Биологический каталог




Основы биохимии. Том 1

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

итохондрий.

Многочисленные выполненные исследования были направлены на установление «пунктов» и механизмов аккумуляции энергии по пути передвижения электронов от NADH к 02. Установлено, что одна молекула АТР образуется во время передвижения пары электронов от NADH к убихинону, вторая — когда восстановленный убихинон восстанавливает феррицитохром с, и третья — во время окисления ферроцитохрома с посредством 02. Таким образом, образование АТР связано с электронпереносящими процессами, которые осуществляются в комплексах I, III и IV. Если учесть, что Eq пары NADH/NAD+ составляет —320 мВ, а пары сукци-нат/фумарат +30 мВ, то становится очевидным, что сукцинат не только не может восстанавливать NAD+, но не приходится ожидать и образования АТР при восстановлении убихинона сукцина-том, поскольку, как уже отмечалось, для синтеза АТР требуется ??'«?250 мВ. Отсюда следует, что окисление сукцината, который поставляет электроны в основную цепь на уровне убихинона, вызывает образование АТР только при переносе электронов на двух последующих участках с более высоким потенциалом. Сложная структура комплекса II (сукцинатдегидрогеназы), вероятно, нужна только для обеспечения восстановления убихинона и не имеет отношения к фосфорилирующей способности мембраны.

12.5.1. Выход энергии в цикле лимонной кислоты

Действие цикла лимонной кислоты включает три стадии, в которых образуется NADH: изоцитрат—??-кетоглутарат, а-кетоглу-тарат—»-сукцинил-СоА и малат—*оксалоацетат. Каждая из этих стадий обеспечивает возможность для образования трех молекул АТР. Дополнительная молекула АТР образуется в результате расщепления сукцинил-СоА (разд. 12.2.2). Окисление молекулы сукцината до фумарата флавопротеидом, а не пиридиннуклеотидзави-симым ферментом приводит к образованию двух, а не трех молекул АТР. Выход АТР на отдельных стадиях цикла лимонной кислоты суммирован в табл. 12.3. На 1 моль потребленного ацетил-СоА используется 12 моль Р,- и образуется 12 моль АТР. Принимая для синтеза АТР из ADP и Р,- в физиологических условиях AG приблизительно равной +12 500 кал/моль, получаем, что суммарный выход энергии в форме сннтезированого АТР выражается как ~ 150 ООО кал/моль в расчете на использованный ацетат. Этот вы-

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

439

Таблица 12.3 Энергетический выход цикла лимонной кислоты

Реакция

Кофермент

Выход АТР на 1 моль ацетил-СоА

Изоцитрат—»-а-кетоглутарат + СОг •а-Кетоглутарат—>-сукцинил-СоА + С02 ¦Сукцинил-СоА + ADP + Р;—«-сукцинат + АТР Сукцинат—>-фумарат Малат—>-оксалоацегат

NAD NAD GDP

3

FAD

2

NAD

3

Всего

12

ход энергии можно сравнить с суммарным выходом энергии при окислении уксусной кислоты до СОг и Н20:

для которого AG°=209 000 кал/моль. Окисление ацетил-СоА в цикле лимонной кислоты, сопряженное с фосфорилированнем, может быть представлено следующим образом:

Теперь можно оценить суммарный выход АТР в результате окислительных процессов в митохондриях, протекающих с восстановлением трех молекул 02 шестью парами электронов, которые получаются из одной молекулы триозы, происходящей из одной половины молекулы глюкозы. Малатный челнок обеспечивает образование одной молекулы NADH на одну молекулу триозы; в результате действия пируватдегндрогеназы образуется еще одна молекула NADH. Окисление каждого из этих NADH приводит к синтезу трех молекул АТР. Как отмечалось ранее, один оборот цикла лимонной кислоты дает 12 молекул АТР на одну молекулу ацетил-СоА. Суммарный выход, таким образом, составляет 18 молекул АТР на одну молекулу триозы или 36 АТР на молекулу глюкозы.

12.5.2. Тканевое дыхание

Потребление кислорода (объем газа в микролитрах при стандартном давлении и температуре) на миллиграм ткани обозначается как Qo2- В животных тканях Qo„ подвержена значительным колебаниям (табл. 12.4). Ввиду того что дыхательный процесс во

CHgCOOH 4- 2?2

2С02 + 2Н20

СН3СО—SCoA + 202 + 12ADP + 12Рг

2С02 4- СоА—SH -4- 12АТР

440

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 12.4 Дыхание различных тканей и митохондрий

Ткань «о» Ткань «с.

Митохондрии летательной мышцы ?. 00 Слизистая оболочка двенадцатиперстной кишки 9

Митохондрии сердца 80 Легкие 8

Сетчатка 31 Плацента 7

Почки 21 Миелоидный костный мозг 6

Печень голодающих животных 17 Тимус _j 6

Печень накормленных животных Слизистая оболочка тонкой кишки 12 15 Поджелудочная железа Диафрагма Сердце в состоянии покоя 6 6 5

Щитовидная железа Семенники Кора головного мозга Гипофиз 13 12 12 12 Слизистая оболочка подвздошной кишки Лимфатический узел Скелетная мышца в состоянии покоя 5 4 3

Селезенка 12 Роговица 2

Надпочечник 10 Кожа 0,8

Красный костный мозг 9 Хрусталик глаза 0,5

80q2 —количество потребленного os (в микролитрах на миллиграмм сухой массы

в час). Все значения, кроме первых двух, для срезов тканей крысы в растворе рингер-фосфат-Н глюкоза.

