Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

ролиза фосфоафирпой связи. В итоге полное стехиометрическое уравнение глюконеогенеза можно записать в виде

2СН3С0С00~ + 2NAD-H + 6PPP-Ado + 2Н20 —-

2. + (П. 8)

—- GLc-бР + 6PP-Ado + 5НР04 + 2NAD

Сравнение с уравнением (VIII.24) для гликолиза показывает, что иа образование глюкозо-6-фосфата из пирувата расходуется шесть биоэнергетических эквивалентов в расчете на одну молекулу глюкозы, в то время как превращение одной молекулы глюкозо-б-фосфата в две молекулы пирувата при гликолизе приводит к образованию всего трех макроэргпческих связей. Эта разница обеспе-372

чивает протекание как гликолиза, так и глюконеогенеза с отрицательным значением ?6°, которое в первом случае составляет —56,3 кДж/моль, а во втором — 35,2 кДж/моль.

В' тех случаях, когда у животных основным источником для обеспечения энергией и углеродсодержащими фрагментами для различных биосиитетических целей являются гексозы и построенные из гексоз полимеры, необходимо образование пентоз для синтеза нуклеотидов. Это осуществляется с помощью следующей цепочки превращений.

1. Окисление глюкозо-б-фосфата до глюконолактопа, катализируемое глюкозо-6-фосфат дегидрогеназой:

Ш. 9)

1. Гидролиз 6-фосфоглюкоиолактона до 6-фосфоглюкопата, катализируемый глюконолактпоназой:

СН2ОР03

соо-н-с-он

1и н-<гон

?'а. ю)

Н-С-ОН СН2ОР03"

3. Сопровождающееся декарбоксилированием окисление 6-фосфоглюконата, приводящее к образованию рибулозо-5-фосфата:

CO0"

н-с—он I

но—cj;—н н-с—он н-с—он скоро?

+ NADP

соо"

н-с1 :-он сн2он

Г° I __ с=о

Н-1 :—он н-с-он

Н-( ¦ :-он н-с-он

.HjOpoj" СН20Р0

+ COj+NADP-H

(П.11)

катализируемое фосфоглюкоиатп дегидрогеназой (декарбоксилирующей).

4. Изомеризация рибулозо-5-фосфата с образованием рнбозо-5-фосфата, катализируемая рибозофосфат изомеразой.

В ходе превращения глюкозо-6-фосфата в pi [6озо-5-фосфат восстанавливаются две молекулы NADP*, что при регенерации их окислением молекулярным кислородом в цепи переноса электронов приводит к фосфорилировапню шести молекул АДФ. Таким образом, в расчете иа шесть окисленных в этом процессе атомов углерода может образоваться 36 молекул АТФ, что лишь па две молекулы меньше, чем при полном сгорании одной молекулы глюкозы при гликолизе и в пос-

373

ледующем цикле трикарбоновых кислот. Поэтому процесс может иметь и биоэнергетическое значение. Однако если описанные реакции обеспечивают биоэнергетику живой системы, то для эффективного использования глюкозы необходима дальнейшая утилизация накапливающихся пентозофосфатов. Это достигается их превращением в гексозы путем перестройки углеродного скелета, в основном являющейся обращением перестройки гексоз в пентозы в цикле Кальвина. Схема>превращений углеродного скелета может быть записана в виде

CIS) + rj<5>

С<7) + С13' СИ) + rjts)

G<3) _

-» С(7> + С13' -+ С(6» + СИ) -» с»61 + С131 1/2С16'

Новой по сравнению с реакциями цикла Кальвина является лишь вторая перестройка, катализируемая ферментом трапсалъдолаэой:

СН20Н

С=0 I

но-с-н I

н-с-он I

с-с—он I

с-с—он

0:

+ и—с—он I

CHoOPOi

тоаисальлолаза

СН20Р02'

седогептулозо-7-фосфат

глицеральдегид-3-фосфат

0\ ?

