Гликолиз. В том случае когда в качестве субстрата дыхания используется галактоза, она фосфорилируется под действием галактокжназы:

В том случае когда в качестве субстрата дыхания используется галактоза, она фосфорилируется под действием галактокжназы:

галактоза + АТФ ------ > галактозо-1 -фосфат + АДФ.

Затем в результате нескольких реакций галактозо-1-фосфат превращается в свой С₄-эпимер — в глюкозо-1-фосфат, который изомеризу-ется в глюкозо-6-фосфат.

На второй стадии процесса образовавшийся тем или иным путем глюкозо-6-фосфат превращается в фруктозо-6-фосфат. Это превращение катализируется ферментом глюкозо фосфат-изомер^

Свободные фруктоза и манноза также могут служить прекрасными субстратами дыхания. При включении в процесс дыхания эти моносахариды фосфорилируются у шестого углеродного атома под действием фермента гексокиназы, специфичность которого довольно низка.

фруктоза + АТФ ------ > фруктозо-6-фосфат +АДФ;

манноза -(- АТФ ----->- маннозо-6-фосфат-[-АДФ.

После этого маннозо-6-фосфат превращается во фруктозо-6-фос-фат в реакции изомеризации, катализируемой ферментом фосфск маннозоизомеразой:

маннозо-6-фосфат ------ > фруктозо-6-фосфат.

Затем молекула фруктозо-6-фосфата присоединяет еще один остаток фосфорной кислоты, в результате чего она становится более ре-акционноспособной. Донором фосфатного остатка является

Для действия этого фермента, как и для действия гексокиназы, необходимо присутствие ионов Mg²+. Таким образом, для превраще-ния глюкозы во фруктозодифосфат требуется значительное количе­ство энергии, которое доставляется двумя молекулами АТФ.

На следующем этапе (4) молекулы фруктозодифосфата под дей-ствием фермента альдолазы расщепляются на две триозы — 3-фос-фосфоглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон:

Фосфодиоксиацетон не накапливается в клетках, а подвергаете* превращению в 3-фосфоглицериновый альдегид под действием три озофосфа т-и з о м е р а з ы. Поэтому можно считать, что в дальней ших реакциях участвуют две молекулы 3-фосфоглицеринового аль дегида

На следующем этапе происходит одна из важнейших реакций, в результате которой образуется макроэргическая связь АТФ — окис­ление 3-фосфоглицеринового альдегида. Эта реакция проходит в не-колько стадий и катализируется ферментом триозофосфатде-ги д р о г е н а з о и.

Молекула триозофосфатдегидрогеназы состоит из четырех субъ-единиц, каждая из которых содержит один остаток связанного НАД⁴" ¹ одну сульфгидрильную группу —SH. Схему активного центра фер­мента упрощенно можно изобразить следующим образом:

Де Е — белковая часть молекулы фермента. На первом этапе окисления происходит образование комплексно­го соединения 3-фосфоглицеринового альдегида с ферментом:

В результате этой реакции НАД переходит в восстановленную форму, а альдегидная группа окисляется и взаимодействует с сульф-гидрильной группой, в результате чего возникает тиоэфир. Образо­вавшийся благодаря удалению 2Н тиоэфир имеет макроэргическую связь C~S, аналогичную связи в молекуле ацетилкофермента А. Восстановленный НАД-Н не отделяется от фермента, а отдает свой атом водорода и -электрон молекуле свободного окисленного НАД% нахопяшегося в среде:

Ацильная группа вместе с макроэргической связью переносится затем от фермента на минеральную фосфорную кислоту, происходит реакция фосфоролиза, в результате чего образуется макроэргическое соединение — 1,3-дифосфоглицериновая кислота и окисленная форма фермента, которая включается в следующий каталитический цикл:

В этой цепи реакций альдегид окисляется до кислоты, и суммар­ную реакцию окисления можно изобразить следующим уравнением:

3-фосфоглицериновый альдегид + НАД+ + Н₃Р0₄ ----- >

----- > 1,3-дифосфоглицериновая кислота + НАД• Н -{- Н+.

1,3-дифосфоглицериновая кислота представляет собой смешанный ангидрид карбоновой и ортофосфорной кислот и обладает очень большой отрицательной величиной свободной энергии (по некоторым данным, AG°= — 59 кДж-моль"¹). Образовавшаяся 1,3-дифосфоглиде; риновая кислота передает фосфатный остаток с макроэргической связью на АДФ, в результате чего образуется молекула АТФ. Эта

В реакциях (6) — (9) происходит процесс окисления, связанный-В фосфорилированием, в результате чего образуется АТФ. Этот про-! цесс называют субстратным фосфорилированием.

