Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

уется одним специализированным для соответствующей стадии ферментом. Эти системы представляют собой либо цепи, либо замкнутые циклы превращений. В равной степени сказанное относится и к процессам, нацеленным на получение различных необходимых живым организмам сложных органических молекул. В настоящей главе рассмотрены системы биохимических реакций, приводящие к синтезу ряда важнейших групп соединений живой природы — Сахаров, лнпндов, аминокислот, нуклеотидов, некоторых коферментов и кофакторов. Для аминокислот рассмотрены также некоторые превращения, имеющие биоэнергетическое значение, которые используются живыми организмами в условиях недостатка углеводов и жиров н относительного избытка белков. В заключение главы на приведенном в ней материале, равно как и на материале гл. 8, сделана попытка сформулировать основные принципы организации систем биохимических процессов в живой природе.

9.1. БИОСИНТЕЗ МОИО- И ПОЛИСАХАРИДОВ

Главным поставщиком Сахаров в природе является фотосинтез. Описанные в § 8.7 фотохимические процессы обеспечивают биосинтез Сахаров необходимым количеством NADP-H и АТФ. Кроме них в превращении С0-_> в углеводы участвует 1,5-рибулозодифосфат (121), который, взаимодействуя с СО), распадается на две молекулы 3-фосфоглицерата, по-видимому, с образованием промежуточного продукта присоединения COi к епольпой форме рибулозодифосфата:

сн,ороГ

h-cUoh s=r I

н-с-он

CHjOPOJ m

CHjOPOj

C-OH

II

C-OH

I

н-с-он I

CHjOPOj"

+ co2

^HjOPOj"

HO-C-COO-I

c=o I

H-C-OH I -CH,OPO,

+ H20

CHjOPOj .2 CHOH (ai) COQ-

Этот процесс катализируется находящимся в строме хлоронластов ферментом рибулозодифосфат карбоксилазой.

Дальнейшее превращение идет по цепочке реакции, представляющих собой в

3G7

» о,росн,снон - coo-

3-фосфоглиц«рат PPP-Ado

PP-Ado

«OjPOCHjCHOH-C-opoJ

1,3-дифосфог лицорат NADP ?? A DP*

1 0,росн,снон-с^°

глицоралкдагид-З-фосфа!

'O.POCHf-C-CH.OH

дигндроксиацетоифосфат

о

O,POCH,-CH(OHr-CH(OH)-CH(OH)-C-<:H1OPOj"

Fru-l,6-PP

'OjPOCHrCHIOHh-CHCOHr-CHIOHJ-C-CHjOH

Fru-oP

l)-I-CH,<

•OjPOC^-CHtOHJ-CHfOHbCHlOHJ-CHtOHJ-C^

Glc-бР

I полисахариды!

Рис. 104. Превращение 3-фосфоглицерата в гекоозофосфат в цикле Кальвина

основном обращение стадий гликолиза. Схема процессов, приводящих в итоге образованию молекулы глюкозо-6-фосфата, приведена па рис. 104. От приведен ных в § 8.2 процессов ее отличает лишь восстановление 1,3-дпфосфоглпцерата которое в рассматриваемом случае проходит с помощью NADP ·II, в то время как при гликолизе окисление глицеральдегид-З-фосфата, приводящее к образованию 1,3-дифосфоглпцерата, происходит с помощью NAD*. Кроме того, превращение фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-С-фосфат происходит путем гидролиза фосфоэфирной связи, катализируемого фруктозодифосфатазий, в то время как в гликолизе на фосфорилирование фруклозо-С-фосфата затрачивается макроэрги-ческая связь в молекуле АТФ. 368

В итоге этого превращения па каждую образовавшуюся молекулу глюкозо-6-фосфата расходуются по две молекулы NADP Ни АТФ, полученные на световой фазе фотосинтеза. Поскольку они превращаются соответственно в NADP* и АДФ, то снова используются в световой стадии фотосинтеза для регенерации NADP -II и АТФ. Однако в дополнение к ним необратимо расходуется одна молекула рибу-лозо-1,5-дифосфата и для продолжения процесса должна существовать система регенерации этого соединения. Из чисто балансовых соображений следует, что из каждых шести образовавшихся молекул гексозо-б-фосфата, на которые израсходовано шесть молекул рибулозо-1,5-дпфосфата, пять должны быть направлены на регенерацию шести молекул этого производного. В этой регенерации участвуют две молекулы фруктозо-6-фосфата и шесть находящихся в равновесии с ним молекул триозофосфатов. Они должны без потерь атомов углерода перейти в шесть пяти углерод ных фрагментов.

