Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ой должна генерироваться АТР, чтобы обесточить потребности таких тканей организма, как мозг, почки, селезенка, а также потребности костной и соединительной ткани, кожи и даже тканей печени, относительно постоянна. В этих тканях, как и в скелетной и сердечной мышцах находящегося в состоянии покоя организма, потребности в энергии удовлетворяются за счет АТР, образующегося при митохондриальном окислении NADH, хотя, как уже указывалось, поступивший «топливный материал» -может быть ацетоацетатом, жирными кислотами или глюкозой, которые все превращаются в ацетил-СоА, поступающий в цикл лимонной кислоты (рис. 14.1). Однако скорость потребления АТР в сердечной мышце может внезапно возрасти даже в 10 раз, а в работающей скелетной мышце — более чем в 100 раз. Эти жесткие требования до некоторой степени удовлетворяются благодаря максимальному окислению в митохондриях, но даже в том случае, если максимальная митохондриальная активность отвечала бы существующим запросам, она была бы ограничена притоком 02 и глюкозы до того момента, пока кровообращение не было бы соответствующим образом отрегулировано. При таких обстоятельствах скелетная мышца и в меньшей мере сердечная мышца получают необходимое большое дополнительное количество АТР в результате функционирования последовательности реакций называемой гликолизом, т. е. процессу, который использует всю последовательность в норме приводящую к пирувату, но в которой последний, вместо того чтобы окисляться в митохондриях, восстанавливается в лактат в цитозоле. Эти взаимоотношения показаны на рис. 14.1 и представляют отведение пирувата от пути 16 к пути 14 этой схемы.

Если бы последовательность начиналась с глюкозы, как таковой, то суммарный результат должен был бы .выглядеть как глюкоза + 2ADP + 2Р; -*¦ 2 лактат + 2АТР

Преимущество, которое мышца получает от этого, казалось бы лимитированного, процесса, основано на том, что он не нуждается

558

III. МЕТАБОЛИЗМ

в кислороде и может, как будет показано в дальнейшем, в равной мере легко и быстро утилизировать запасы гликогена клетки так, что сокращающаяся мышца в течение некоторого времени не зависит от скорости подачи глюкозы из крови; существенно, что ферменты, позволяющие реализоваться всем этим событиям, в избытке присутствуют в цитозоле мышечной клетки.

В действительности этот процесс (рис. 14.2) идентичен таковому в анаэробных организмах, участвующих в процессах брожения при изготовлении кислой капусты, кислого молока и близко родственен процессам брожения у ряда других микроорганизмов, когда также образуется АТР, но конечными продуктами являются не молочная кислота, а этанол, ацетоин или пропионовая кислота. Случайное наблюдение (в 1890 г.) братьев Бухнер, что бесклеточные экстракты дрожжей могут катализировать спиртовое брожение, послужило основанием для изучения химизма физиологических процессов вне клетки, что нашло свое развитие в последующих работах Гардена и йонга. Принимая во внимание эти исторические факты, а также то, что понимание спиртового брожения ведет к пониманию гликолиза и действия «путей» в целом, целесообразно более подробно рассказать о наблюдениях Гардена и Йонга над спиртовым брожением экстрактов пекарских дрожжей.

1. Неорганический фосфат был необходим для брожения, которое останавливалось при истощении запаса фосфата в системе.

2. По мере брожения накапливался гексозодифосфат. Суммарный процесс описывается следующим уравнением:

2 глюкоза + 2Pj -*¦ 1 гексозодифосфат -}-· 2 этанол -J- 2СО»

3. Если фосфат заменяли на арсенат, гексозодифосфат не накапливался и брожение продолжалось до тех пор, пока вся глюкоза не превращалась в этанол и С02.

4. Экстракт можно было разделить на термолабильную белковую фракцию и диализуемую фракцию; последняя в качестве незаменимых компонентов содержала Mg2+ и какое-то органическое вещество, названное козимазой и впоследствии идентифицированное как NAD.

