Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

со вторичной спиртовой группой, а в результате енолазной реакции происходит образование фосфатного эфира енольного таутомера пирувата. При рН 7 равновесие сильно сдвинуто в сторону кетоформы, и изменение свободной энергии, сопряженное с гидролизом фосфорного эфира этого енола, необычайно велико; AG°«—12 000 кал/моль, т. е. вполне достаточна, чтобы разрешить перенос остатка фосфорной кислоты на ADP.

14.4.2.10. Пируваткиназа

Перенос фосфата от фосфоенолпирувата к ADP катализируется пиру ваткиназой (мол. масса 240 000), которая, как предполагают, состоит из четырех идентичных субъединиц.

соон

к*

соон

+ ADP ^

с—он + атр

II

сн2

фосфоенолпиро-винограЭная кислота

енолпиро-винограЭная кислота

Для действия этого фермента абсолютно необходим Mg2+; фермент подавляется Са2_г и функционирует только в присутствии до-

574

III. МЕТАБОЛИЗМ

вольно высоких [К+]. Зависимость от К+ особенно выражена для обратной реакции, которая даже при Vmax проходит только со скоростью 0,2% скорости прямого процесса. Необычная потребность в К~, согласно предположениям, объясняется необходимостью в иммобилизации карбоксильной группы фосфоенолпирувата. Последняя образует стабильный тройной комплекс с ферментом и Mg2J~, но сродство фермента к субстрату в 10 раз возрастает при добавлении К+.

Пируваткиназа является следующим после фосфофруктокиназы ферментом гликолиза, действие которого подчинено строгому ре-гуляторному контролю. У млекопитающих известны две формы фермента, в печени (L-форма) и в мышце (М-форма), сильно отличающиеся по своему регуляторному поведению, которое в каждом случае соответствует метаболическим потребностям клетки, где функционирует фермент.

Кинетика катализируемой М-формой фермента реакции описывается гиперболической кривой. При высоких [АТР] последний приобретает характер ингибитора; кинетика процесса описывается в этом случае кривой, близкой к сигмоидной, Кт для фосфоенолпирувата возрастает. Напротив, L-фермент в присутствии лишь своих субстратов Mg2+ и К+ четко обнаруживает сигмоидные зависимости, которые становятся более выраженными под действием АТР и аланина. Эти явления могут быть полностью элиминированы путем увеличения [фруктозо-1,6-дифосфата]; кинетическая кривая представляет собой в этом случае уже гиперболу, и Km для фосфоенолпирувата значительно снижается, что свидетельствует как о регуляции по принципу положительной прямой связи, так и о наличии кооперативного аллостерического центра, который должен быть заполнен одной молекулой субстрата, прежде чем каталитический центр сможет воздействовать на следующую молекулу. Это обстоятельство делает каталитическую активность необычной, зависимой от возрастания концентрации субстрата. Описанные закономерности иллюстрируются рис. 14.4.

Три дополнительных контрольных механизма регулируют печеночную пируваткиназу. При всех концентрациях субстратов и эффекторов она ннгибируется как жирными кислотами с длинной цепью, так и ацетил-СоА; сукцинил-СоА является мощным ингибитором, но только в присутствии активирующих концентраций фруктозо-1,6-дифосфата. Поскольку эти отрицательные эффекторы конкурируют за одно и то же место на каждой субъединице, их эффекты аддитивны, а не кооперативны. Когда в клетку поступает достаточное количество этих материалов, они сами становятся предпочтительными субстратами окислительного метаболизма, компенсируя таким образом прекращение притока пирувата, которое обусловлено их ингибирующим эффектом на пируваткиназу.

Фермент из Е. coli характеризуется чувствительностью к GTP.

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

575

[фосфоенолпируват ]

Рис. 14.4. Схематичное изображение механизма, контролирующего пируваткиназу. Для фермента из мышц: 1—фермент с его нормальными субстратами; 2 — действие АТР при одной повышенной концентрации. Для фермента из печени: 1 — эффект фруктозодифосфата иа систему в присутствии фермента и субстратов; 2 — фермент с его нормальным субстратом; 3 —· эффект повышения концентрации АТР, 4 — эффект повышения концентрации н АТР, и аланина. Очевидно, что изменение концентрации одного из компонентов системы — фруктозидифосфата, и АТР и аланина — на фоне постоянных концентраций других компонентов приводит к показанным иа рисунке изменениям.

В жировой ткани содержится L-фермент, в то время как фермент почек ведет себя так, как можно было ожидать от гибрида обеих форм, а именно обнаруживает кооперативность с фосфое-нолпируватом (рис. 14.4, кривая 2), причем это явление не усиливается под действием АТР и не снимается фруктозодифосфатом. Фермент эмбриональной печени является М-формой; количество его быстро снижается после рождения, и он заменяется взрослой L-формой. Фермент дрожжей в общем напоминает L-форму.