Два таких фрагмента С'.5' образуются из двух фрагментов С 61 путем переноса двууглеродных фрагментов от гексозы иа триозу. При этом фрагменты С 31 превращаются в С'5', но из гексоз при этом получаются фрагменты СМ). Они объединяются еще с двумя фрагментами С31 с образованием гептоз С171. Молекулы С'4' и С|7) не имеют самостоятельного значения для фотосинтеза. Иа завершающем этапе перестройки углеродных скелетов происходит перенос двууглеродных фрагментов от двух С<71 на два С 31 с образованием четырех пентоз. Окончательно схема переконструирования углеродных скелетов гексоз и триоз может быть записана в виде

2С,6> + 2С131 —» 2С|5,+ 2С1'41 2С<4) + 2С'13» —¦ 2С|7) 2С«7» + 2С,3> —» 4С<51 В сумме эти три превращения приводят к следующему итогу:

2G<61 + 6С'3' —» бС'51 '

Конкретное химическое содержание этих перестроек представлено следующими тремя реакциями, две из которых' — первая и последняя — катализируются ферментом трапскетолазой, а средняя — алъдолазой. Первый фермент содержит в качестве кофактора тпамнппирофосфат (см. jj 4.1). Перед последней перестройкой происходит удаление остатка фосфорной кислоты из положения / гептозы, катализируемое ферментом седогептулозо-дифосфатазой:

CHjOH

U он он сн2он

но-с-н с с с=о

н-с-он + н-с-он = н-с-он + но-с-н (Ш.г)

I 1,1 I

H-C-0H СН,0Р0з н-с-он н-с-он

I I I

СН20Р0з" СН20Р0з" СН,0Р0|"

CHjOPO^-

c=o I

CH-,??

q ?

у

н-с-он

н-с-он ? ?-

СНгОРОз

CHjOPO?"

г

но-с-н I

Н-С-ОН Н-С-ОН

н-с-он I

СНгОРОз

(п.з)

125-

снгон

I 2

с=о-I

но-с-н I

- н-с-он н-с-он н-с-

с

он

HjOPOj

V

I

н-с-он ·

СНгОРОз

16)

с«яаг«огулозо-1,7-днфосфат

125

У

I

Н-С-ОН

Н-С-ОН I

н-с-он

I 7-

CHjOPO^

СН2ОН

с=о

I

НО-С-Н

I

н-с-он

I , СН,ОРО,

fa.*)

рибоэо-5-фосфат

кеилуло»о-5-Фосфат

садогептулозо- 7-фосфат

Таким образом, итогом перестроек углеродного скелета является образование расчете на 30 углеродных атомов двух молекул рпбозо-5-фосфата и четырех молекул ксилулозо-5-фосфата. Оба эти пентозофосфата изомеризуются с образованием шести молекул рпбулозо-5-фосфата с помощью двух изомераз — рибозо-фосфат изомераэы и рибулозофосфат-З-эпимеразы (см. § 4.5). Регенерация завершается переносом остатка фосфорной кислоты от АТФ на рибулозо-5-фосфат,

катализируемым фосфорибулокипазой:

сн20Н

С=0 I

но-с-н

I

н-с-он

I

сн2оро

2-

(а I

сн2он н-с-он

I

н-с-он I 2. СН2ОРОз

(6)

н о

У

I

н-с-он

I

н-с-он

н-с-он I

сн2оро;

(В I I +PPP-Ado

СН2ОР032"

н-с-он I

н-с-он

IE

сн20Р05"

370

«bu-1.S-PP(PClJiP|

6PP-Ado бРРР-Ado 6С«ЧР

.Rib,

( 2|2Cl'iP(x+u)

"?