После того как исследования А. Хилла показали, что превращение гликогена в молочную кислоту близкородственно процессу мышечного сокращения, Мейергоф приготовил растворимые экстракты мышцы, которые катализировали гликолиз, и позднее продемонстрировал, что, за исключением конечных стадий, гликолиз и спиртовое брожение, по существу, подобны. Эти процессы и их ферментные компоненты с тех пор интенсивно изучались. В табл. 14.1 даются названия и некоторые характеристики ферментов, участвующих в гликолизе.

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

559

глюкоза

ADP-И ?

глюкозо-6-фссфат

Фруктозо-6-фосфат

АТР^ ADP-*^

фруктозо-1,6- Зифосфат

глицера^зЗегиЗ-З-фосфат ; биоксиацетонфосфат

2 NADH 2 \%Ъ- Эифосфоглицериновая кислота

2-ADPiL

2 АТР-*^|

2 Э-фосфоглицериновая кислота

2 2-фосфоглицериноввя кислота

I..

2 фосфоенолпировинограЭчая кислота

2ADP1L

2 атр-*^|

2 пировинограЭная кислота

2 NADH '

2 NAD*

2 молочная кислота

Рис. 14.2. Реакции гликолиза. Числа около стрелок относятся к участвующим фер ментам, указанным в табл. 14.1.

Таблица 14.1 Ферменты гликолиза

Порядковый номер3 Фермент Коферменты и кофакторы Активаторы Ингибиторы Keq (РН 7,0) кал/моль

1 Гексокиназа, глю- Mg2 + Mg2+-ATP"-, Глюкозо-6- [глкжозо-6-фосфат] [Mg2+-ADP3_] = 650 _4 ООО

кокиназа ? фосфат, ADP [глюкоза]1[М§2+-АТР4-] , 2 Глюкозо-6-фосфа-•газа Mg2+ [глюкоза] [Р,] [глюкозо-6-фосфат] —3 300

Фосфоглюкоизо- Mg2+ мераза

Фосфофруктоки- Mg2+ паза

5 Фруктозо-1,6-ди-фосфатаза

6 Альдолаза

Фосфотриозоизо- Mg2+ мераза

Глицеральдегид- NAD

фосфатдегидроге-

наза

||"фруктозо-6-фосфат] [глюкозо-б-фосфат]

= 0,5

Рг, AMP, Mg2+-ATP4 ADP, сАМР, цИТрат K+, NHt

F-6, AMP

[фруктозо-1,6-дифосфат]_

[фруктозо-6-фосфат] [Mg2+-ATP*_]

[фруктозо-6-фосфат] [P;] ? [фруктозо-1,6-дифосфат]

= 650

4-400 = 220 —3 400

—4 000

Fe2+, Co2+, Zn2+B

Арсенат

[глицеральдегид-3-фосфат] ? Х|[диоксиацстонфосфат]

[фруктозо-1,6-дифосфат]

I" глпцсральдегид-З-фосфат] [дпок ? ацстонфо^фат]

1одацетатб [1,3-дпфосфоглицерат] [NADH]

Цистеин6, рр.б

Pi, глици-долфос-фат6

= 10-"

= 0,075

[глицеральдеп1д-3-фосфатИМАО+][Р;1 =0,08

+5 700 + 1 800 + 1 500

9 Фосфоглицерат-киназа

10 Фосфоглнцеро-мутаза

11 Енолаза

12 Пируваткиназа

Mg'+

Mg2+, 2,3-

дифосфо-

глицератг

Mg2+, Мп2+

К+, фрук-точо-1,6-дпфо фат

13 Лактатдегидроге- NAD наза

Hgs+д

F-, РР/

Са2*6

Са2+, АТР, аланин, аце-тнл-СоА, жирные кислоты

[3-фосфоглицерат] [Mg2+-ATP4-]

[ 1,3-дифосфоглицерат] [Mg2+-ADP3~] = 1500

[2-фосфоглицерат] [3-фосфоглицерат]

[фосфоенолпируват] [2-фосфоглнцерат]

[пируват]|[Ме2+-АТР4-]_

[фосфоенолпируват] [Mg2+-ADP3~ = 2· 10-е

0,02

= 0,5

Оксамат6 [лактат]|[МАР+]

[пируват] [NADH]

= 1,6-104

= —4 500

+ 1 000

+400 -7 500

—6 000

и

01

о J

?

