Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980

О том, как электроны встречаются с кислородом, как при этом образуется ATR и о некоторых родственных явлениях
Оксигеназы и гидроксилазы
Перевод жирных кислот в ненасыщенную форму

Обнаружена ферментативная активность, связанная с эндоплазматическим ретикулумом, также требующая присутствия О2, которая осуществляет превращение насыщенных жирных кислот в цис-ненасыщенные кислоты (например, стеароил-СоА или олеоил-СоА; табл. 2-7) [160]. Вероятно, начальной стадией этих реакций является гидроксилирование. В этой системе, по-видимому, в роли специфического переносчика электронов выступает цитохром b5, однако природа самой гидроксилазы неизвестна.

Вопросы и задачи

1. Имеются препараты (по 50 мг каждого) двух чистых железо-серных белков — рубредоксина и ферредоксина. Опишите простой химический тест, позволяющий различить эти два вещества.

2. Какова будет разница в суммарном заряде при pH 7 между клостридиальным апоферредоксином (т. е. белком, не содержащим железа) и реконструированным ферредоксином, приготовленным путем добавления к апоферменту 4 ферро-ионов, 4 ферри-ионов и 8 молекул H2S? Указание: рКа цистеинильной SH-группы равно ~9.

3. Рассмотрим две реакции цикла трикарбоновых кислот:

а. Какое количество АТР может образоваться в клетке в результате каждой из этих окислительных реакций?

б. Какое количество АТР может образоваться за счет окисления в цитоплазме глицеральдегид-3-фосфата молекулой NAD+?

Отвечая на вопрос, поставленный в п. «б», рассмотрите различного рода челночные механизмы, обеспечивающие поступление восстановительных эквивалентов в митохондрии.

4. а) Рассчитайте ∆G' (pH 7) для окисления пирувата в СО2 и воду под действие NAD+. б) Сравните полученное значение со значением ∆G' для окисления под действием О2. в) Сколь велика будет разница, если давление кислорода составляет всего 0,01 атм? г) Приведет ли столь низкое давление О2 внутри клетки к значительному замедлению окисления пирувата в митохондриях?

5. Предположим, что связанная с мембраной гидрогеназа позволила уравновесить Н2 с Н+ и другими компонентами дыхательной цепи организма, а) Чему при pH7 и давлении Н2 = 0,1 атм будут равны следующие отношения: [NADH]/[NAD+]; [Fd (восстановленный)]/[Fd(окисленный)] (для клостридиального ферредоксина); [Цитохром с (восстановленный)]/[Цитохром с (оксиленный)]? б) Изменятся ли эти отношения, если прохождение электронов по дыхательной цени на участке 1 жестко сопряжено с синтезом одной молекулы АТР? Если изменится, то сколь большим будет это изменение при степени фосфорилирования Rp=10-5 М-1?

6. Электродный потенциал пары NAD+/NADH в интактных митохондриях определяли путем уравновешивания митохондрий с парой ацетоацетат-β-оксибутират, для которой электродный потенциал Е0'=—0,266 В. Когда отношение [NAD+]/[NADH], определенное спектрофотометрически, было равно единице, отношение [Ацетоацетат] /[ß-Оксибутират] оказалось равным 0,16 [Erecinska et al., ABB, 160, 412 (1974)].

а. Чему равно E0' пары NAD+/NADH в условиях эксперимента?

б. Значение Е0’ для свободной пары NAD+/NADH равно —0,32 В. Предположим, что расхождение между этой цифрой и результатом, полученным в п. «а», объясняется связыванием NAD+ и NADH с митохондриальным белком Р со значением констант связывания K1 и К2, и будем считать, что спектрофотометрический метод не различает свободные и связанные формы. Покажите, что Е0', определенное в случае «а», больше значения Е0' в свободном состоянии на величину

Какая из констант K1или К2 больше согласно этой интерпретации?

7. Рассмотрим реакцию получения метана из Н2 и СО2 [уравнение (10-42)]. Напишите подробно все стадии этого процесса. Можете ли вы высказать предположение относительного того, каким образом эта реакция могла бы быть сопряжена с генерированием АТР? Имеются ли в этом процессе стадии, для которых требуется АТР?

8. а) Оцените общее количество в граммах никотинамида, пантотеновой кислоты и тиамина в теле человека весом в 70 кг. б) Рассчитайте количество АТР (в миллимолях; в граммах), необходимое для того, чтобы такой человек поднялся с улицы на четвертый этаж здания (на высоту 10 м), принимая, что эффективность использования АТР равна 50% и что степень фосфорилирования Rp остается постоянной и равной 103 М-1. в) Какое количество АТР может быть обеспечено путем переноса фосфатной группы с запасенного и мышцах креатинфосфата? Исходите из того, что мышцы составляют 40% общей массы тела. г) Рассчитайте, какое число оборотов в среднем совершит каждая молекула никотинамида, т. е. сколько раз она восстановится и снова окислится, за время подъема на четвертый этаж, упомянутого в п. «б». Проделайте тот же расчет для пантотеновой кислоты (переход между ацил-СоА и свободным СоА и обратно) и для тиамина.

9. Обезвоженные хвосты светлячков стали поставляться по крайней мере одной из фирм, производящих биохимические реагенты. Для чего их используют в биохимических анализах?

10. Будем считать, что содержание креатинфосфата в мышце составляет 20 мМ и что в результате работы мышцы оно может снижаться до 10 мМ. Какой будет при этом степень фосфорилирования Rp если креатинкиназная реакция достигнет состояния равновесия?