В реакции (10) 3-фосфоглицериновая кислота под действием [фосфоглицератмутазы изомеризуется в 2-фосфоглицериновую кислоту: '

На следующем этапе (11) фермент фосфопируват-гидрат-аза (4.2.1.11) отщепляет воду от 2-фосфоглицериновой кислоты* Это несколько необычная реакция, так как в данном случае в ре­зультате отщепления воды происходит перераспределение внутрен­ней энергии молекулы и возникает богатая энергией' фосфатная^ связь. Эту реакцию можно рассматривать как внутримолекулярное окисление, происходящее у второго углеродного атома, и восстанов­ление третьего углеродного атома:

Фосфоенолпировиноградная кислота под действием п и р у в а т-шиназы (2.7.1.40) отдает свой фосфатный радикал и запас энергии |на АДФ с образованием АТФ:

Енолпировиноградная кислота самопроизвольно превращается в — пировиноградную кислоту:

Таким образом, при анаэробном распаде углеводов, который происходит при процессах брожения, анаэробного дыхания и является первичной фазой аэробного дыхания, из одной молекулы гексозы образуется две молекулы пировиноградной кислоты. При этом выделяется энергия, которая связывается в виде АТФ, и образуется ряд промежуточных продуктов, играющих важную роль в обмене веществ. Кроме того, образуется две молекулы восстановленного НАД • Н, которые при своем, окислении высвобождают большое количество энергии. Схематически образование пировиноградной кислоты из гексозы можно представить следующим образом: С₆Н₁₂О_е + 2НАД+ + 2АДФ + 2Н₃Р0₄ - -> ---- > 2СН₃СОСООН + 2НАД - Н + 2Н+ + 2АТФ + 2Н₂О.

Пировиноградная кислота в зависимости от условий и от специфических особенностей данного организма может затем подвергаться различным превращениям. Например, в анаэробных условиях пировиноградная кислота под действием фермента пируватдекарб-о к с и л а з ы подвергается расщеплению на углекислый газ и ускус-ный альдегид:

СН2СОСООН ----->- С0₂+СН₃СОН.

Затем уксусный альдегид под действием алкоголъдегидро-геназы, активной группой которой является НАД, восстанавливается до этилового спирта:

СН₃СОН + НАД-Н+Н+ -----> СН₃СН₂ОН+НАД+.

Этот процесс происходит при спиртовом брожении, а также при анаэробном дыхании в некоторых частях растений, покрытых плотной оболочкой, куда доступ воздуха затруднен (плоды, луковицы). В этих органах иногда в результате окисления углеводов образуется немного этилового спирта.

При молочнокислом брожении, а также в мышцах животных при недостатке или отсутствии кислорода пировиноградная кислота восстанавливается под действием фермента лактатдегидроген- азы, активной группой которой является НАД. В результате образуется молочная кислота:

™* ^^хх^^тт. тт* тт т т, ттл.. ^т_Г ^T-ir^urrkrkW (НДП+

В аэробных условиях пировиноградная кислота может превращаться в уксусную кислоту и углекислый газ:

СН₃СОСООН+О ---- СН₃СООН+СО₂.

При аэробном дыхании пировиноградная кислота подвергается полному окислению с образованием углекислоты и воды: СН₃СОСООН + 5О ----- ЗСО₂+2Н₂О.

Пировиноградная кислота может участвовать и в синтетическом образовании углеводов. При определенных условиях реакции циклаанаэробного распада углеводов обратимы, и из пировиноградной кислоты могут синтезироваться углеводы — глюкоза и крахмал.

Пировиноградная кислота является также связующим звеном между обменом углеводов и белков, так как она может образоваться из продуктов превращения ряда аминокислот. С другой стороны, она служит источником синтеза аминокислоты аланина, из которой в результате переаминирования могут образовываться другие аминокис-лоты: СН₃СОСООН+ NH₃+ 2H-----> СН₃СНNH₂СООН + Н₂О. Пировиноградная кислота может превращаться в уксусную кис-лоту. Последняя, в свою очередь, является потенциальным источником жирных кислот, из которых образуются жиры и липиды. Поэтому пировиноградная кислота является связующим звеном не толь ­ко между углеводным и белковым обменом, но и между обменом углеводов и жиров.

Таким образом, пировиноградная кислота занимает главное поло-жение в обмене углеводов и одно из важных мест в обмене веществ растения. Некоторые возможные пути превращений пировиноградной; кислоты представлены на рисунке 36.

Дата добавления: 2015-07-13