Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

рмент печени обладает значительно ¦более низкой Km для каждого из субстратов. В мышечной клетке катализируемая глицерол-3-фосфат—дегидрогеназой реакция, по-видимому, используется в качестве удачного приспособления для переноса NADH из цитоплазмы в митохондрию (гл. 12); сравнительно низкие значения Km для фермента из печени позволяют предположить, что здесь основная роль фермента состоит в генерации глицерина для синтеза липидов.

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

569

14.4.2.6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата

Участь триозофосфатов в метаболизме определяется главным образом глицеральдегид-3-фосфатом, который окисляется глице-ральдегидфосфатдегидрогеназой до карбоновой кислоты. Для этой реакции необходим Pi, и покидающий фермент продукт—1,3-ди-фосфоглицериновая кислота — представляет собой смешанный ангидрид фосфорной кислоты и карбонильной группы 3-фосфоглице-риновой кислоты.

ОРО,Н2 I 3 2

сно с=о I I

НСОН + NAD+ + ?; НСОН + NADH + W

Н2СОР03Н, Н2СОРОэН2 D-глицеральвегиЭ- 1,3-аифосфоглии,е-З-фосфаш риновая кислота

Глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа получена в очищенной форме из многих источников; ферменты из мышцы кролика и дрожжей легко получать, поскольку они составляют 10 и 20% всех растворимых белков клеток соответственно. Действительно, в этих клетках молярные концентрации фермента сравнимы с концентрациями таких субстратов, как фруктозо-6-фосфат и триозофосфаты, и превосходят концентрации фруктозодифосфата или фосфоенолпирувата. Ферменты мышцы кролика и дрожжей (мол. масса 146 000) представляют собой тетрамеры из четырех одинаковых субъединиц, каждая из которых независимо участвует в катализе; изучена аминокислотная последовательность в молекуле фермента. Ферменты из мышцы кролика и дрожжей могут быть гибридизо-ваны, но не в присутствии NAD+, укрепляющего связь тетрамеров.

Изолированный фермент уже содержит NAD+, относительно прочно связанный в соответствующих каталитических центрах. Свободный от NAD+ фермент легко доступен перевариванию про-теазами. Если на каждый тетрамер связывается две молекулы NAD*, то получается весьма устойчивый комплекс. Поэтому можно считать, что, хотя субъединицы идентичны, молекула должна рассматриваться как ccicti — 0202. Каждый димер имеет один центр для быстрого и один для более медленного связывания NAD+; конформация NAD+-зapяжeннoгo тетрамера, очевидно, должна существенно отличаться от незаряженной формы. Спектр поглощения связанного с NAD+ фермента отличается от такового для большинства NAD+-3aBiicnMbix дегидрогеназ, больше напоминая обычный комплекс фермент-NADH; причина этого продолжает оставаться неизвестной. Кинетические исследования указывают на

3—1358

570

III. МЕТАБОЛИЗМ

существование обязательного порядка в связывании с ферментом субстратов и отделении от него продуктов реакции:

ЫАР^алъоегиЭ \ Р,| NADHf 1,3-Зифосфоглицерат \

Фермент исключительно чувствителен к 1СН2СООН — мощному ингибитору гликолиза. Он специфично алкилирует SH-группу цистеина-149, несмотря на присутствие еще трех других сульфгид-рильных групп. О значении SH-группы цистеина-149 для функционирования фермента свидетельствует и тот факт, что в результате обработки фермента 1,3-дифосфоглицератом в отсутствие NADH образуется 3-фосфоглицероилтиоэфир цистеина-149. Затем ациль-ная группа медленно переносится на имидазольный азот гистидн-на-38 и в свою очередь на ?-ами'ногруппу лизина-183. Очевидно, что цистеин-149, гистидин-38 и лизин-183 располагаются в непосредственной близости от активного центра. Фермент может также функционировать как простая эстераза, и проявление этой активности предотвращается алкилированием сульфгидрильной группы и реагентами, затрагивающими имидазольную группу.

На основании этих и других наблюдений предполагают, что каталитический цикл глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы осуществляется следующим образом. Пиридиновое кольцо NAD+ располагается вблизи активной —SH-группы, которая в результате стерически маскируется. Присоединение субстрата сопровождается возникновением тиополуацетальной связи между альдегидной группой и цистеином. NAD+ затем восстанавливается, и тиополу-ацеталь окисляется до тиоэфира с образованием ацил-фермента. Таким путем карбонильная группа субстрата окисляется до карбоксильной. Вслед за этим NADH покидает фермент и заменяется на NAD+. Наконец, имидазольная группа катализирует фосфоролиз ацил-тиоэфира, производя перенос ацильной группы от фермента на Р,-; в результате образуется 1,3-дифосфоглицериновая кислота.

Если вместо Р, фермент использует арсенат, то продуктом окисления является просто 3-фосфоглицерат; механизм этого процесса был изучен путем инкубации фермента с 1,3-дифосфоглицератом и арсенатом. На основании полученных данных предложена приведенная ниже последовательность реакций:

1,3-дифосфоглицерат-)-Е ч > З-фосфоглицероил-Е 4-Рг-З-фосфоглицероил-Е -\- арсеиат < > ? -\- З-фосфоглицероил-1-арсенат

н2о

З-фосфоглицероил-1-арсенат -*¦ 3-фосфоглицерат -f- арсенат

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

571

Протекание процесса в указанном направлении определяется нестойкостью молекулы З-фосфоглицероил-1-арсената.

