Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

оА-8СОСН2-СНОН-(СН2-СК2)х.,СН3 + NAD+ =

5=S СоА—SCOCHj—СО—(СН2—СН2СН3 + NAD-H + Н+ 1Ж35)

4. Перенос фрагмента СО—(СН2—СН2)х.[СНа на SH-группу новой молекулы кофермента А, катализируемый 3-кетоацил-СоА тиолазой:

CoASH + CoA-SCOCH2-CO-(CH,-CH,) ,СН, —*

(Ш 37)

—~ CoASCOCH3 + CoA-SCO(CH2-CH2);(_)CH3

Схема окисления двууглеродного фрагмента СН2СН2 до связанного с кофер-ментом А фрагмента С0СН3 представлена на рис. 100.

Суммарное стехиометрическое уравнение для процессов (VIII.34) — (VII 1.37) записывается в виде

CoA-SCO-CH2-CH2-(CH-CH2)xlCH3 + CoA-SH + CoQ + NAD++ H20 —~

— CoA-SCO-(CH2-CH2)xiCH3 + CoA-SCOCH3 + CoQH2+ NAD-H + H+ (Ш.38)

Образовавшаяся молекула ацилкофермента А с укороченным на два атома углерода ацильным фрагментом вступает в следующий цикл деградации. Процесс 352

Рис. 100. Схема одного цикла окислительной деструкции СН2СН2-группы жирной кислоты

После каждого цикли ' уменьшается на единицу. Нумерация стадий соответствует приведенной в тексте. ЦП.') - цепь переноса электронов. В прямоугольные рамки заключены молекулы АТФ, образующиеся в цепи переноса электронов при окислении NAD-? и CoQH,. Входящая в цикл превращения ObbOHo-rpvnna и продукт ее превращения - остаток-СОСИ;,, связанный с коферментом А, взяты в

овальные рамки

продолжается до тех пор, пока не образуется ацетоацети л кофермент А, при взаимодействии которого с молекулой СоА образуются две молекулы ацетилкофермента А:

CoA-SCOCH2COCH3+ CoA-SH —* 2CoA-SCOCH3 (Ш.39)

С учетом превращений, претерпеваемых коферментом Q и NAD*, полное уравнение для окислительной деградации остатка жирной кислоты с четным числом углеродных атомов можно записать в виде

CaA-SCO(CH2-CH2)x СН3 + xCoA-SH + *CoQ + ????*

—- (х + 1 )CoA-SC0CH3+ xCoaH2+ xNAD-H (ШЛО)

Если окисление CoQlb и NAD-II далее осуществляется в цепи переноса электронов и сопровождается окислительным фосфорнлированием, то биоэнергетический итог превращения одного ацильного остатка, содержащего (2а: 4- 2) атома С до (х + 1) ацетильного остатка, состоит в образовании Ьх молекул АТФ. Это еще не полный итог, поскольку дальнейшее сгорание ацетильного остатка ацетилкофермента А до С02 и ??,? сопровождается дополнительным запасанием энергии (см. $ 8.4).

Если деградации подвергается ацпльпып остаток, содержащий нечетное число атомов углерода, а также при деградации некоторых аминокислот цепочка процессов завершается образованием пропионнл кофермента А. В этом случае шюнг-

I ХОДИТ ППрйпямш.г"" -------- -

путем присоединения молекулы СОг, катализируемого пропионил-СоА карбоксила-эой и далее изомеризация образовавшегося метнлмалонилкофермента А в сукци-нил-кофермент А при участии фермента метилмалонил-СоА мутазьг.

СоА-5СОСН2СН3 + С02 + PPP-Ado

=t СоА—SCOCHCH3 + PP-Ado + ???2," COQ-

СоА-5С0СНСН3 —- CoA-SCOCH2CH2COO_

coo" <ш*2>

Кофактором последнего фермента является витамин Вп, содержащий кобальт (см. S 2.6). Образующийся сукцинилкофермеит А, как показано ниже, далее деградирует по общей схеме в цикле трикарбоновых кислот.

