|
|
Биологическая химияуется 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 |
< 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] |