Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

образом, на 1 моль глюкозы в процессе гликолиза с самого начала расходуются 2 моля АТР, а в конце всего процесса образуются 4 моля АТР, т. е. выход АТР в результате составит 2 моля.

На основании этих рассуждений можно определить общую эффективность гликолиза. Около 48 000 кал/моль продуцируется, если расщепление глюкозы проходит только до лактата при стандартных условиях. Имеющаяся информация не позволяет рассчитать истинное изменение свободной энергии AG при физиологических условиях. Однако известно, что при гидролизе в физиологических условиях 2 моля АТР до ADP и Pt- освобождается ~ 24 ООО кал, откуда следует, что при гликолизе 1 моля глюкозы около половины потенциально доступной энергии может быть запасено в виде химической энергии в АТР.

В свете современных представлений о гликолизе интересно еще раз рассмотреть данные Гардена и йонга (разд. 14.4). Обнаруженная в их опытах потребность в Pt- при спиртовом брожении дрожжевых экстрактов, очевидно, отражает необходимость в ?(· в гли-церальдегид-3-фосфатдегидрогеназной реакции, единственной реакции в этой последовательности, в которой Pi действительно участвует. Отмеченный Гарденом и Йонгом факт накопления гексо-зодифосфата в ходе спиртового брожения, вызываемого бесклеточными экстрактами дрожжей, также получил объяснение. Напомним, что в клетках дрожжей, так же как в этих экстрактах, количество адениновых нуклеотидов мало в сравнении с количеством глюкозы. Когда весь присутствующий в экстракте ADP превратился в АТР, последовательность реакций должна остановиться на стадиях 1,3-дифосфоглицерата и фосфоенолпирувата. В принципе в живой клетке АТР утилизируется в разнообразных эндергониче-ских процессах, например при синтезе белка или мышечном сокращении, когда происходит регенерация как ADP, так и Рг. В дрожжевом экстракте эти явления, однако, не имеют места. Единственное средство для утилизации АТР представляет пара кипаз, присутствующих в экстракте и совместно образующих из глюкозы фруктозо-1,6-дифосфат. Суммарный процесс брожения в этих

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

579

экстрактах, следовательно, может быть представлен как результат действия двух частных систем:

2 глюкоза + 2Рг -*¦ 2 этанол + 2СОа + фруктозо-1,6-дифосфат

Накопленный фруктозодифосфат не подвергается дальнейшим превращениям, поскольку равновесие альдолазной реакции заметно сдвинуто в пользу фруктозодифосфата, а не смеси триозофосфатов. Причины отмеченной Гарденом и Йонгом потребности процесса брожения в NAD+ и Mg2+ очевидны и не нуждаются в пояснениях. Соответствующую интерпретацию получило и наблюдение Гар-дена и йонга об изменении характера брожения в присутствии арсената. В настоящее время известно (разд. 14.4.2), что глнце-ральдегидфосфатдегидрогеназа может переносить 3-фосфоглице-ронл на арсенат, образуя продукт, который спонтанно разлагается. При этих обстоятельствах на данной стадии процесса утрачивается необходимость в Р,-, но и не может образовываться АТР. Поскольку в присутствии арсената на каждую сбраживаемую молекулу глюкозы могут генерироваться только две молекулы АТР (на стадии превращения фосфоенолпирувата в пируват), то очевидно, что это количество АТР лишь компенсирует его расход в более ранних киназных стадиях процесса; отсюда следует, что брожение или гликолиз может происходить в отсутствие Р/ до тех пор, пока истощится вся глюкоза, причем эти процессы не сопровождаются ¦накоплением фруктозодифосфата. Накопление фруктозодифосфата в живой клетке представляет собой совершенно бесцельный процесс, так как, даже если при этом и происходит превращение глюкозы в лактат (или этанол + С02), в результате не продуцируется АТР. Понимание этого обстоятельства способствует правильной интерпретации процесса гликолиза.

14.4.3.1. Окисление пировиноградной кислоты

Подобно глюкозо-6-фосфату, шировиноградная кислота занимает центральное положение в метаболизме, поскольку она участвует в нескольких метаболических реакциях, как это показано на рис. 14.5. Пируват может подвергаться обратимому восстановлению до лактата (см. выше), превращаться обратно в глюкозу (разд. 14.6.1), использоваться для образования оксалоацетата или малата (разд. 14.6.1) или трансаминироваться с образованием аланина (также обратимый процесс) гл. 20). Однако главная участь пирувата в большинстве клеток млекопитающих заключает-

глюкоза + 2Рг + 2ADP глюкоза + 2 АТР -«-

фруктозо-1,6-дифосфат + 2ADP

2 этанол + 2С02 + 2АТР

(1) (2)

530

III. МЕТАБОЛИЗМ

глюкозо- б- фосфат

О

молочная_в__^пировинограЭная,^_^_г, „ кислота ___ кислота ^ аланин

яблочная кислота

щавелевоуксусная кислота

S?, -^=>Аи,етил-СоА^Г ацртоуксусная кислоты _^ кислота

С02

Рис. 14.5. Превращения пировиноградной кислоты у млекопитающих.

ся в его окислении до С02 и ацетил-СоА, как это описано в разд. 12.2.1. и кратко рассматривается еще раз ниже.

14.4.3.2. Окислительное декарбоксилирование пировиноградной кислоты

Окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-СоА и СОг, по существу, необратимо.