8.4. ЦИКЛ ТРИКАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

Полное сгорание как жирных кислот, так и углеводов требует окисления до СОг и воды ацетильного остатка, связанного с коферментом А. Сгорание происходит в системе реакций, называемых циклом трикарбоновых кислот или по имени сформулировавшего его исследователя — циклом Кребса. Эта система реакций начинается с присоединения ацетильного остатка ацетилкофермента А к оксало-ацетату (соль щавелевоуксусной или кетоянтарной кислоты) с образованием соли трикарбоновой лимонной кислоты — цитрата. Далее цитрат претерпевает ряд последовательных превращений, сопровождающихся двумя актами декарбоксилирования, т.е. выделения СОг, ив конечном итоге приводящих к регенерации оксалоацетата. Ниже перечислены все стадии цикла трикарбоновых кислот.

1. Взаимодействие ацетилкофермента А с оксалоацетатом, катализируемое ферментом цитратсинтазой, заключающееся в присоединении атома С метальной группы ацетильного остатка к карбонильному углероду оксалоацетата и одновременном гидролизе тиоэфирной связи:

f0°" СОО"

CoA-SCOCH3 + С=0 + Н20 -ООС-СНГС-ОН + CoA-SH {ШМ) сн2 {н2 соо со<г

2. Изомеризация цитрата в изоцитрат, катализируемая ферментом аконитазой и проходящая через промежуточное образование аконитата путем дегидратации цитрата и последующей гидратации аконитата с превращением его в изоцитрат:

CHjCOO" СН2С00" СН2СОСГ

-ООС-(|-СН2СОСГ =: "00С-С=СН-С00" = "ООС-СН-СНОИ-СОО- (ШЛИ) ОН

цитрат аконитат имцитрат

3. Окисление гидроксигруппы изоцитрата до карбонильной группы с по-

354

мощью NAD*, сопровождающееся элиминацией карбоксильной группы в /^положении к образовавшейся кетогрунпе, катализируемое изоцтпритоегидрогенаэой:

СН:

СОО

"О О С—С Н—С НО Н—С О О- + NAD

СН2СОО. "ООС-СН—СО—СОО"

+ ? ?0?

—- О О С-С Н2-С Н2-С О-С 00" + С 02

(т. 45)

«t-кетоглутарат

4. Окислительное декарбоксилирование о-кетоглутарата, катализируемое о-кетоглутарат дегидрогеназой, входящей в состав о-кетоглутарат дегндрогепаз-ного комплекса (см. § 4.1), приводящее к образованию сукцппмлкофермопта А и выделению второй молекулы С0->:

_ООС-СН2-СН2-СО-СОО~ + CoA-SH + NAD+ —

—¦» CoA-SC0CH2CH,C00~ + NAD'H + СО,

(Ш. 46)

5. Фосфорилирование ГДФ, сопряженное' с 'Гидролизом ыакроэргпческой тиоэфирной связи в сукцппнлкофермепто А, каталнзнруемое''.сфК^?<н<Ш?('&.4 лигазой. (образующей ГДФ) и приводящее к освобождению сукцппата (фермент известен под неудачным названием сукцппат тпокпиазы, тогда как к кипазам принято в основном -относить ферменты, катализирующие перенос ортофосфата):

CoA-SCOCH2CH2COO~+PP-G-uO + НРО4" =

=: CoA-SH + -ООССН2СН2СОО~ + PPP-Guo

(Ш47)

6. Превращение сукцината в фумарат, катализируемое сукцинат дегидрогеназой, входящей в состав комплекса II цепи переноса электронов е коферментом Q в качестве подвижного акцептора электронов (см. tj 8.5):

-ООССН2СН2СОО" + СоО. —- транс-~00ССН=СНОХГ + CoQH2

7. Гидратация двойной связи фумарата с образованием малата (соль яблочной кислоты), катализируемое фумарат гпдратазой:

(ЕШ.48)

"ООС-СН=СН-СО0~ + Н20

"00C-CH-CH0H-C00-

8. Окисление гидроксигруппы малата до кетогруппы, приводящее к регенерации оксалоацетата, катализируемое малат дегидрогеназой:

-00С-СН2-СН0Н-С00~ + NAD

-00С-СН2-С0-С00 + NAD'H + К*

(Ш.Щ

Термодинамические характеристики отдельных стадий цикла трикарбоновых кислот приведены в табл. S.4. В виде схемы цикл представлен на рис. 101.

