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

Биосинтез; как образуются новые молекулы
Использование энергии АТР
Гидролиз пирофосфата

Расщепление неорганического пирофосфата (РР_і) на две фосфатные (P_i) группы (гл. 7; разд. Д, 1) катализируется пирофосфатазами, которые присутствуют, по-видимому, во всех клетках. Их функция состоит, очевидно, просто в удалении образующегося РР_i по мере его образования (табл. 7-2) и смещения равновесия в сторону образования требуемого соединения. Примером может служить образование активированных аминокислот (молекул аминоацил-тРНК), играющих важную роль в биосинтезе белка. Из уравнения (11-2) следует, что для активирования одной молекулы аминокислоты требуются две молекулы АТР [2]. Хотя с термодинамической точки зрения за присоединение одного мономерного звена к полимерной цепи, казалось бы, не обязательно «платить» двумя молекулами АТР, часто такая расплата имеет место, а гидролиз РР_і не оставляет сомнений в том, что реакция действительно идет до конца. Молекулы тРНК стремятся соединиться с аминокислотами в соответствии с уравнением (11-2), даже если концентрация свободных аминокислот в цитоплазме низка.

Следует, однако, учитывать при этом также и законы кинетики. Последовательность биосинтетических реакций протекала бы, вероятно, слишком медленно, если бы удаление РР_i не приводило к их ускорению. Следует также иметь в виду, что пути биосинтеза тщательно регулируются и наблюдаемые сложности частично могут быть объяснены наличием механизмов регуляции, которые до конца еще не выяснены. Хотя пирофосфатазы обнаруживаются повсеместно, тем не менее нельзя быть абсолютно уверенным в том, что PP_i всегда подвергается гидролизу. В некоторых случаях энергия фосфоангидридной связи может сохраняться клеткой (гл. 13, разд. Д, 6).

В некоторых метаболических реакциях в результате последовательного переноса концевых фосфатных групп двух молекул АТР на гидроксильную группу образуются пирофосфатные эфиры. Эти эфиры часто реагируют с отщеплением РР_i; примером может служить поляризация пренильных единиц (реакция типа 6 Б, табл. 7-1; рис. 12-11). И в этом случае гидролиз идет до Р_i. Таким образом, расщепление пирофосфата представляет собой второй очень общий способ сопряжения процесса расщепления АТР с синтетическими реакциями.

Известно несколько случаев, когда активация групп сопряжена с расщеплением АТР у С 5' (рис 7-7) с образованием триполифосфатной связи РРР₁, которая в свою очередь гидролизуется до Р_і и РР_і, и в конечном счете до трех молекул Р_i. Примером может служить образование S-аденозилметионина (SAM) [3], показанное в уравнении (11-3).

Эта реакция представляет собой замещение у 5'-метиленовой группы АТР атомом серы метионина. Исходным продуктом мог бы быть связанный с ферментом РРР₁. Однако в действительности роль исходных продуктов принадлежит P_i и РР₁, которые отделяются от фермента [3]. Было установлено, что Pi происходит от концевого фосфора (Р_у) АТР.