II—с—он

I

и—с—он

ClloOPOf

эритрозо-4-фосфат

СНоОП

I "

С=0

I

+ но-с-н

I (IX. 12)

н-с-он I

и-с-он I

c1u0p02-

3

фруктозо-6-фосфат

Для первой, равно как и для третьей стадии необходим ксплулозо-5-фосфат, который, как и в цикле Кальвина, находится в равновесии с рпбулозо-5-фосфа-том в результате действия фермента рибулозо-5-фосфат З-эпимеразы. Первая и третья реакции, участвующие в переконструировании углеродного скелета, протекают по обращенным уравнениям (1Х.4) и (1Х.2), а последняя представляет собой уже многократно упоминавшуюся альдольную конденсацию глицеральдегид-3-фосфата и дигидроксиацетонфосфата, приводящую к образованию фруктозо-1,6-дифосфата. Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат гидролизуется фруктозо-' дифосфатазой до фруктозо-б-фосфата. В результате из трех молекул пентозофос-фатов образуется две с половиной молекулы фруктозо-6-фосфата, которые после изомеризации в глюкозо-С-фосфат возвращаются в цикл и снова подвергаются окислению и декарбоксилированию.

Живая природа чрезвычайно богата различными олиго- и полисахаридам Несмотря на это многообразие можно сформулировать некоторые достаточн общие принципы биосинтеза полимерных Сахаров. Прежде всего это участие и

374

стадии образования олигомеров и полимеров нуклеозиддифосфатсахаров. Эти соединения получаются при взаимодействии фосфатов моносахаридов с соответствующими нуклеозидтрифосфатами, например

где X = Urd, Ado или Guo; В = Ura, Ade или Gua.

Эти процессы катализируются соответствующими нуклеотидилтрансферазами: в случае процессов (IX. 13) соответственно глюкозо-\-фосфат уридилилтрапсфера-зой, 1люкозо-1-фосфат аденилилтрансферазой и глюкозо-1-фосфат гуапилилтран-сферазой.

Нуклеозиддифосфатсахара (НДФ-сахара) являются донорами гликозильных остатков при биосинтезе олиго- и полисахаридов. Например, сахароза (126) — основной компонент тростникового и свекловичного сахара — образуется при взаимодействии УДФ-глюкозы с фруктозой, катализируемом сахароэосиптазой:

СН2ОН

(Я.!*)

Н-С-ОН J2S СН2ОН

УДФ-глюкоза служит донором гликозильных остатков и при синтезе полисахарида гликогена, катализируемом гликогеисиптазой. Аналогично протекает и синтез крахмала, однако мономером в этом случае может служить АДФ-глюкоза, а фермент, катализирующий это превращение, называют крахмалсиюпазой. Общее уравнение биосинтеза линейной цепи этих двух полисахаридов записывается в виде

(О. IS)

(здесь X = Urd, Ado).

По аналогичной схеме, но с образованием /9-гликозидных связей происходит образование целлюлозы из ГДФ-целлюлозы, катализируемое целлюлозосиптазой (образующей ГДФ).

Нетрудно убедиться, что в расчете на одну образовавшуюся гликозидную связь расходуется одна пирофосфатная связь в молекуле АТФ. Действительно, после прохождения реакции гликозилирования нуклеотидный остаток освобождается в виде нуклеозидд!(фосфата. Для его превращения в нуклеозидтрифосфат с целью повторного использования в реакции (IX. 13) необходим перенос на него одного фосфата по реакции

375

РР—Urd + PPP-Ado —— РРР—Urd + РР—Ado

или аналогичной реакции для других нуклеотпдои. Встраиванию гликозильны остатков в олиго- и полисахариды предшествует большое число их превращений в составе нуклеознддифосфатсахаров, что является важной чертой биосинтеза Сахаров. Так, уже говорилось, что урпдипднфосфатгалактоза образуется преимущественно путем эппмернзацпн в положении 4 в урпдпидифосфатглюкозе (см. § 4.5). Образовавшаяся УДФ-галактоза далее используется в синтезе содержащих остатки галактозы олнго- п полисахаридов.