CHgCOCOOH + Со A—SH 4- NAD+ -СН3СО—SCoA -f СОа + NADH + H+

пировнноград- кофермент ацетил-СоА ная кислота А

Образуемый таким путем ацетил-СоА может быть использован в ряде реакций, таких, как ацетилирование холина или ароматических аминов или в биогенезе ацетоацетата, жирных кислот с длинной цепью и стероидов.

Наш интерес в этом вопросе, однако, сводится к биосинтезу АТР (в физиологических условиях) при полном окислении глюкозы в результате полного окисления пирувата, продуцируемого в гликолитическом пути.

Ход событий в цитоплазме может быть представлен суммарным уравнением

глюкоза 4- ADP 4- 2Рг 4- 2NAD+ ->-

-»-2 пировнноградная кислота + 2ATP-J- 2NADH + 2Н+

ТТируват затем поступает в митохондрии, где он превращается в ацетил-СоА и СОг; это сопровождается генерацией NADH, окисление которого обеспечивает образование 6 молей АТР на глю-козный эквивалент. При дальнейшем полном окислении аце-тил-СоА образуется 12 молей АТР, т. е. еще 24 молей АТР на глюкозный эквивалент. Остается оценить вклад NADH, возникшего в цитоплазме при окислении глицеральдегид-3-фосфата. Как

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

581

указано ранее (разд. 12.2.2), цитоплазматический NADH должен восстановить некоторые метаболиты-переносчики, а именно ацето-ацетат или диоксиацетонфосфат, восстановленная форма которых может проникать через митохондриальный барьер и окисляться соответствующей митохондриальной дегидрогеназой. В зависимости от природы переносчика 2 моля окисляемого таким путем NADH могут давать 4 или 6 молей АТР.

Как следует из суммарного процесса, представленного в табл. 14.2, теоретический общий выход АТР составляет 38 молей на 1 моль окисленной глюкозы.

CeHjjO. + 602 + 38ADP + 38PS-- 6С02 + 6Н20 + 38АТР

Подобный расчет эффективности этого процесса в лучшем случае может быть лишь грубо приближенным. В действительности

Таблица 14.2

Общий выход АТР при превращениях глюкозы в дыхательной системе

Последовательность реакций

Выход АТР

Глюкоза —»- фруктозо-1.6-дифосфат —2

2 Трпозофосфат —»- 2.3-фосфоглицер1шовая кислота +2

2NAD+—-2NADH—>-2NAD+ +6

2 Фосфоенолпнровнноградная кислота —>- 2пировиноградная +2 кислота

2 Пировиноградная кислота —*- 2 ацетил-СоА + 2С02

2NAD+ —- 2NADH —-*¦ + 2NAD+ +6 2 Ацетил-СоА —- 4С02 +24

С6Н,206 + 602 6С02 + 6Н20 +38

процесс сопровождается существенной потерей свободной энергии. Полученная расчетная величина критическим образом зависит от свободной энергии образования АТР при имеющихся в клетке условиях. Последние, а именно [АТР], [ADP] и [Р,], в свою очередь различаются в митохондриях и цитозоле. В стационарном состоянии отношение [ATP]/[ADP] в клетке может увеличиваться от ~500 до 1000, что приводит к существенному возрастанию количества свободной энергии, требуемой для синтеза АТР из ADP. Оценивая свободную энергию, которая могла бы быть освобождена в условиях клетки при простом гидролизе всего количества ADP, образовавшегося в результате окисления одного моля глюкозы, и учитывая при этом, что AG для гидролиза АТР в физиоло-

582

III. МЕТАБОЛИЗМ

гических условиях составляет приблизительно —12 000 кал/моль, можно рассчитать, что ~ 450 ООО кал из потенциально доступных 686 000 кал действительно сохраняются при этом процессе. Эффективность процесса, таким образом, имеет порядок 65%-

14.5. Анаплероз

Как показано на рис. 12.1, в результате каждого оборота цикла лимонной кислоты регенерируется один эквивалент щавелево-уксусной кислоты, необходимый для инициирования следующего оборота цикла. Очевидно, что, если какие-либо промежуточные продукты этого цикла были бы отведены в другие метаболические пути, цикл должен был бы остановиться, если только не возобновится .поступление одного или нескольких требующихся веществ. Эта проблема отчетливо выражена в клетках растений и микроорганизмов, в которых ?-кетоглутарат и оксалоацетат постоянно оттягиваются из цикла для синтеза глутаминовой и аспарагиновой кислот, которые в свою очередь являются предшественниками других аминокислот (гл. 20). Подобные соображения приложимы и к клеткам животных. Процессы, с помощью которых осуществляется восполнение недостающих промежуточных продуктов, носят название анаплероз. Первым указанием на существование анаплероза послужило наблюдение у гетеротрофных нефотосинтезирующих бактерий процесса, в основе которого оказалась следующая реакция:

пировнноградная кислота -)- СОа -*¦ Щавелевоуксусная кислота

Вскоре после этого было установлено, что у животных, получавших ПС02, меченый углерод обнаруживается в гликогене печени. Хотя ни млекопитающие, ни гетеротрофные бактерии не способны к синтезу глюкозы из С02, очевидно, что реакции фиксации С02 все же имеют место в нефотосинтезирующих биологических системах. К числу наиболее важных реакций такого типа относятся реакции, в которых участвуют пировнноградная и щавелевоуксусная кислоты.

Образование оксалоацетата. Главная анаплеротическая реакция в животных клетках и у многих растений и микроорганизмов катализируется пируваткарбоксилаз

страница 9
< 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
(15.09.2019)