Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
bioch_part09.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
14.09.2019
Размер:
469.5 Кб
Скачать

Глава 1.Биохимические цепи и циклы

В предыдущей главе мы рассмотрели биохимические превращения биоэнергетического комплекса представляющие собой либо цепи, либо замкнутые циклы превращений. Однако очевидно, что для устойчивого существования биосферы все биохимические превращения в ней должны быть замкнуты в циклы. Так, деградация глюкозы в цепи гликолиза компенсируется синтезом глюкозы в зеленых растениях. В настоящей главе рассмотрены системы биохимических реакций, приводящие к синтезу ряда важнейших групп соединений живой природы — сахаров, липидов, аминокислот, нуклеотидов, некоторых коферментов и кофакторов.

1.1.Биосинтез моно- и полисахаридов

У животных синтез сахаров из СО2 и других одноуглеродных и двухуглеродных предшественников отсутствует. Существует, однако, механизм, позволяющий осуществлять синтез моносахаридов и последующее превращение их в полисахариды из трехуглеродных фрагментов — участников гликолиза и четырехуглеродных фрагментов — участников цикла трикарбоновых кислот. Этот путь реализуется в условиях дефицита углеводов в продуктах питания и при наличии других компонентов, способных служить источником трех- и четырехуглеродных фрагментов. Такими компонентами могут, в частности, служить некоторые аминокислоты, например аланин, превращающийся в реакции переаминирования в пируват, и аспартат, превращающийся при переаминировании в оксалоацетат. Биосинтез моносахаридов из пирувата называют глюконеогенезом.

Первой стадией глюконеогенеза является превращение пирувата в фосфоенолпируват. Непосредственный перенос остатка фосфорной кислоты от АТР на пируват термодинамически не выгоден. Поэтому образование фосфоенолпирувата из пирувата происходит после предварительного карбоксилирования пирувата по реакции в результате превращения:

Таким образом, на образование фосфоенолпирувата из пирувата затрачиваются две макроэргических связи — одна на карбоксилирование пирувата, катализируемое пируват карбоксилазой, и одна на фосфорилирование оксалоацетата, сопровождающееся декарбоксилированием, которое катализируется фосфоенолпируват карбоксикиназой.

Дальнейшие стадии глюконеогенеза являются обращением гликолиза, за исключением превращения фруктозо-1,6-дифосфата во фруктозо-6-фосфат, которое, как и в цикле Кальвина, происходит путем гидролиза фосфоэфирной связи. В итоге полное стехиометрическое уравнение глюконеогенеза можно записать в виде

Сравнение с уравнением для гликолиза показывает, что на образование глюкозо-6-фосфата из пирувата расходуется шесть биоэнергетических эквивалентов в расчете на одну молекулу глюкозы, в то время как превращение одной молекулы глюкозо-6-фосфата в две молекулы пирувата при гликолизе приводит к образованию всего трех макроэргических связей. Эта разница обеспечивает протекание как гликолиза, так и глюконеогенеза с отрицательным значением AG°, которое в первом случае составляет –13.5 ккал/моль, а во втором –8.4 ккал/моль.

В тех случаях, когда у животных основным источником для обеспечения энергией и углеродсодержащими фрагментами для различных биосинтетических целей служат гексозы и построенные из гексоз полимеры, необходимо образование пентоз для синтеза нуклеотидов. Это осуществляется с помощью следующей цепочки превращений.

Окисление глюкозо-6-фосфата до глюконолактона, катализируемое глюкозо-6-фосфат дегидрогеназой:

2. Гидролиз 6-фосфоглюконолактона до 6-фосфоглюконата, катализируемый глюконолактоназой:

3. Сопровождающееся декарбоксилированием окисление 6-фосфоглюконата, приводящее к образованию рибулозо-5-фосфата, катализируемое фосфоглюконат дегидрогеназой (декарбоксилирующей):

4. Изомеризация рибулозо-5-фосфата с образованием рибозо-5-фосфата, катализируемая рибозофосфат изомеразой.

В ходе превращения глюкозо-6-фосфата в рибозо-5-фосфат восстанавливаются две молекулы NADP+, что при регенерации их окислением молекулярным кислородом в цепи переноса электронов приводит к фосфорилированию шести молекул АDP. Таким образом, в расчете на шесть окисленных в этом процессе атомов углерода может образоваться 36 молекул АТР, что лишь на две молекулы меньше, чем при полном сгорании одной молекулы глюкозы при гликолизе и в последующем цикле трикарбоновых кислот. Поэтому процесс может иметь и биоэнергетическое значение. Однако если описанные реакции обеспечивают биоэнергетику живой системы, то для эффективного использования глюкозы необходима дальнейшая утилизация накапливающихся пентозофосфатов. Это достигается их превращением в гексозы путем перестройки углеродного скелета, в основном являющейся обращением перестройки гексоз в пентозы в цикле Кальвина. Схема превращений углеродного скелета может быть написана в виде:

( 9.0)

Новой по сравнению с реакциями цикла Кальвина является лишь вторая перестройка, катализируемая ферментом трансальдолазой:

Живая природа чрезвычайно богата различными олиго- и полисахаридами. Несмотря на это многообразие можно сформулировать некоторые достаточно общие принципы биосинтеза полимерных сахаров. Прежде всего, это участие на стадии образования олигомеров и полимеров нуклеозиддифосфатсахаров. Эти соединения получаются при взаимодействии фосфатов моносахаридов с соответствующими нуклеозидтрифосфатами, например:

где N = Urd, Ado или Guo; В = Ura, Ade или Gua. Эти процессы катализируются соответствующими нуклеотидилтрансферазами: глюкозо-1-фосфат уридилилтрансферазой, глюкозо-1-фосфат аденилилтрансферазой и глюкозо-1-фосфат гуанилилтрансферазой.

Нуклеозиддифосфатсахара (NDP-сахара) являются донорами гликозильных остатков при биосинтезе олиго- и полисахаридов. Например, сахароза — основной компонент тростникового и свекловичного сахара — образуется при взаимодействии UDP-глюкозы с фруктозой, катализируемом сахарозосинтазой:

UDP-глюкоза служит донором гликозильных остатков и при синтезе полисахарида гликогена, катализируемом гликогенсинтазой. При синтезе крахмала мономером в этом случае может служить ADP-глюкоза, а фермент, катализирующий это превращение, называется крахмалсинтазой. Образование целлюлозы из GDP-целлюлозы катализируеться целлюлозосинтазой.

Нетрудно убедиться, что в расчете на одну образовавшуюся гликозидную связь расходуется одна пирофосфатная связь в молекуле АТP. Действительно, после прохождения реакции гликозилирования нуклеотидный остаток освобождается в виде нуклеозиддифосфата. Для его превращения в нуклеозидтрифосфат с целью повторного использования в реакции необходим перенос на него одного фосфата от АТР.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]