Например, синтез молочного сахара лактозы, катализируемый лактозосинта-зой, протекает по реакции

CHjOH

сн,он

он

+ pp-u>d (a. is;

он он

В качестве примера более сложного превращения, протекающего с пуклеозпд дифосфатсахарами, можно привести биосинтез УДФ-пдуропата, принимающего участие в образовании полисахарида соединительной ткани дерматапсульфата (см. § 2.2). На первой стадии УДФ-глюкоза превращается в УДФ-глюкуронат по реакции

??? С00-

HO^-f O-PP-Urd + 2NAD++ Нг0 ~~ H({^H_X0_pP_lJrd + 2NAD-H + 2Н+ (?.?7). он ' ' ~н

катализируемой УДФ-глюкоза дегидрогеназой. Затем происходит эпимеризацпя положении 5 УДФ-глюкуроната, в результате чего последний превращается УДФ-Ь-идуронат:

соо-

?н /тО-РР—Urd

СОО"

Urd-PP—0Ч О--I ОН

5Н он

УД4-1.-цдуроиат

Процесс катализируется УДФ-глюкуронат 5' -эпимеразой.

9.2. БИОСИНТЕЗ ЖИРНЫХ КИСЛОТ И ФОСФОЛИПИДОВ

Существует два основных пути биосинтеза липидов. Первый путь основан н синтезе жирных кислот из ацетилкофермента А с дальнейшим превращением их жиры, воска, фосфолипиды и некоторые другие более специализированные би 376

логически активные вещества, например в проетаглаидины. Второй путь имеет в своей основе синтез изопеитеннльпых производных, из которых образуются многочисленные соединения с разветвленной цепью и циклические структуры, в том числе различные терпены и стероиды. Этот путь рассматривается в следующем параграфе.

Биосинтез жирных кислот в главных своих чертах представляет собой обращение пути окислительной деструкции жирных кислот, описанной в § 8.3. Он приводит к кислотам, содержащим четное число углеродных атомов. У эукариот ацетилкофермент А преимущественно образуется в мптохопдрпалыюм матрпкее, в то время как биосинтез жирных кислот проходит в цитоплазме. Поэтому необходим транспорт активированных ацетильных остатков через мптохондриальные мембраны. Для самого ацетилкофермента А эти мембраны непроницаемы. Поэтому транспорт проходит с помощью вспомогательного переносчика, роль которого играет уже описанный в § 8.3 карнитип. Как в матрпкее, так и в цитоплазме осуществляется перенос ацетильного остатка между коферментом А и карнитином, протекающий по уравнению (VIII.33) и катализируемый специальным ферментом карнитин ацетилтрансферазой.

В отличие от окислительной деструкции, которая происходит с ацнльными остатками, связанными с коферментом А, сборка ацильных остатков происходит на специальном небольшом белке, называемым ацил-переиосящий белок, который в дальнейшем обозначается как A CP (acyl carrier protein) или ACP — SH. Его функциональной группой, как и в случае кофермента А, является Sll-rpyniia фосфопантотеина

О Н3С ОН

"0-^-0-CHj-(|-CH-CO-NHCH2CH2CO-NHCH2CH?SH "О Н3С

связанного с белком фосфоэфирпой связью через гмдрокс и группу серина. После образования в цитоплазме ацетилкофермента А часть ацетильных остатков переносится на АСР по реакции

CoA-SCOCH3+ ACP-SH =S CoA-SH + ACP-SCOCH

з

Ш./9)

катализируемой АСР-ацетилтрапсферазой.

Параллельно с этим происходит карбоксилирование ацетилкофермента А по реакции

C0A-SCOCH3 + С02+ PPP-Ado + Н20 —-

2. (ЯМ —> CoA-SCOCH2COO"+ PP-Ado + HP04

приводящей к образованию малонпл кофермента А и катализируемой ацетил-СоА карбоксилазой. Образовавшийся малопнльный остаток также перен

страница 90
< 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
(30.04.2017)