постоянная потребность в больших количествах АТР в сокращающейся мышце вызывает усиленное превращение гликогена в лактат (пути 6, 3, 9, 11, 12, 13 и 14), в то время как большая часть энергетических потребностей скелетной мышцы в состоянии покоя, подобно потребностям сердца или почек, обеспечивается окислением ацетоацетата (путь 20 и цикл лимонной кислоты), поступающего из печени через кровь. Стало быть, значительная часть метаболической активности

страница 3
< 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)