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

Биосинтез; как образуются новые молекулы
Регуляция процессов биосинтеза
Липогенез

Рассмотрим другую метаболическую ситуацию. Пища с высоким содержанием углеводов приводит к повышению концентрации глюкозы в крови и к пополнению резервов гликогена в клетках. Содержание АТР при этом возрастает, блокируя цикл трикарбоновых кислот, в результате чего цитрат выходит из митохондрий (рис. 11-11). Во внемитохондриальном пространстве цитрат расщепляется ATP-зависимой цитрат-лиазой [уравнение (7-70)] на ацетил-СоА и оксалоацетат. Далее оксалоацетат может быть восстановлен до малата и затем окислен NADP⁺ до пирувата [уравнение (11-13)], который может опять проникнуть в митохондрии. Этим путем ацетильные группы выводятся из митохондрий в виде ацетил-СоА, который затем может быть подвергнут карбоксилированию (при активирующем влиянии цитрата) и дать малонил-СоА — предшественник жирных кислот. NADPH, образующийся в результате окисления малата, поставляет часть восстанавливающих эквивалентов, необходимых для синтеза жирных кислот. Дополнительное количество NADPH поступает из пентозофосфатного метаболического пути. Таким образом, избыточные калории, поступающие в наш организм в форме углеводов, легко превращаются в жиры. Мало вероятно, чтобы эти реакции протекали в заметной степени в большинстве клеток организма; в количественном отношении этот процесс проявляется наиболее сильно в клетках жировых тканей.

Не все механизмы, обеспечивающие регуляцию метаболизма глюкозы и липидов, уже известны. Ясно лишь, что в клетке имеется система связанных друг с другом регуляторных взаимодействий, позволяющих всему набору метаболических циклов по-разному реагировать на изменение условий. Ответная реакция организма всегда направлена не только на удовлетворение потребностей клетки в энергии, но и на поддержание стационарных концентраций клеточных компонентов в требуемых границах.

Вопросы и задачи

1. а) Каково будет отношение [В]/[А] при равновесии реакции А→B, если изменение свободной энергии ∆G' (pH 7) для этой реакции при 25 °С составляет 25 кДж/моль?

б) Предположим, что реакция А—>В сопряжена с расщеплением АТР и протекает по схеме

Предположим дальше, что потенциал переноса группы (—∆G') для фосфатной группы при 25 °С (pH 7) равен 12 кДж/моль и что равновесная константа превращения не отличается от константы равновесия превращения А в В. Определите, чему равны концентрации А, В при равновесии, если величина R_p (степень фосфорилирования) равна 10⁴ М^-1.

2. Крысе дают с пищей пальмитиновую кислоту, меченную изотопом ¹⁴С по карбоксильной группе. При этом повышения гликогена в печени не происходит, однако в глюкозных единицах глюкогена появляется ¹⁴С.

а) Изобразите последовательность реакций (используя соответствующие уравнения), в результате которых углеродные атомы глюкозы становятся мечеными.

б) Объясните, почему не синтезируется новое количество гликогена из жирной кислоты.

3. а) Напишите уравнения реакций, в результате которых большая часть трипальмитина, вводимого с пищей в организм взрослого человека, будет откладываться в жировых тканях в виде трипальмитина.

б) Каково минимальное количество АТР (макроэргические связи), требующееся обычно для того, чтобы отложить 1 моль поступающего с пищей трипальмитина в жировых тканях? Считайте при этом только тот АТР, который участвует в трипальметиновом метаболизме, и учтите наличие источника глицерина в жировой ткани.

4. Опишите биохимическое действие, оказываемое

а) инсулином, б) глюкагоном и в) адреналином при их введении в организм нормального животного.

5. Рассмотрите возможные пути биосинтеза метаболита грибов — агарициновой кислоты:

6. Кетон пальмитон СН₃ (СН₂)₁₄*СО (СН₂) ¹⁴СН₃ синтезируется микобактериями. Было обнаружено, что, если ввести в организм с пищей 1-¹⁴С-пальмитиновую кислоту, меченым в этом кетоне оказывается атом углерода, обозначенный звездочкой. Рассмотрите возможный путь биосинтеза пальмитона.

7. Ретикулоциты (незрелые эритроциты) содержат митохондрии, способные как к аэробному, так и к анаэробному окислению глюкозы. В опыте, в котором эти клетки инкубировались в оксигенированном растворе Кребса — Рингера с 10 мМ глюкозы, добавление антимицина А приводило через 15 мин к изменениям концентрации метаболитов, указанным в таблице¹).

Объясните наблюдаемые изменения в концентрации ATP, ADP и АМР (см. таблицу). Выразите концентрацию каждого из компонентов после добавления антимицина в процентах от его концентрации до добавления. Нанесите на ось абсцисс содержание каждого из соединений после добавления антимицина, расположив их в последовательности, соответствующей гликолизу:

а вдоль оси ординат изменения в процентах и соедините полученные точки. Полученная кривая известна под названием диаграммы пересечения (кривая пересекает линию, соответствующую 100% в одной или в нескольких точках).

8. Было высказано предположение, согласно которому субстратный цикл, включающий фосфофруктокиназу и фруктозодифосфатазу, используется шмелями для нагревания их летательных мышц до 30 °С перед началом полета. Кларк и др. [56] показали, что максимальные скорости каталитической активности для обоих ферментов составляют приблизительно 44 мкмоль/мин/г) ненагретой ткани. У летящих пчел гликолиз идет со скоростью, равной приблизительно 20 мкмоль/(мин/г) ткани, без субстратного цикла. У пчел, находящихся в состоянии покоя при 27 °С, функционирования субстратных циклов не было обнаружено, однако при 5°С субстратный цикл происходит со скоростью 10,4 мкмоль/(мин/г), тогда как гликолиз замедляется до 5,8 мкмоль/(мин/г). Если функционирование субстратного цикла дает тепло для нагревания насекомого, то оцените, сколько времени необходимо для того, чтобы его температура достигла30 °С, если максимальная скорость субстратного цикла в холодной пчеле (5 °С) может составлять 40 мкмоль/(мин/г) и если пчела не обменивается теплом с окружающей средой.

¹⁾ Из работы Ghosh А. К., Sloviter Н. A., JBC, 248, 3035—3040 (1973).