2 курс / Биохимия / Книжки и сборники / Biokhimia_dlya_chaynikov

На первом этапе спиртового брожения пируват подвергается декарбоксили-

рованию с образованием углекислого газа и ацетальдегида. Фермент пируват- декарбоксилаза вместе с кофактором в виде ионов Mg2+ и ТПФ (триаминпи-

рофосфат) катализирует этот шаг. Преобразование ацетальдегида до этанола катализируется с помощью фермента алкогольдегидрогеназы вместе с кофер- ментом НАДН. Рис. 13.4 дает общее представление об этапах процесса.

1. Реакция пируватдекарбоксилазы

Рис. 13.4.Этапы спиртового брожения

Метаболизм второго типа:цикл

лимонной кислоты (Кребса)

Цикл лимонной кислоты и окислительное фосфорилирование — это аэроб-

ные процессы катаболизма, которые приводят к высвобождению энергии

(АТФ). Цикл лимонной кислоты еще называют циклом Кребса, или циклом

трикарбоновых кислот (ТКК). Молекула, с которой все начинается в этой

цепи реакций, — ацетил-СоА (сокращенно от ацетил-коэнзим А). Источником

ацетил-СоА выступает пируват, полученный в процессе гликолиза, отдельные

аминокислоты или жирные кислоты, входящие в состав жиров. Структура аце- тил-СоА показана на рис. 13.5. Примечание: Описанные процессы протекают в митохондриях — клеточных энергетических фабриках.

232 ЧАСТЬ 4 Биоэнергетическая химия и метаболизм

а окислителем является дисульфидная группа липоамида. Эту реакцию ка-

тализирует все та же пируватдегидрогеназа. На завершающем шаге ацетиль-

ная группа ацетиллипоамида переходит к коэнзиму А, чтобы образовать аце-

тил-СоА. Катализатором этой реакции выступает дигидролипоилтрансаце-

тилаза (другой компонент пируватдегидрогеназного комплекса). На рис. 13.8

показан упрощенный вариант всех этапов процесса.

о

Цитрат

н20

Оксалоацетат

сн3- S СоА

Ацетил-СоА

Рис. 13.8.Упрощенная схема поэтапногообразования ацетил-СоА

Однако на образовании ацетил-СоА процесс не завершается. Окисленная форма липоамида должна восстановиться. Катализирует этот шаг фермент

дигидролипоилдегидрогеназа. Два электрона при окислении перемещаются к ФАД, а затем — к НАД+. Важные промежуточные вещества, образуемые на этом шаге, показаны на рис. 13.9.

NH2

Трое — это уже толпа: трикарбоновые кислоты

Включаясь в цикл лимонной кислоты, ацетил-СоА взаимодействует с окса- лоацетазой в присутствии цитратсинтазы. Это взаимодействие приводит к пе-

реносу ацетильной группы от цитрата к оксалоацетату. Гидролиз тиоэфирной связи ацетил-СоА высвобождает огромное количество энергии.

Фермент аконитаза с кофактором Fe2+ катализирует изомеризацию цитра-

та до изоцитрата. Долгое время считалось, что неотъемлемой частью цикла

лимонной кислоты является цис-аконитаза, производная аконитазы. Однако оказалось, что промежуточной структурой в образовании изоцитрата и частью цикла лимонной кислоты выступает вещество цис-аконитат. Структура цис- аконитата показана на рис. 13.10.

С

Окислительное декарбоксилирование

Следующий шаг заключается в преобразовании изоцитрата в а-кетоглутарат

с промежуточным состоянием, представленным оксалосукцинатом. Изоцитрат связывается с ферментом изоцитратдегидрогеназой. В это же время кофермент

НАД+ подвергается реакции восстановления. Как АТФ, так и НАДН относятся

к отрицательным факторам аллостерической регуляции активности изоцитрат-

дегидрогеназы, а АДФ выступает ее положительным фактором. Это важный

механизм регуляции в производстве АТФ.

Получение сукцината и ГТФ

Преобразование а-кетоглутарата в сукцинат проходит в два этапа. Для обра-

зования комплекса а-кетоглутарат должен связаться с а-кетоглутаратдегидро- геназой. Для реакции необходимы те же кофакторы, что и при образовании ацетил-СоА. В результате ее проведения удаляется углекислота и образуется

ГЛАВА 13 АТФ: энергетическая единица организма 237

сукцинил-СоА. В физиологических условиях этот процесс является необра- тимым.

На втором этапе сукцинил-СоА отделяется, чтобы образовать сукцинат и выделить энергию, которая используется при превращении ГДФ в ГТФ. Та-

кое фосфорилирование субстрата катализируется сукцинил-СоА-синтетазой. (В ГТФ содержится примерно столько же энергии, как и в АТФ; эта молекула может замещать АТФ.)

Восстановление оксалоацетата

Восстановление оксалоацетата завершает цикл, для чего требуется проведе- ния трех реакций, которые сообща превращают метилен в карбонильную груп-

пу. Во-первых, атом водорода удаляется из каждых двух соседних атомов угле-

рода, что в итоге приводит к образованию двойной связи. Потом к этой связи

добавляется молекула воды. Наконец, удаление двух атомов водорода приводит

к образованию соответствующей а-кетоновой группы. Сукцинатдегидрогеназа

катализирует первую из этих реакций. Простетическая группа, ФАД, принима-

ет два атома водорода посредством ковалентных связей, образованных с фер- ментом. Следующий этап катализируется фумаразой. Финальное окисление

выполняется с участием фермента малатдегидрогеназы с двумя коферментами НАД+. Оксалоацетат готов включиться в цикл заново.

Аминокислоты как источник энергии

Процесс получения энергии из аминокислот начинается с удаления ами-

ногруппы. Обычно эта реакция связана с трансаминированием — переходом

аминогруппы от одной молекулы к другой. Ему подвергаются все аминокисло- ты, кроме треонина, пролина и лизина. Обычно аминогруппы переходят к угле- род-связанному кетоновому комплексу а-кетоглутарата, оксалоацетата или пи- рувата, чтобы образовать соответственно глутамат, аспартат или аланин . Здесь

востребованными оказываются специфические трансаминазы, а катализаратором процесса выступает кофермент пиридоксальфосфат. Второе трансаминирование выполняется как часть процесса преобразования аспартата и аланина в глутамат.

В процессе окислительного дезаминирования глутамат преобразуется в

а-кетоглутарат. В результате этого процесса, изначально возникающего в пече-

ни, высвобождаются ионы аммония. Обратная реакция — синтез глутамата — представляет одну или несколько реакций, протекающих у животных, в кото- рых неорганический азот заключается в органическую форму. Ион аммония,

полученный в окислительном дезаминировании, может принимать участие в

одной или нескольких каскадных биохимических реакциях или в цикле обра-

зования мочевины. У большинства позвоночных ион аммония преобразуется до мочевины, которая выводится с мочой. Большинство морских организмов,

238 ЧАСТЬ 4 Биоэнергетическая химия и метаболизм