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

Типы реакций, катализируемых ферментами
Краткий обзор некоторых метаболических путей
Пусковая реакция или активация метаболитов

Единственная функция наиболее активных метаболических путей состоит в том, чтобы обеспечить клетку АТР и другими высокоэнергетическими (т. е. «богатыми энергией») промежуточными соединениями, которые могут быть использованы в процессах биосинтеза и в других превращениях, протекающих с затратой энергии. Таким образом, в первую очередь следует рассмотреть те метаболические пути, в результате которых осуществляется катаболизм пищевых продуктов и его сопряжение с синтезом АТР.

После того как то или иное полимерное питательное вещество уже переварено (прогидролизовано) и образовавшиеся мономерные продукты проникли в клетку, обычно требуется пусковая реакция, протекающая с поглощением энергии. Например, гидролиз жиров (независимо от того, протекает ли он в просвете кишечника или внутриклеточно) приводит к образованию свободных жирных кислот. Прежде чем жирные кислоты примут участие в дальнейших метаболических превращениях, они присоединяются к специальному коферменту, коферменту А (СоА) с образованием СоА-производного жирной кислоты. Эта реакция требует расхода АТР, т. е. гидролиза АТР до АМР и РР_і (дополнение З-A). Аналогичным образом глюкоза, попадая в клетки, превращается в эфир фосфорной кислоты — глюкозо-6-фосфат. Реакция образования глкжозо-6-фосфата также требует затраты АТР. Основные метаболические пути часто начинаются с одного из двух этих соединений: СоА-производного жирной кислоты или глюкозо-6-фосфата. Структурные формулы этих соединений приведены в верхней части рис. 7-1.

Дополнение 7-А

Мышьяк

Арсенат AsO^3-₄ подобен фосфату по таким химическим свойствам, как размер молекулы, структура и способность вступать в биохимические реакции. Однако эфиры мышьяковой кислоты обладают гораздо более низкой устойчивостью, чем эфиры фосфорной кислоты. Если они образуются на поверхности фермента, то при отщеплении от фермента сразу же гидролизуются. Этим свойством в значительной мере и объясняется токсичность соединений мышьяковой кислоты.

Арсенат может замещать фосфат во всех фосфорилитических реакциях, например в реакциях расщепления гликогена, катализируемого гликогенфосфорилазой, и расщепления сахарозы, катализируемой сахарозофосфорилазой (разд. 3,6). В обоих случаях в качестве промежуточного соединения, по-видимому, образуется глюкозо-1-арсенат, который, однако, быстро гидролизуется с освобождением глюкозы. Этот процесс в целом называется арсенолизом. Другая реакция, в которой арсенат может заменять фосфат, — окисление глицеральдегид-3-фосфата в присутствии Р_і с образованием 1,3-дифосфоглицерата:

Последующий перенос 1-фосфатной группы на ADP является важной энергодающей стадией в общем обмене веществ (гл. 8, разд. 3,5). В том случае, когда вместо фосфата используется арсенат, образующийся ациларсенат (1-арсено-3-фосфоглицерат) гидролизуется с образованием 3-фосфоглицерата. Таким образом, в присутствии арсената окисление глицеральдегид-3-фосфата не прекращается, но синтеза АТР при этом больше не происходит. Иными словами, арсенат разобщает процессы фосфорилирования и окисления. Арсенат может частично заменять фосфат в стимуляции дыхания митохондрий, разобщая при этом окислительное фосфорилирование (гл. 10, разд. Д, 5).

Ферменты, которые в нормальных условиях действуют на фосфорилированный субстрат, в присутствии арсената обычно катализируют медленную реакцию превращения соответствующего нефосфорилированного субстрата. По-видимому, реакция становится возможной благодаря тому, что на поверхности фермента образуется короткоживущий мышьяковокислый эфир субстрата.

Арсенит известен тем, что способен энергично реагировать с тиоловыми группами, особенно с дитиолами, например с липоевой кислотой:

Блокируя окислительные ферменты, зависящие от липоевой кислоты (гл. 8, разд. К), арсенит способствует накоплению пирувата и других а-кетокислот.

Соединения мышьяка находят в медицине применение уже свыше 2000 лет, но лишь в нашем столетии некоторые производные мышьяка стали использоваться для получения лекарственных препаратов. Так в 1905 г. было обнаружено, что арсанилат натрия токсичен для трипаносом, а успешное применение Эрлихом соединений мышьяка для лечения сифилиса (в 1909 г.) впервые привлекло внимание к проблеме химиотерапии бактериальных инфекций.