<< >? ii ? Я

g

о

ЕЯ

а Порядковый номер фермента соответствует номеру реакции на рис. 14.2. " Лабораторный реактив.

в Для дрожжевого, но не для мышечного фермента. г Для фермента из эритроцитов. * Только изофсрмент взрослого.

562

III. МЕТАБОЛИЗМ

14.4.1. Фруктозо-6-фосфат

Глюкозо-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат в результате легко протекающей в обоих направлениях реакции, катализируемой фосфоглюкоизомеразой; при равновесии отношение альдозы к кетозе составляет 7:3. Фермент человека (мол. масса 134 000) представляет собой димерный белок из идентичных или почти идентичных субъединиц и, согласно ряду данных, существует в форме нескольких изоферментов. Эта изомеризация 6-фос-фатов глюкозы и фруктозы напоминает катализируемую щелочью изомеризацию глюкозы в фруктозу и маннозу (гл. 2). Связываемыми с ферментом субстратами являются а-аномеры d-сахарофос-фатов в их С-1-конформации (конформации кресла, все заместители от С-2 до С-5 экваториальные). Поскольку процесс должен включать ендиольный интермедиат, кольцо полуацетали должно открываться и закрываться, будучи связанным с ферментом.

Н2СОР03Нг Н2С0РО3На

? он он ?

глюкозо-б-фосфат фруктозо- 6-фосфат

14.4.2. Фруктозо-1,6-дифосфат

14.4.2.1. Фосфофруктокиназа

Пусковой реакцией в гликолитической последовательности, по существу, является фосфорилирование фруктозо-6-фосфата с образованием фруктозо-1,6-дифосфата, того самого гексозодифосфа-та, накопление которого было обнаружено в экспериментах Гардена и Йонга.

он н он н

фрукгпозо-6-фосфагл фруктпозо-1,6-3ифссфат

Фосфофруктокиназы изолированы из различных животных тканей, дрожжей и бактерий; все они обладают, в общем похожими

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

563

низкая [АТР]

[фруктоэо-б-фосфагп ]

Рис. 14.3. Влияние концентрации АТР на кинетику реакции, катализируемой фос-

фофруктокиназой.

свойствами. Ферменты (мол. масса от 3-Ю5 до 6-Ю5) склонны к агрегации в более крупные полимерные образования. Молекула фермента построена из субъеднниц четырех видов, каждый из которых представлен более чем одной субъединицей, несущей один каталитический центр. Ферменты мышцы и печени существенно различаются по своим физическим и кинетическим свойствам; фермент эритроцитов очень похож на фермент печени. При одном из врожденных заболеваний фосфофруктокиназа в мышце фактически отсутствует, в то время как ферменты печени и эритроцитов сохраняются; низкая остаточная активность фосфофруктокиназы в мышце, возможно, вызвана .присутствием небольших количеств «печеночного фермента», синтезируемого в мышце.

Ключевая роль фосфофруктокиназы в процессе гликолиза определяется ее регулируемыми кинетическими свойствами. На активность сильно влияют различные эффекторы, действующие таким образом, что реакция идет, когда клетка нуждается в АТР, и сильно ингибируется, когда адениновые нуклеотиды клетки находятся главным образом в форме АТР. В отсутствие таких эффекторов и тфи низкой [АТР] зависимость скорости реакции от концентрации ¦фруктозо-6-фосфата по существу описывается гиперболой. При <юлее высоких [АТР] кривая становится сигмоидной (рис. 14.3.).

564

III. МЕТАБОЛИЗМ

В этом случае кооперативность центров, связывающих субстрат, есть следствие связыван

страница 5
< 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
(20.11.2019)