|
|
Основы биохимии. Том 2рмент печени обладает значительно ¦более низкой Km для каждого из субстратов. В мышечной клетке катализируемая глицерол-3-фосфат—дегидрогеназой реакция, по-видимому, используется в качестве удачного приспособления для переноса NADH из цитоплазмы в митохондрию (гл. 12); сравнительно низкие значения Km для фермента из печени позволяют предположить, что здесь основная роль фермента состоит в генерации глицерина для синтеза липидов. 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 569 14.4.2.6. Окисление глицеральдегид-3-фосфата Участь триозофосфатов в метаболизме определяется главным образом глицеральдегид-3-фосфатом, который окисляется глице-ральдегидфосфатдегидрогеназой до карбоновой кислоты. Для этой реакции необходим Pi, и покидающий фермент продукт—1,3-ди-фосфоглицериновая кислота — представляет собой смешанный ангидрид фосфорной кислоты и карбонильной группы 3-фосфоглице-риновой кислоты. ОРО,Н2 I 3 2 сно с=о I I НСОН + NAD+ + ?; НСОН + NADH + W Н2СОР03Н, Н2СОРОэН2 D-глицеральвегиЭ- 1,3-аифосфоглии,е-З-фосфаш риновая кислота Глицеральдегид-З-фосфатдегидрогеназа получена в очищенной форме из многих источников; ферменты из мышцы кролика и дрожжей легко получать, поскольку они составляют 10 и 20% всех растворимых белков клеток соответственно. Действительно, в этих клетках молярные концентрации фермента сравнимы с концентрациями таких субстратов, как фруктозо-6-фосфат и триозофосфаты, и превосходят концентрации фруктозодифосфата или фосфоенолпирувата. Ферменты мышцы кролика и дрожжей (мол. масса 146 000) представляют собой тетрамеры из четырех одинаковых субъединиц, каждая из которых независимо участвует в катализе; изучена аминокислотная последовательность в молекуле фермента. Ферменты из мышцы кролика и дрожжей могут быть гибридизо-ваны, но не в присутствии NAD+, укрепляющего связь тетрамеров. Изолированный фермент уже содержит NAD+, относительно прочно связанный в соответствующих каталитических центрах. Свободный от NAD+ фермент легко доступен перевариванию про-теазами. Если на каждый тетрамер связывается две молекулы NAD*, то получается весьма устойчивый комплекс. Поэтому можно считать, что, хотя субъединицы идентичны, молекула должна рассматриваться как ccicti — 0202. Каждый димер имеет один центр для быстрого и один для более медленного связывания NAD+; конформация NAD+-зapяжeннoгo тетрамера, очевидно, должна существенно отличаться от незаряженной формы. Спектр поглощения связанного с NAD+ фермента отличается от такового для большинства NAD+-3aBiicnMbix дегидрогеназ, больше напоминая обычный комплекс фермент-NADH; причина этого продолжает оставаться неизвестной. Кинетические исследования указывают на 3—1358 570 III. МЕТАБОЛИЗМ существование обязательного порядка в связывании с ферментом субстратов и отделении от него продуктов реакции: ЫАР^алъоегиЭ \ Р,| NADHf 1,3-Зифосфоглицерат \ Фермент исключительно чувствителен к 1СН2СООН — мощному ингибитору гликолиза. Он специфично алкилирует SH-группу цистеина-149, несмотря на присутствие еще трех других сульфгид-рильных групп. О значении SH-группы цистеина-149 для функционирования фермента свидетельствует и тот факт, что в результате обработки фермента 1,3-дифосфоглицератом в отсутствие NADH образуется 3-фосфоглицероилтиоэфир цистеина-149. Затем ациль-ная группа медленно переносится на имидазольный азот гистидн-на-38 и в свою очередь на ?-ами'ногруппу лизина-183. Очевидно, что цистеин-149, гистидин-38 и лизин-183 располагаются в непосредственной близости от активного центра. Фермент может также функционировать как простая эстераза, и проявление этой активности предотвращается алкилированием сульфгидрильной группы и реагентами, затрагивающими имидазольную группу. На основании этих и других наблюдений предполагают, что каталитический цикл глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы осуществляется следующим образом. Пиридиновое кольцо NAD+ располагается вблизи активной —SH-группы, которая в результате стерически маскируется. Присоединение субстрата сопровождается возникновением тиополуацетальной связи между альдегидной группой и цистеином. NAD+ затем восстанавливается, и тиополу-ацеталь окисляется до тиоэфира с образованием ацил-фермента. Таким путем карбонильная группа субстрата окисляется до карбоксильной. Вслед за этим NADH покидает фермент и заменяется на NAD+. Наконец, имидазольная группа катализирует фосфоролиз ацил-тиоэфира, производя перенос ацильной группы от фермента на Р,-; в результате образуется 1,3-дифосфоглицериновая кислота. Если вместо Р, фермент использует арсенат, то продуктом окисления является просто 3-фосфоглицерат; механизм этого процесса был изучен путем инкубации фермента с 1,3-дифосфоглицератом и арсенатом. На основании полученных данных предложена приведенная ниже последовательность реакций: 1,3-дифосфоглицерат-)-Е ч > З-фосфоглицероил-Е 4-Рг-З-фосфоглицероил-Е -\- арсеиат < > ? -\- З-фосфоглицероил-1-арсенат н2о З-фосфоглицероил-1-арсенат -*¦ 3-фосфоглицерат -f- арсенат 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 571 Протекание процесса в указанном направлении определяется нестойкостью молекулы З-фосфоглицероил-1-арсената. 