Микробиология - Гусев М.В.
Скачать (прямая ссылка):
Молекула глюкозо-6-фосфата изомеризуется в молекулу фрук-тозо-6-фосфата. Реакция сопровождается незначительным изменением свободной энергии и поэтому легко идет в обоих направлениях. Фрук-тозо-6-фосфат фосфорилируется в положении 1. Донором фосфата служит АТФ. Реакция в клетке практически необратима. Вторичное фосфорилирование молекулы фруктозы приводит к ее дальнейшему активированию. Реакция катализируется фосфофруктокиназой, относящейся к числу регуляторных ферментов. Активность фосфофруктокиназы ингибируется АТФ и стимулируется АДФ и фосфатом. Высокое отношение АТФ к АДФ в клетке приводит к ингибированию этого фермента и соответственно снижению скорости гликолиза. Фосфофрук-токиназа — основной регуляторный фермент гликолитического пути.
Образовавшийся фруктозо-1,6-дифосфат разрывается на две трио-зы: фосфодиоксиацетон и 3-фосфоглицериновый альдегид (3-ФГА). Разрыв катализируется фруктозо-1,6-дифосфатальдолазой (альдола-зой), являющейся ключевым ферментом этого пути. Достаточно обнаружить альдолазу, чтобы получить свидетельство существования гликолитического пути у организма. В последующие реакции может включаться только 3-ФГА. Фосфодиоксиацетон превращается в 3-ФГА в реакции изомеризации, катализируемой триозофосфатизомеразой.
На этом этапе заканчивается подготовительная стадия гликолитического пути: молекула глюкозы после активирования и расщепления на 2 фосфотриозы подготовлена для последующих превращений. Для
182
активирования 1 молекулы глюкозы тратятся 2 молекулы АТФ2. Таким образом, до сих пор процесс протекает с затратой энергии. Однако его смысл и назначение заключаются в обеспечении клетки энергией. Эта задача решается на следующей стадии процесса.
Окисление 3-ФГА до 1,3-дифосфоглицериновой кислоты (1,3-ФГК) — один из наиболее важных этапов гликолитического пути, поскольку именно на этом этапе энергия, освобождающаяся при окислении альдегидной группы 3-ФГА, запасается в молекуле 1,3-ФГК- Реакция катализируется ферментом глицеральдегид-3-фосфат-дегидроге-назой (3-ФГА-дегидрогеназой):
3-ФГА+НАД-И Фн---1,3-ФГК+НАД-Н2.
3-ФГА служит донором электронов, которые переходят на НАД+ функционирующий в качестве переносчика электронов от 3-ФГА к пи-ровиноградной кислоте. Образование последней происходит на более поздних этапах гликолитического пути. Итак, альдегидная группа 3-ФГА окисляется до карбоксильной группы. Однако вместо свободной карбоновой кислоты образуется смешанный ангидрид фосфорной кислоты и карбоксильной группы 3-ФГК — 1,3-ФГК. Реакция окисления 3-ФГА до 1,3-ФГК с помощью ИАД-зависимой 3-ФГА-дегидрогеназы, приводящая к первому субстратному фосфорилированию на гликоли-тическом пути, состоит из нескольких этапов (рис. 57). Первый из них — связывание фермента, содержащего сульфгидрильную группу (SH-группу) в активном центре, с молекулой субстрата, в результате
I этап
H О \// С
SH-фермент-Н АД +
H—с—он H2C-O-(ф"
нч/он
C-S — фермент-Н АД +
н—с — он H2 с—о— (ф)
II этап*
н\/он
С—S—фермент-Н АД +
У/
C<vS — фермент
H—С—ОН H2C-O-®
-*>- Н—С—ОН + НАД • Hn
I
H2C-O-C?)
IH этап
О
С —фермент I
Н—С—ОН H2C-о-0
+ ф,
C-O^(V)
Н—С—ОН
H0C-О—(Ф.
+ SH-фермент
Рис. 57. Механизм субстратного фосфорилирования на уровне 3-фосфоглицеринового альдегида. Объяснение см. в тексте (по Racker,
1967)
2 Если исходным субстратом служит полисахарид, например гликоген, крахмал, то для активирования глюкозного остатка на подготовительной стадии гликолитического пути затрачивается только 1 молекула АТФ.
183
чего образуется фермент-субстратный комплекс. Альдегидная группа суострата связывается с SH-группой фермента. На втором этапе фермент катализирует перенос водорода на НАД+ также связанный >с ферментом. Окисление приводит к образованию промежуточного мак-роэргического соединения. Возникает богатый энергией тиоэфир, в образовании которого участвует SH-группа фермента и карбоксильная группа субстрата.
На последнем этапе кислотный остаток переносится от фермента на ортофосфат, в результате чего образуется 1,3-ФГК и исходная форма фермента. 1,3-ФГК — высокоэнергетическое соединение. Энергия, освобождающаяся при окислении 3-ФГА, запасается в макроэрги-ческой фосфатной связи у первого углеродного атома 1,3-ФГК. 1,3-ФГК реагирует далее с АДФ, отдавая высокоэнергетическую фосфатную группу, в результате чего синтезируется молекула АТФ. Таким образом, энергия, высвободившаяся при окислении альдегидной группы, оказывается запасенной в молекуле АТФ.
Итак, произошло образование 3-ФГК. Теперь можно подвести некоторые итоги. Клетка на этом этапе «вернула» свои энергетические затраты: 2 молекулы АТФ были затрачены и 2 молекулы АТФ синтезировались на 1 молекулу глюкозы. На этом же этапе в реакции 'окисления 3-ФГА до 1,3-ФГК и образования АТФ имеет место первое субстратное фосфор ил ирование. Энергия освобождается и запасается в макроэргических фосфатных связях АТФ в процессе перестройки сбраживаемого субстрата при участии ферментов. Реакция, ведущая к субстратному фосфорилированию, может быть проведена в пробирке, т. е. если взять 3-ФГА, НАД+, неорганический фосфат, АДФ и 3-ФГА-дегидрогеназу, то реакция пойдет в сторону образования 3-ФГК и АТФ. Все необходимые для этого компоненты известны и получены в чистом виде. Возможность осуществления реакции в пробирке говорит о том, что фермент, катализирующий ее, не связан с клеточными структурами.