14.4.2.11. Образование молочной кислоты

Напомним, что превращение глицеральдегид-3-фосфата в 3-фос-фоглицериновую кислоту достигается при восстановлении NAD+ в NADH. В сравнении с обеспечением углеводами ресурсы NAD+ в клетках сравнительно невелики, и поэтому если бы NADH, образуемый при окислении глицеральдегид-3-фосфата, не окислялся снова, анаэробный гликолиз должен был бы прекратиться с того момента, как весь NAD+ был бы восстановлен в NADH. Это пред-

576

III. МЕТАБОЛИЗМ

отвращается действием лактатдегидрогеназы, которая катализирует реакцию

СООН СООН

I I

С=0 + NADH + Н+ НСОН + NAD+

СН3 СН3 j

Такое сопряженное взаимодействие между указанными двумя реакциями гликолитической последовательности может быть выражено следующим образом:

р1 + гли!лерагьЭегид-3-фосфат f NAD+ >^мопочцая кислота

1.3-Эифосфоглицери- ^NADH "^^" пировинограднап новая кислота + кислота

Н+

Положение равновесия лактатдегидрогеназной реакции, подобно таковому для всех реакций, включающих какую-либо оксикис-лоту и NAD+, сильно сдвинуто в сторону образования молочной кислоты, а не продуктов ее окисления. В связи с этим гликолиз протекает с накоплением двух молей лактата на один моль глюкозы. Лактат — это своеобразный тупик в метаболизме; однажды образовавшись, он не может превращаться иначе, как путем обращения лактатдегидрогеназной реакции и образования вновь пировиноградной кислоты в аэробных условиях. В противоположность фосфорилированным промежуточным продуктам гликолиза лактат и пируват не «заперты» в клетках, где они образуются. Поэтому in vivo лактат диффундирует из активно гликолизирую-щих мышечных клеток и переносится в печень с током крови (разд. 15.5.3).

Лактатдегидрогеназа представляет собой тетрамер из четырех субъединиц (мол. масса каждой 35000). У животных электрофо-ретически различимы субъединицы двух типов. Они обозначаются как ? и ? для скелетной мышцы и сердца соответственно; лактатдегидрогеназа мышцы в основном представляет собой М4, в то время как фермент сердца — главным образом Н4. Однако все возможные гибриды ?3??, М2Н2 и ???3 найдены в различных тканях. Свойства Н4-фермента, который легко ингибируется пнру-ватом, делают его особенно полезным для такого высокоаэробного органа, как сердце, где происходит и удаление лактата из кровотока, и его окисление до пирувата, который сразу подвергается

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. 1

577

дальнейшим окислительным превращениям в митохондриях. Напротив, М4-фермент не подавляется пируватом и потому полезен для мышцы — органа, где происходят мощные вспышки анаэробного гликолиза. Лактатдегидрогеназная мощность в мышце и печени превышает таковую для всех других ферментов гликолити-ческой последовательности.

14.4.2.12. Спиртовое брожение

Последовательность реакций, приводящая к образованию пирувата в анаэробном метаболизме глюкозы у многих микроорганизмов, особенно у дрожжей, идентична с таковой у животных тканей. В отличие от обратимого синтеза лактата, описанного выше, у дрожжей пируват подвергается необратимому декарбокснлиро-ванию до ацетальдегида под действием пируватдекарбоксилазы (последняя отсутствует в тканях животных).

Mg2+

CHgCOCOOH -»- сн3сно + со2

Молекула фермента (мол. масса 175000) связывает четыре молекулы тнаминпирофосфата — необходимого кофактора для этой реакции. Как и при окислении пирувата (разд. 12.2.1), начальная стадия процесса заключается в образовании оксиэтилтиаминпиро-фосфата, однако в дальнейшем не происходит переноса окси-этнльной группы и комплекс распадается на свободный ацетальдегид с регенерацией кофермента. Образованный таким путем ацетальдегид восстанавливается NADH в реакции, которая катализируется алкогольдегидрогеназой.

сн3сно + NADH -f н+ ¦<—*- CH3CH2OH -f NAD+

Таким образом, в клетках дрожжей возникающий при окислении глицеральдегид-3-фосфата NADH служит для восстановления ацетальдегида, а не пирувата.

Если спиртовое брожение происходит в присутствии NaHS03, последний связывается с ацетальдегидом, образуя продукт присоединения, недоступный для реакции с NADH. При этих условиях NADH используется глицерол-3-фосфат—дегидрогеназой для восстановления диоксиацетонфосфата (разд. 14.4.2.4). У анаэробных дрожжей при таких условиях образующийся глицерофосфат быстро гидролизуется фосфатазой до глицерина и Р,-.

14.4.3. Гликолиз и окисление пирувата; выход АТР

В полном процессе превращения глюкозы в лактат не потребляется 02. Несмотря на то что процесс включает две окислительно-восстановительных реакции, а именно окисление глицеральде-гид-3-фосфата до 1,3-дифосфоглицерата (путь 8, рис. 14.2) и вое-

578

III. МЕТАБОЛИЗМ

становление пирувата в лактат (путь 13), суммарного изменения степени окисления в результате гликолиза не происходит, что объясняется участием NAD+ в перераспределении восстановительных эквивалентов.

Теперь можно рассчитать выход полезной энергии, получаемой при гликолизе, который начинается от глюкозы: при каждой ки-назной стадии фосфорилирования глюкозы и фруктозо-6-фосфата (пути 1 н 4) потребляется по 1 молю АТР, 2 моля высокоэнергетического фосфата передаются на ADP для регенерации АТР в ходе реакции 9, когда 1,3-дифосфоглицерат превращается в 3-фос-фоглнцерат, и еще 2 моля АТР генерируются при реакции 12, когда фосфоенолпируват отдает свой фосфат ADP. Таким

страница 8
< 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
(21.11.2019)