14.4.2.7. Фосфоглицераткиназа 1,3-Дифосфоглицериновая кислота представляет собой ангидрид кислоты, энергия для образования которого поставляется процессом окисления 3-фосфоглицеринового альдегида. Энергия, обычно освобождаемая при окислении какого-либо альдегида в карбоновую кислоту, удерживается в форме энергии химической связи, минуя тепловую форму энергии. Действительно, AG° для простого гидролиза 1,3-дифосфоглицерата, составляющая приблизительно —14 000 кал/моль, более чем достаточна для того, чтобы стал возможным перенос фосфата из 1-го положения 1,3-дифосфоглицерата к ADP. Реакция, катализируемая фосфоглицераткина-зой (мол. масса 50 ООО), имеет следующий вид: о=соро3н2 I нсон + adp I сн2оро3н2 1,З-Эифосфоглицери-новая кислота Ферменты мышц и эритроцитов различаются между собой. При редком наследственном заболевании, наблюдаемом на о. Самоа, генетическое замещение аспарагином остатка треонина в полипептидной цепи киназы эритроцита человека приводит к дефекту переноса фосфата и связанной с этим гемолитической анемии. Суммарный процесс, катализируемый глицеральдегид-3-фосфат-дегидрогеназой и 3-фосфоглицераткиназой соответственно, запишется следующим образом: глицеральдегвд-3-фосфат + Рг + NaD+ + ADP < t < > 3-фосфоглицерииовая кислота -J- NADH + АТР -f- Н+ Положение равновесия сопряженной реакции сильно сдвинуто вправо. На самом деле именно изменение свободной энергии в этой реакции «толкает» в других случаях невыгодные альдолаз-ную и триозоизомеразную реакции. При окислении триозофосфата до фосфоглицерата генерируется эквивалентное количество АТР. Это наиболее известный пример сопряжения экзергонического окисления метаболита с запасанием полезной химической энергии в форме энергии пирофосфатной связи АТР. Поскольку из каждой молекулы глюкозы образуются два триозных фрагмента, каждый из которых указанным способом превращается в 3-фосфоглицерат, 3* соон I ; нсон + атр I сн2оро3н2 3-фосфоглицери -новая кислота 572 III. МЕТАБОЛИЗМ то, стало быть, на одну молекулу глюкозы генерируются две молекулы АТР. 14.4.2.8. Фосфоглицеромутаза З-Фоссроглицериновая кислота, которая возникает в результате описанной выше последовательности реакций, превращается в 2-фосфоглицернновую кислоту под действием фосфоглицеротута-зы— днмерного белка (мол. масса ~65 ООО). соон I нсоро3н2 I сн2он 2-фосфоглицери-новая кислота По крайней мере два изофермента встречаются у млекопитающих: во взрослой мышце — высокочувствительный к Hg2+ и в эмбриональной мышце не обладающий такой чувствительностью. В сердце и костной ткани взрослых организмов находится смесь этой пары ферментов. Если процесс катализируется ферментом нз эритроцитов, в качестве промежуточного продукта образуется 2,3-дифосфоглицерат. На основании аналогии с более подробно изученной фосфоглюко-мутазной реакцией (разд. 15.3.3), а также исходя из факта установления быстрого равновесия при распределении 32Р между всеми участниками реакции для фосфоглицеромутазы из эритроцитов был предложен следующий механизм действия: Е—фосфат -f- 3-фосфоглицерат < > < > ? 4-2,3-дифосфоглицерат < > < > ?—фосфат + 2-фосфоглицерат Приведенный механизм реакции согласуется с фактом содержания в изолированном белке 2 молей связанного 2,3-дифосфоглииерата на 1 моль фермента. Роль 2,3-дифосфоглицерата в регулировании свойств гемоглобина обсуждается в гл. 31. Только в эритроцитах концентрация 2,3-дифосфоглицерата больше той, которая требуется для участия этого соединения в качестве субстрата в процессе гликолиза. Растения содержат фосфоглицеромутазу с иным механизмом действия. 14.4.2.9. Енолаза 2-Фосфоглицериновая кислота подвергается дегидратации в присутствии енолазы с образованием фосфорнокислого эфира ено- соон нсон I сн2оро3н2 З-фосфоглицери-новая кислота 14. МЕТАБОЛИЗМ УГЛЕВОДОВ. I 573 ла пировинограднои кислоты. соон соон не—оро3н2 I сн2он с—ОР03н. + н2о 2-фосфоглии.ери-новая кислота фосфоенолтгиро -виноградная, кислогпз Енолаза (мол. масса 88 000) представляет собой димер из двух идентичных субъединиц. Однако у ряда видов обнаружены элект-рофоретически различимые изоферменты. Даже в отсутствие субстрата кофактор (Mg2+ или Мп2+) прочно связывается с ферментом, который при этом подвергается значительному изменению конформации. Ион металла участвует в связывании субстрата с ферментом и, вероятно, в последующих электронных перестройках. Добавление фторида к активно гликолизирующей системе останавливает енолазную реакцию и приводит к накоплению фоофоглице-риновых кислот, возможно, благодаря образованию фторфосфата магния, который связывается с ферментом. Положение равновесия в енолазной реакции находится около 0,5. Поэтому реакция практически не сопровождается существенным изменением свободной энергии. Однако следует иметь в виду, что фосфат в молекуле 2-фосфоглицерата образует сложноэфир-ную связь |
< 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] |