3pcL>

Glc-GP -»н ПОЛИСАХАРИДЫ |

?-----------1

Рис. 105. Полная схема темновых стадий фотосинтеза (цикл Кальвина) в упрощенной символике:

? - число углеродных атомов, ket - кетоза, aid - апьдоза, ас - карбоно-вая кислота; цифры над стрелками обозначают число реагирующих молекул

Вся совокупность процессов, представленная реакцией1 (IX.1), процессами, изображенными на рис. 104 (за исключением изомеризации фруктозо-С-фосфати в глю-козо-6-фосфат), и реакциями (IX.2) — (IX.5), называется цик.ю.и Кальоииа. Полное стехиометрическое уравнение цикла Кальвина в расчете на поглощение шести молекул С02 записывается в виде

6C02 + 12NADP-H + 18PPP-Ado —·*

(П. 6)

-- C6H,206+ 18PP-Ado + i8hpo4 +12NADP

NADP-H расходуется в единственной во всем цикле окислительно-восстановительной реакции — восстановлении 1,3-дифосфоглицерата. Расходуется 12 молекул АТФ на фосфорилирование З-фосфоглицернта и С на фосфорнлнрование рнбу-лозо-5-фосфата. В упрощенной для наглядности символике полная схема цикла Кальвина представлена на рис. 105.

Уравнение (IX.6) предполагает, что весь фиксированный С1Ь используется для создания новых моЛекул гексоз и далее полисахаридов. Практически часть образующихся углеводов используется для других бноспптстичсскнх нужд растптель-

."471

ных клеток. В частности, рпбозо-5-фосфат частично расходуется па синтез новых молекул нуклеотидов. Этот и лпюгочисленные другие процессы, связанные с расходованием компонентов цикла Кальвина, могут происходить только за счет уменьшения количества накапливающихся гексоз, так как полная регенерация рибулозо-1,5-дифосфата является необходимым условием функционирования цикла.

У животных синтез Сахаров из С02 и других одпоуглеродных и двууглеродпых предшественников отсутствует. Существует, однако, механизм, позволяющий осуществлять синтез моносахаридов и последующее превращение их в полисахариды из трехуглеродных фрагментов — участников гликолиза и четырехуглерод-ных фрагментов — участников цикла трикарбоновых кислот. Этот путь реализуется в условиях дефицита углеводов в продуктах питания и при наличии других компонентов, способных служить источником трех- и четырехуглеродиых фрагментов. Такими компонентами могут, в частности, служить некоторые аминокислоты, например алаиин, превращающийся в реакции переамппироаання в пируват (см. § 4.2 и 9.4), и аспартат, превращающийся при переамипировапин в окса-лоацетат. Биосинтез моносахаридов из пирувата называют глюкоиеогенезом.

Первой стадией глюконеогенеза является превращение пирувата в фосфоеиол-пируват. Как видно из табл. 8.3, непосредственный перенос остатка фосфорной кислоты от АТФ на пируват термодинамически пе выгоден. Поэтому образование фосфоенолпирувата из пирувата происходит после предварительного карбоксилп-рования пирувата по реакции (IV.44) в результате превращения

-0ОС-СН2-СО-СОО" + PPP-Ado —-

—- СН2=С-СОО~ + PP-Ado + С02 (jxj) ОРО3"

Таким образом, на образование фосфоенолпирувата из пирувата затрачиваются две макроэргические связи — одна па карбоксплнрование пирувата, катализируемое пируват карбоксилазой, и одна на фосфорилирование оксалоацетата, сопровождающееся декарбоксилированием, которое катализируется фосфоеполпируоат карбоксикипазой.

Дальнейшие стадии глюконеогенеза являются обращением гликолиза, за исключением превращения фруктозо-1,6-днфосфата во фруктозо-б-фосфат, которое, как и в цикле Капьвипа, происходит путем гид

страница 89
< 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
(20.08.2017)