Цикл трикарбоновых кислот: схема и биологическое значение этого процесса
Биологическая ценность цтк
В ЦТК за период одного цикла сгорает 1 молекула ацетил-КоА. При этом образуются три молекулы НАДН2 и одна молекула ФАДН2.
Эти восстановительные эквиваленты передаются в дыхательную цепь, локализованную во внутренней митохондриальной мембране. При прохождении по дыхательной цепи НАДН2 образуются три молекулы АТФ из АДФ. За счет ФАДН2 образуются только две молекулы АТФ ( причину этого мы рассмотрим позже, когда будем разбирать работу дыхательной цепи). Еще один высокоэнергетический фосфат производится на субстратном уровне при превращении сукцинил~КоА в сукцинат. Таким образом, всего за период каждого цикла образуется 12 молекул АТФ.
Помимо энергетической ценности ЦТК, он является также источником некоторых очень важных метаболитов, которые дают начало новым метаболическим путям: это в первую очередь глюконеогенез, переаминирование и дезаминирование аминокислот, синтез жирных кислот, холестерина.
Жизненно важными являются такие соединения как ЩУК и альфа-кетоглутаровая кислота. Эти соединения используются в качестве предшественников таких важнейших молекул клетки, как, например, аминокислоты. Вспомним, что весь ЦТК происходит в Мх. Митохондриальная мембрана непроницаема для ЩУК и альфа-КГ, поэтому сначала из Мх в цитоплазму выводятся малат и изоцитрат, а уж из них потом в цитоплазме образуются ЩУК и альфа-КГ. Затем из ЩУК образуется под влиянием цитоплазматических трансаминаз аспартат, а из альфа-КГ - глутамат.
Матричные биосинтезы.
1. ДНК. Строение и общий механизм ее синтеза.
Нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) относятся к сложным высокомолекулярным соединениям, состоят из небольшого числа индивидуальных химических компонентов более простого строения. Так, при полном гидролизе нуклеиновых кислот (нагревание в присутствии хлорной кислоты) в гидролизате обнаруживают пуриновые и пиримидиновые основания, углеводы (рибоза и дезоксирибоза) и фосфорную кислоту :
Для любого синтеза полимерной органической молекулы, осуществляемого in vitro или in vivo, требуется энергия. Источником энергии в реакциях полимеризациимононуклеотидов является энергия, освобождаемая всеми четырьмя типами дезоксирибонуклеозидтрифосфатов, участвующих в синтезе ДНК. Образующийся пирофосфат под действием пирофосфатазы также расщепляется на двемолекулы ортофосфата, давая дополнительную энергию для биосинтеза ДНК.
Помимо энергии, биогенез ДНК требует наличия специфических ферментов, катализирующих отдельные этапы синтеза, и множества белковых факторов, абсолютно необходимых для регулирования процесса репликации и проявления каталитической активности ферментов.
Основным ферментом, катализирующим биосинтез новообразованной ДНК (точнее, стадию элонгации репликации ДНК), является ДНК-поли-мераза III, представляющая собой мультимерный комплекс собственно ДНК-полимеразы (мол. масса около 900000) и ряда других белков. ДНК-полимераза III из Е. coli состоит минимум из 10 субъединиц. Важную функцию соединения двух цепей ДНК или замыкания двух концов одной цепи ДНК в процессе репликации либо репарации ДНК выполняет особый фермент – ДНК - лигаза, катализирующая за счет энергии АТФ образование фосфодиэфирной связи между 3'-ОН-группой де-зоксирибозы одной цепи и 5'-фосфатной группой другой цепи ДНК.
Функцию раскручивания (расплетения) двойной спирали ДНК в репли-кационной вилке, происходящего за счет энергии гидролиза АТФ, выполняет специфический rep-белок, названный хеликазой (мол. масса 300000).
Основываясь на данных о двухспираль-ной антипараллельной структуре, химическом составе ДНК и значении «активированной» формы энергии для биосинтеза полимерных молекул, А. Корнберг еще в 1955 г. указал на возможность синтеза ДНК энзиматическим путем в бесклеточной системе в присутствии изолированной из Е. coli ДНК-полимеразы и предшественников дезоксирибонук-леозидтрифосфатов. Реакция, практически осуществленная в 1967 г., сводится к синтезу новой молекулы ДНК:
Химический смысл полимеризации состоит в том, что свободная 3'-гидроксильная группа матрицы атакует α-фосфатную группу соответствующего присоединяемого нуклеозидтрифосфата (определяется природой азотистого основания затравки), при этом происходят отщепление остатка пирофосфата и образование фосфодиэфирной связи. Далее свободный 3'-гидроксил вновь присоединенного нуклеотида атакует α-фосфатную группу следующего нуклеозидтрифосфата, и таким путем продолжается процесс полимеризации, идущий в направлении 5'–>3', антипараллельно матрице, оканчивающейся 5'-фосфатом:
Реакция требует присутствия одноцепочечной ДНК или в крайнем случае небольшого полидезоксирибонуклеотида. В деталях выяснено значение предобразованной ДНК в механизмах действия ДНК-полимераз:
ДНК служит не только затравкой, но и матрицей, на которой фермент комплементарно и антипараллельно синтезирует дочернюю цепь ДНК. Это можно представить в виде схемы:
