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

Биосинтез; как образуются новые молекулы
Использование энергии АТР
Активация групп

Рассмотрим образование сложного эфира (или амида) из свободной карбоновой кислоты и спирта (или амина) с отщеплением молекулы воды [уравнение (11-1)].

Эти реакции термодинамически невыгодны и в зависимости от условий и от структуры реагирующих соединений характеризуются величинами ∆G' (при pH 7), лежащими в пределах от +10 до 30 кДж∙моль. Еще в давние времена химики-органики уже знали, что реакции этого типа можно ускорить, если тщательно удалять из реакционной смеси образующуюся воду. Однако более эффективным является «активация» карбоновой кислоты путем превращения ее в хлорангидрид или просто в ангидрид

Нуклеофильная атака карбонильной группы в таких соединениях приводит к замещению хорошо уходящей группы Сl^- или R—СОО^-. Природа пошла именно по этому пути, образуя из карбоновых кислот такие производные, как ацилфосфат или ацил-СоА (гл. З, разд. Б; гл. 7, разд. Е; табл. 11-1).

Таблица 11-1 «Активированные» группы, используемые в биосинтезе

Преимущества этих активированных ацилпроизводных в реакциях биосинтеза видны из данных, приведенных в гл. 7 (разд. Е) и в табл. 8-1. Одновременно с превращением карбоновой кислоты в «активный ацил» может происходить активация других групп. Сами «высокоэнергетические фосфаты» могут рассматриваться как активные фосфорильные соединения. Сульфат превращается в фосфосульфатангидридпроизводное активного сульфурила. Сахара превращаются в соединения, аналогичные глюкозо-1-фосфату или сахарозе, содержащие активные гликозильные группы. Потенциалы переноса группы в этих соединениях хотя, по-видимому, и не так велики, как потенциалы переноса фосфатной группы АТР, однако достаточны для того, чтобы сделать глюкозо-1-фосфат и сахарозу эффективными гликозилирующими агентами. В табл. 11-1 приведены некоторые из наиболее важных активируемых групп.

Активирование групп обычно происходит за счет энергии, освобождаемой при отщеплении фосфатной группы от АТР. Об этом, в частности, шла речь в гл. 7 (разд. Е), где говорилось о центральной роли ацилфосфатов в метаболизме, подтверждаемой тем фактом, что они содержат как активируемую ацильную группу, так и активируемую фосфатную группу:

Высокий потенциал переноса групп может быть сохранен в последующих реакциях либо одной группой, либо другой, но не двумя одновременно. Таким образом, замещение у атома фосфора кислородом ADP приведет к регенерации АТР и атака углерода —SH-группой даст тиоэфир. Некоторые другие соединения, приведенные в табл. 11-1, также могут расщепляться по двум путям, давая разные активируемые группы, например фосфосульфатангидрид, еноилфосфат и карбамоилфосфат. Вероятнее всего, процесс расщепления АТР может быть сопряжен с синтезом активируемых групп только при условии образования промежуточных соединений этого типа. О важности таких общих промежуточных соединений в синтезе АТР на субстратном уровне фосфорилирования речь уже шла выше (гл. 8, разд. 3,5).