всех тканях происходит с участием цитохромной цепи и сопряжен с потреблением фосфата, можно принять, что скорость дыхания каждой отдельной ткани определяется ее потребностью в АТР. Реакции окисления, катализируемые аэробными дегидрогеназамн и медьсодержащими оксидазами, оксигеназами и пероксидазами, не сопряжены со связыванием фосфата. Поэтому скорость, с которой могут протекать эти частные окислительные процессы, зависит только от обычных факторов, влияющих на ферментативную активность. Если какое-то вещество, окисление которого катализируется таким образом, вводится интактному животному или в инкубационную среду с препаратом ткани, можно ожидать, что окисление этого вещества будет проходить без каких-либо затруднений, тем самым увеличивая скорость потребления кислорода. Напротив, введение вещества, окисление которого обязательно сопряжено с фосфорилированием, например кормление пищей, содержащей избыток углеводов, не стимулирует дыхание. Избыточные калории

12. БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОКИСЛЕНИЕ. I

441

запасаются в тканях в виде гликогена или липида до тех пор, пока потребность в АТР не вызовет окисления этих резервных источников энергии.

12.5.3. Дыхательный контроль

Свежеприготовленные митохондрии, достаточно снабженные 02 и субстратом, дышат только в присутствии ADP и Рг-. Потребление кислорода и синтез АТР протекают тогда параллельно, и поддерживается постоянное отношение Р/О. При описании этих митохондрий говорится, что они прочно сопряжены и находятся под дыхательным контролем. Эта характеристика митохондрий иллюстрируется данными табл. 12.5.

Таблица 12.5

Окислительно-восстановительные уровни компонентов дыхательной цепи в различных метаболических условиях3

N ? ? :орость Степень восстановления в стационарном состоянии, % тоянне Уровен субстр) О J2 X О) * >вень А; дыхани о ? ? ¦? с D X К to цитохромы ? о и ZX о. < 2 b с I а

1 Низкий Низкий Медленная ADP ?0 21 17 7 0

2 0 + Высокий Медленная Субстрат 0 0 0 0 0

3 Высокий + Высокий Быстрая Дыхательная цепь 53 20 16 6 4

4 Высокий -?- Низкий Медленная ADP 99 <0 35 14 0

5 Высокий 0 Высокий 0 о2 100 100 100 100100

а Взято с изменениями из работы [Chance В., Williams С. R., Adv. Enzymol., 17, 65, 1956].

Прочное сопряжение дыхания с фосфорилированием в нормаль* ных митохондриях создает условия, при которых скорость окисления питательных веществ регулируется потребностями клетки в полезной энергии. В результате использования АТР для осуществления разнообразных нуждающихся в энергии клеточных процессов автоматически возрастают количества доступных ADP и Р,, которые в свою очередь получают возможность реагировать в сопряженном механизме и позволяют совершаться процессу дыхания.

Аденилаткиназа — это широко распространенный фермент, катализирующий реакцию

2ADP -г—*: АТР + А.ЧР

442

III. МЕТАБОЛИЗМ

Этот фермент может служить в качестве средства для максимального использования энергии АТР в том случае, когда АТР расходуется быстрее, чем синтезируется. При течении реакции в обратном направлении осуществляется первая стадия в синтезе АТР из AMP. Последний образуется во многих синтетических процессах, например при активации жирных кислот и аминокислот (гл. 17 и 26). AMP, а не ADP играет роль положительного или отрицательного модулятора, контролирующего скорости нескольких ферментативных процессов, например через фосфофруктокиназную, дифос-фофруктозофосфатазную, гликогенфосфорилазную и изоцитратде-гидрогеназную реакции (гл. 14 и 15), давая сигнал о необходимости синтеза АТР и ускоряя приток субстрата к циклу лимонной кислоты и прохождение через него.

12.5.4. Другие формы преобразования энергии в митохондриях

В то время, когда исследователи искали пути к пониманию окислительного фосфорилирования, им стало ясно, что митохондрии участвуют в нескольких типах преобразования энергии. Каждое из них представляет собой определенный вариант основного процесса сопряжения. Любая гипотеза, объясняющая окислительное фосфорилирование, также должна давать объяснения и этим явлениям. Некоторые из процессов такого рода рассмотрены в общем случае ниже.

Обратный поток электронов. Хотя при ?? для пары сукци-нат/фумарат не может осуществляться восстановление NAD+ сук-цннатом, такой процесс происходит в митохондриях при анаэробных условиях, если в систему вносится извне АТР. Это свидетельствует о возможности физического использования энергии гидролиза АТР для того, чтобы дать возможность электронам восстановленного убихинона восстанавливать NAD+ при ???~300 мВ.

Трансгидрогеназная реакция. Отношение NAD/NAD ? в клетке варьирует в широких пределах — от наименьшего в печени до наибольшего в скелетной мышце. NADP отсутствует в митохондриях мышц, в то время как митохондрии печени содержат в 3 раза больше NADP, чем NAD, причем большая часть NADP сконцентрирована в наружной мембране и в межмембранном пространстве. Особенно поразительно, что, хотя Е'о для систем NAD~7NADH и NADP+

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

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 1" (7.28Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(26.06.2019)