В ходе цикла трикарбоновых кислот восстанавливается до NAD-11 три молекулы NAD*, пара электронов посылается в комплексы 111 и IV цепи переноса электронов через кофермент () и образуется одна макроэргпчеекая связь в молекуле

12·

355

СН,СОО" НО-С- СОО"

сн,соо"

CoA-S <СОСН./

N---5*

-OOC-CO-CHj-COO-

CHjCOO"

CHCOO"

CHOHCOO"

|3PPP-Ado|

-оос-снон-сн,-соо-

ЦПЭ

NAD H-*^

3PPP-Ado

CH,COO-

н2о

OOC-CH=CH-COO~

CoA-$H

Рис. 101. Схема цикла трикарбоновых кислот (вместе со стадией окислительного декарбок-силирования пирувата):

цепь переноса электронов. Зигзагообразной линией обозначена сумма всех процессов, потреб-

цпэ

ляющих энергию пирофосфатных связей в ГТФ или полученного с его помощью АТФ. В рамках обозначены молекулы АТФ, образующиеся в ЦПЭ при окислении NAD-? и CoQHo. Жирными стрелками обозначена окисляемая в цикле ацетильная группа, образующиеся при ее сгорании молекулы СО'2 обведены кружком. Номера стрелок соответствуют стадиям в тексте

Э2

Таблица 8.4. Термодинамические характеристики отдельных стадий цикла

трикарбоновых кислот

?» п/п Реакция А(!°', кДж/моль

1 Ацетил-СоА + Оксалоацетат + llifl —» Цитрат + С'оА + 11* -31,38

2 Цитарат уае-Аконитат + Н20 +8,37

3 tjuc-Аконитат + Н20 Изоцитрат -2,09

4 Изоцитрат + NAD* ?-Оксоглутарат + С02 + NAD11 -8,37

5 о-Оксоглутарат + NAD* + СоА Сукцинил СоА + С02 + NADI1 -30,12

? Сукцинил-СоА + Р, + GDP ?=± Сукцинат + GTP + СоА -3,35

7 Сукцинат + FAD Фумарат + FADH2 0

8 Фумарат + Н20 Малат -3,77

9 L-Малат + NAD* ^ Оксалоацетат + NAD11 + 11* +29,71

ГТФ. С учетом АТФ, образующихся в цепи переноса электронов при окислении NAD ? и CoQH2, сгорание ацетильного остатка в цикле карбоновых кислот сопровождается образованием 11 молекул АТФ и одной ГТФ, т.е. образованием 12 макроэргических пирофосфатных связей (12 биоэнергетических эквивалентов). Итоговое стехиометрическое уравнение цикла трикарбоновых кислот можно записать в виде

СоА—SC0CH3+ 3NAD++ CoQ + PP-GuO + HP04" —

1Ш.50)

—- CoA-SH + 3NAD-H + CoQH2 + PPP-GuO + 2C02

8.5. ЦЕПЬ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

Окислительное фосфорилировапие происходит в сложной системе, состоящей из значительного числа ферментов и переносчиков электронов. Эта система функционирует в мембранах, в случае митохондрий — в составе внутренней митохон-дриальной мембраны. Ее удается разделить на несколько сохраняющих активность комплексов, каждый из которых осуществляет одну из главных стадий цепи переноса электронов. Обычно эти комплексы обозначают как комплексы I, II, III и IV или квалифицируют как ферменты, катализирующие некоторый осуществляемый компонентами комплекса окислительно-восстановительный процесс.

Комплекс I катализирует двухэлектронное окисление NAD 11 специальным промежуточным переносчиком электронов — убихиноном или коферментом Q. Последний может существовать в окисленной хиноидной (120 а) и восстановленной гидрохинонной формах (120 б), в дальнейшем обозначаемых сокращенно как CoQ и CoQH2 *

'Приведена структура с 10 изопентеновыми фрагментами. Встречаются разновидности кофермента с другим числом фрагментов.

357

СНз СН3

o^Y^(ch2-ch=c-ch2 ch3o^V^(ch2-ch=c-ch,) -?

о он 2,0

120а 1205

Суммарный процесс, катализируемый комплексом I, описывается стехиометричес-ким уравнением

NAD-? + Н+ + Cod — NAD++ CoQH2 (Ж 51)

Таким образом, комплекс является NAD ·1? кофермент Q оксидоредуктазой.

Комплекс II представляет собой систему, катализирующую окисление группы —CRy-СНУ

страница 86
< 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

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.10.2017)