14.4.2.7. Фосфоглицераткиназа

1,3-Дифосфоглицериновая кислота представляет собой ангидрид кислоты, энергия для образования которого поставляется процессом окисления 3-фосфоглицеринового альдегида. Энергия, обычно освобождаемая при окислении какого-либо альдегида в карбоновую кислоту, удерживается в форме энергии химической связи, минуя тепловую форму энергии. Действительно, AG° для простого гидролиза 1,3-дифосфоглицерата, составляющая приблизительно —14 000 кал/моль, более чем достаточна для того, чтобы стал возможным перенос фосфата из 1-го положения 1,3-дифосфоглицерата к ADP. Реакция, катализируемая фосфоглицераткина-зой (мол. масса 50 ООО), имеет следующий вид:

о=соро3н2 I

нсон + adp

I

сн2оро3н2

1,З-Эифосфоглицери-новая кислота

Ферменты мышц и эритроцитов различаются между собой. При редком наследственном заболевании, наблюдаемом на о. Самоа, генетическое замещение аспарагином остатка треонина в полипептидной цепи киназы эритроцита человека приводит к дефекту переноса фосфата и связанной с этим гемолитической анемии. Суммарный процесс, катализируемый глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой и 3-фосфоглицераткиназой соответственно, запишется следующим образом:

глицеральдегвд-3-фосфат + Рг + NaD+ + ADP < t < > 3-фосфоглицерииовая кислота -J- NADH + АТР -f- Н+

Положение равновесия сопряженной реакции сильно сдвинуто вправо. На самом деле именно изменение свободной энергии в этой реакции «толкает» в других случаях невыгодные альдолаз-ную и триозоизомеразную реакции. При окислении триозофосфата до фосфоглицерата генерируется эквивалентное количество АТР. Это наиболее известный пример сопряжения экзергонического окисления метаболита с запасанием полезной химической энергии в форме энергии пирофосфатной связи АТР. Поскольку из каждой молекулы глюкозы образуются два триозных фрагмента, каждый из которых указанным способом превращается в 3-фосфоглицерат,

3*

соон I

; нсон + атр

I

сн2оро3н2

3-фосфоглицери -новая кислота

572

III. МЕТАБОЛИЗМ

то, стало быть, на одну молекулу глюкозы генерируются две молекулы АТР.

14.4.2.8. Фосфоглицеромутаза

З-Фоссроглицериновая кислота, которая возникает в результате описанной выше последовательности реакций, превращается в 2-фосфоглицернновую кислоту под действием фосфоглицеротута-зы— днмерного белка (мол. масса ~65 ООО).

соон I

нсоро3н2 I

сн2он

2-фосфоглицери-новая кислота

По крайней мере два изофермента встречаются у млекопитающих: во взрослой мышце — высокочувствительный к Hg2+ и в эмбриональной мышце не обладающий такой чувствительностью. В сердце и костной ткани взрослых организмов находится смесь этой пары ферментов.

Если процесс катализируется ферментом нз эритроцитов, в качестве промежуточного продукта образуется 2,3-дифосфоглицерат. На основании аналогии с более подробно изученной фосфоглюко-мутазной реакцией (разд. 15.3.3), а также исходя из факта установления быстрого равновесия при распределении 32Р между всеми участниками реакции для фосфоглицеромутазы из эритроцитов был предложен следующий механизм действия:

Е—фосфат -f- 3-фосфоглицерат < >

< > ? 4-2,3-дифосфоглицерат < >

< > ?—фосфат + 2-фосфоглицерат

Приведенный механизм реакции согласуется с фактом содержания в изолированном белке 2 молей связанного 2,3-дифосфоглииерата на 1 моль фермента.

Роль 2,3-дифосфоглицерата в регулировании свойств гемоглобина обсуждается в гл. 31. Только в эритроцитах концентрация 2,3-дифосфоглицерата больше той, которая требуется для участия этого соединения в качестве субстрата в процессе гликолиза. Растения содержат фосфоглицеромутазу с иным механизмом действия.

14.4.2.9. Енолаза

2-Фосфоглицериновая кислота подвергается дегидратации в присутствии енолазы с образованием фосфорнокислого эфира ено-

соон

нсон I

сн2оро3н2

З-фосфоглицери-новая кислота

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

573

ла пировинограднои кислоты. соон

соон

не—оро3н2 I

сн2он

с—ОР03н.

+ н2о

2-фосфоглии.ери-новая кислота

фосфоенолтгиро -виноградная, кислогпз

Енолаза (мол. масса 88 000) представляет собой димер из двух идентичных субъединиц. Однако у ряда видов обнаружены элект-рофоретически различимые изоферменты. Даже в отсутствие субстрата кофактор (Mg2+ или Мп2+) прочно связывается с ферментом, который при этом подвергается значительному изменению конформации. Ион металла участвует в связывании субстрата с ферментом и, вероятно, в последующих электронных перестройках. Добавление фторида к активно гликолизирующей системе останавливает енолазную реакцию и приводит к накоплению фоофоглице-риновых кислот, возможно, благодаря образованию фторфосфата магния, который связывается с ферментом.

Положение равновесия в енолазной реакции находится около 0,5. Поэтому реакция практически не сопровождается существенным изменением свободной энергии. Однако следует иметь в виду, что фосфат в молекуле 2-фосфоглицерата образует сложноэфир-ную связь

страница 7
< 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
(16.09.2019)