Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ой.

пируват 4- НСОа + АТР->- оксалоацетат 4- ADP + Рг

ацетнл-СоА 1 1

В животной клетке этот фермент (мол. масса 600000) находится только в митохондриях; фермент состоит из четырех субъединиц, к каждой из которых пептидной связью, образуемой с ?-ами-

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

583

ногруппой остатка лизина, присоединена молекула биотина. Каждая субъединица содержит также один прочно связанный двухза-рядный катион: ??2+— для фермента дрожжей, Мп2+ —для фермента печени крыс. Эти свойства присущи всем главным фиксирующим С02 ферментам животных клеток. Биотин присоединяется к уже сформированному холоферменту при участии особого фермента, катализирующего последовательность

? + АТР ч—*· ?—AMP + РРг ?—AMP + биотин < > биотинил—? -(- AMP

где в качестве промежуточного продукта, вероятно, образуется фосфоамид аденилата и специфического остатка лизина. Исключительно низкая /С„иотин (70 нмоль/л) находится в соответствии с ничтожными пищевыми потребностями в этом витамине. Фиксация С02 происходит в две стадии:

Е—биотин + АТР + НСОз" ч—*¦ Е— биогин~ОЭ2 4- ADP + Рг (1)

?—биотин~СОа + пируват ; t ?—биотин -f- оксалоацетат (2)

Структура соединения биотин—СОг такова:

О II

?? ?—СОО ~ О -

II

белок -NH—C-iCH^-k^/J

Г-Ы-карбоксибиогпинилфермент

AG° для гидролиза карбоксибиотинового комплекса составляет около —4 700 кал/моль; в связи с этим данный комплекс может служить в качестве эффективного карбоксилирующего агента.

Наиболее характерной чертой «пнруваткарбокснлазы является абсолютная потребность в ацетил-СоА; в отсутствие этого положительного эффектора фермент не способен катализировать фиксацию С02 на биотине. Если фиксация С02 на связанном с белком биотине протекает в отсутствие пирувата и фермент затем освобождается от ацетил-СоА, то последующий перенос С02 на пируват все еще может происходить. Однако роль пирувата в процессе синтеза оксалоацетата не ограничивается его участием в качестве субстрата реакции — пируват также ускоряет каталитический процесс в стадии карбоксилировання биотина. Фермент, возможно, обладает специфическими центрами связывания для СоА-произ-водных жирных кислот с более длинной цепью, которые также выполняют роль положительных эффекторов. Аспартат — сильный отрицательный эффектор некоторых микробиальных пируваткар-боксилаз.

584

III. метаболизм

В растениях и микроорганизмах содержится фосфоенолпиру-ваткарбоксилаза, катализирующая реакцию

фосфоенолпируват + С02 4- Н20 -»¦ оксалоацетат -(- Pj

Фермент из Е. coli оказался тетрамером из субъединиц с мол. массой по 100 000 у характеризуется сигмоидной кривой для зависимости скорости реакции от концентрации фосфоенолпирувата. Однако в присутствии ацетил-СоА или фруктозодифосфата эта зависимость изображается гиперболической (уменьшение К.™^"" и увеличение Углах)- Этот фермент также заметно ннгибируется ас-партатом и стимулируется NADH. Вместе с тем другой фермент, фосфоенолпируват-карбоксифосфотрансфераза, присутствующий у Propionibacterium и Entamoeba histolytica, катализирует реакцию

фосфоенолпируват + С02 -f- Pj < * оксалоацетат -J- РР;

Этот фермент также представляет собой тетрамер из субъединиц с мол. массой по 100 000.

14.5.1. Метаболизм промежуточных продуктов в цикле лимонной кислоты

14.5.1.1. Образование фосфоенолпирувата

Существуют обстоятельства, при которых промежуточные продукты цикла лимонной кислоты и другие соединения, способные превращаться в эти продукты, направляются на синтез глюкозы путем обращения гликолитической последовательности. Однако, как ранее указывалось (рис. 14.2 и разд. 14.4.2), этот процесс жестко лимитирован в связи с исключительно низкой скоростью обратной пируваткиназной реакции. Обходный путь, минующий этот заблокированный участок, обеспечивается действием фосфое-нолпируваткарбоксикиназы (мол. масса 75000), которая катализирует реакцию

оксалоацетат -f- GTP (или ITP) -*¦ фосфоенолпир\ ват 4- GDP (или ШР) + COs

/^оксалоацетат составляет ~2 мкмоль/л; АС7°=—4 000 кал/моль. Фос-фоенолпируваткарбоксикиназа локализуется преимущественно в цитозоле, хотя небольшие количества фермента найдены и в митохондриях печени большинства видов животных. Только для печени кролика активности фермента в митохондриях и цитозоле сравнимы. Особые функции этих двух форм не известны, но это различные белки; митохондриальный фермент дает лишь слабую перекрестную реакцию с антителами к ферменту цитозоля. GTP для реакции должен поставляться митохондриями. Он может возникать либо при окислении ?-кетоглутарата (гл. 12), либо под действием нуклеозид-дифосфаткиназы (гл. 12):

АТР + GDP -?—+ GTP + ADP

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

5R5

Мощность фермента, измеренная в клетках, производящих максимальное количество глюкозы, достаточна для обеспечения потребности этого процесса в GTP.

