Биохимия - Химические реакции в живой клетке Том 2 - Д. Мецлер 1980
Биосинтез; как образуются новые молекулы
Биосинтез мономеров
Глиоксилатный путь
Напомним, что восстановительное карбоксилирование ацетил-СоА до пирувата [уравнение (11-14)] происходит только у нескольких видов бактерий. Для большинства же организмов, от бактерий до животных, характерно необратимое окислительное декарбоксилирование пирувата до ацетил-СоА, что имеет много важных последствий. Например, углеводы легко превращаются в жир, и благодаря необратимости этого процесса избыточное количество калорий приводит к отложению жира. Однако жир не может быть использован в качестве исходного материала для образования большинства биосинтетических промежуточных соединений, необходимых для образования углеводов и белков, поскольку эти промежуточные соединения происходят в основном из С3-единиц.
РИС. 11-5. «Сериновый путь» ассимиляции одноуглеродных соединений, содержащих один атом углерода.
РИС 11-6. Глиоксилатный путь. Звездочками указан путь меченого углерода из ацетата.
Это ограничение на пути превращения С2-ацетильных единиц в С3-метаболиты преодолевается во многих организмах, включая, в частности, Е. coli, при помощи глиоксилатного пути. Эта последовательность реакций превращает две ацетильные единицы в одну С3-единицу с декарбоксилированием четвертого атома углерода. Этот путь позволяет многим организмам (включая Е. coli и Tetrahymena) существовать на ацетате как на единственном или основном источнике углерода. Глиоксилатный путь имеет особенно важное значение у растений, в семенах которых запасаются большие количества жира (маслянистые семена). Благодаря глиоксилатному пути жир в проростках семян легко может превратиться в сахар, целлюлозу и другие углеводы, необходимые для роста растения.
Первую часть глиоксилатного пути можно представить себе как модифицированный цикл трикарбоновых кислот, предназначенных для окисления ацетата в глиоксилат (рис. 11-6, наверху слева). Этот ацетил-СоА-глиоксилатный цикл служит также для того, чтобы поставлять глиоксилат в сериновый цикл, приведенный на рис. 11-5. Регенерирующимся субстратом ацетил-СоА-глиоксилатного цикла является оксало-ацетат, который служит эффективным окислителем при превращении метильной группы ацетил-СоА в альдегидную. Это четырехэлектронное окисление осуществляется с помощью механизма, включающего дегидратацию и повторную гидратацию аконитазы. Изоцитрат расщепляется изоцитрат-лиазой [уравнение (7-73)] с образованием глиоксилата. Другой продукт, сукцинат, реокисляется, регенерируя оксалоацетат в процессе четырехэлектронного ß-окисления, которым завершается цикл.
Независимый путь синтеза регенерирующегося субстрата состоит в катализируемой малат-синтетазой конденсации глиоксилата с ацетил-СоА (рис. 7-11), приводящей к малату, который затем окисляется до оксалоацетата (рис. 11-6). Такая же последовательность завершает глиоксилатный путь, поставляя оксалоацетат для синтеза углеводов и других веществ.
Глиоксилатиый путь часто рассматривают как часть цикла трикарбоновых кислот. Схема, приведенная на рис. 11-6, дает четкое представление о его стехиометрии. У бактерий глиоксилатный путь, по-видимому, пространственно не отделен от цикла трикарбоновых кислот0. У некоторых же растений часть ферментов, необходимых для глиокси- латного пути, локализована в глиоксисомах, а остальные — в митохондриях (рис. 11-6).
Малат и оксалоацетат, промежуточные продукты глиоксилатного пути, могут быть превращены в пируват и фосфоенолпируват (РЕР), как это показано на рис. 11-6. Пируват нужен для синтеза соединений пируватного семейства, а фосфоенолпируват может быть превращен во все другие промежуточные соединения биосинтетических путей (рис. 11-1).
Интересная модификация глиоксилатного пути была обнаружена у Micrococcus denitrificans [16]. Сначала одна молекула глиоксилата переаминируется до глицина [уравнение (11-7)], после чего этот глицин в результате реакции, требующей PLP, конденсируется со второй молекулой глиоксилата, образуя ß-оксиаспартат; отщепление молекулы аммиака и таутомеризация образующегося енола дают оксалоацетат [уравнение (11-17)].