Тропические злаки, равно как и некоторые микроорганизмы (Propionibacte-rium shermani и амеба Entamoeba histolytica), приобрели способность к интересному другому решению этой проблемы, а именно у них имеется фермент пиру-ватортофосфат—дикиназа. которая катализирует суммарную реакцию

MgATP2" + Р?~ + пируват-

?—*¦ фосфоенолпируват3" + MgPP?~ + AMP3- + 2Н+

Keq для реакции в том ее виде, как она записана, составляет Ю-5, что должне» было бы оказаться неблагоприятным; но реакция в этом случае идет в нужном направлении благодаря забуфериванию двух протонов и становится необратимой,

если РР; гидролизуется неорганической пирофосфатазой (РР( —2—»- 2Pj). Механизм, по-видимому, таков (Е — фермент):

??? ?? ? + AMPPP ->- E~PP + AMP

? 7 ? ?

E~PP-f Рг ->- E~P + PPf

? ?

?~? + пируват -»- ?-)-?—енолпнр\ват

14.5.1.2. Малик-фермент

Этому ферменту одно время придавали большое значение в фиксации С02; малик-фермент катализирует реакцию:

СО„ СООН

+ I сн, н+ нсн

I ' + I

С=0 -f NADPH ->-ь НСОН ¦+- NADP+

I I соон соон

По способу своего функционирования он аналогичен изо-цитратдегидрогеназе и подобно ей нуждается в Мп2+. Однако, в связи с тем что малик-фермент действует как механизм для генерации NADPH, его роль в метаболизме, вероятно, обратна той, которую играет изоцитратдегидрогеназа. Малик-фермент найден в цитозоле клеток печени и жировой ткани, но присутствует также в митохондриях сердца, мозга и коры надпочечников. Митохондрн-альный фермент и фермент цитозоля — это различные белки. Ферменту митохондрий свойственна положительная кооператив-ность в отношении малата, т. е. сигмондная кривая скорости реакции, в то время как для фермента цитозоля характерна гиперболическая кривая. Добавление к митохондрнальному ферменту сукцината в той же концентрации, как в митохондриях, снимает кооперативность, что проявляется в смене снгмоидной кривой, характеризующей кинетику кооперативного процесса, гиперболой;

4—1358

S8G

III. МЕТАБОЛИЗМ

Рис. 14.6. Кинетика малик-фермента. / — фермент цитозоля; 2 — фермент митохондрий; 3 — фермент митохондрий в присутствии сукцината.

[малат]

такой характер кривой объясняется, вероятно, тем, что все места связывания эффекторов заполнены при этой концентрации сукцината так, что Vmax достигается при очень низких значениях [малата] (рис. 14.6).

В митохондриях животных клеток имеется еще один фермент, синтезирующий малат, который утилизирует NAD+, а не NADP+. В отличие от малик-фермента этот фермент не способен декарбок-силировать оксалоацетат при рН 5 в отсутствие пнрндиннуклеоти-да. Роль этого фермента неизвестна.

14.5.1.3. АТР-цитрат-лиаза

В цитозоле клеток печени и жировой ткани АТР-цитрат-лиаза тетрамер из идентичных субъединиц (мол. масса 110 000) катализирует реакцию

цитрат -f- АТР -f- СоА -*¦ ацетил-СоА + оксалоацетат -f- ADP + P^

Практически одна молекула АТР расходуется на молекулу цитрата для обращения результатов действия цитратсинтазы в митохондриях. Начальная стадия процесса, по-видимому, заключается в реакции АТР с карбоксильной группой фермента с образованием ферм ~ Р. В экспериментальных условиях реакция может происходить в отсутствие АТР, если субстратом служат цитрилфосфат или цитрил-СоА.

На основании вышеизложенного сложная реакция, катализируемая АТР-цитрат-лиазой, может быть представлена в виде нескольких последовательных стадий (Е = фермент): ? + АТР <—*¦ Е~Р + ADP Е~-Р -\- цитрат ( > Е-·-цигроил^-Р ? ¦ · ¦ цитроил~-Р < >. Е~цитрат -\- Pt Е~цитрат-f-СоА < > Е-·-цитроил~СоА ? ¦ - ¦ цитроил~СоА < > ? -f- ацетил-СоА -f- оксалоацетат

14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I

547

Хотя эта реакция и снабжает цитозоль оксалоацетатом, ее основная функция заключается в генерации ацетил-СоА для синтеза жирных кислот (разд. 14.6.1).

У многих бактерий имеется фермент цитрат-лиаза, который катализирует суммарную реакцию

цитрат -»¦ ацетат + оксалоацетат

Наиболее изучен фермент из Klebsiella pneumoniae. Это гексамер, построенный из: трех различных субъединиц (?,?,?)6· ?-Цепь (мол. масса 11 ООО) ковалентно соединена с дефосфо-СоА эфирной связью между гидроксилом серина и б'-фосфатом-адениловой части молекулы кофермента; между сульфгидрильной группой дефосфо-СоА и ацетатом возникает тиоэфирная связь (установлено при изучении изолированного фермента). Отсюда следует, что ?-цепь относится к ацил-переносяшим белкам (разд. 17.6.1.). ?-Цепь катализирует реакцию

ацетил—переносчик -f- цитрат ->- цитрил—переносчик -|- ацетат

а ?-цепь катализирует другую реакцию: цитроил—переносчик -*¦ ацетил—переносчик + оксалоацетат

Таким образом, цитрат-лиаза напоминает различные биотинсодержащие ферменты, включающие также один белок-переносчик, который служит субстратом для-последующих реакций, катализируемых парой прочно связанных ферментов, а именно ацетил-СоА—карбоксилазой (разд. 17.6.1) и метилмалонил-СоА—карб-оксилтрансферазой (разд. 14.9.3).

14.6. Глюконеогенез

14.6.1. Путь образования глюкозы из молочной кислоты

Впервые предположение об обратимости гликолиза было высказано в связи с наблюдением, что молочная кислота, образовавшаяся из гликогена при сокращении изолированной мышцы в анаэробных условиях, медленно исчезает после введен

страница 10
< 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 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(10.12.2019)