БИОХИМИЯ - Л. Страйер - 1984
ТОМ 2
ЧАСТЬ II ГЕНЕРИРОВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ МЕТАБОЛИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
ГЛАВА 12. ГЛИКОЛИЗ
12.2. Общий обзор ключевых структур и реакций
Изучение последовательности реакций в метаболическом пути значительно облегчается, если имеются точные данные о структуре реагирующих веществ и известны типы происходящих реакций. Промежуточные продукты гликолиза состоят из шести или трех углеродных атомов. Соединения, содержащие шесть атомов углерода, это производные глюкозы и фруктозы; соединения, содержащие три атома углерода, производные дигидроксиацетона, глицеральдегида, глицерата и пирувата.
Все промежуточные продукты гликолиза, расположенные в гликолитической последовательности между глюкозой и пируватом, находятся в фосфорилированной форме.Фосфорильные группы в этих соединениях связаны эфирной или ангидридной связью. Рассмотрим теперь некоторые виды реакций, происходящих при гликолизе:
1. Перенос фосфорильной группы. Фосфорильная группа переносится от АТР на промежуточный продукт гликолиза или наоборот.
2. Перемещение фосфорильной группы. Фосфорильная группа перемещается внутри молекулы от одного кислородного атома к другому.
3. Изомеризация. Кетоза превращается в альдозу или наоборот
4. Дегидратация. Элиминирование молекулы воды.
5. Альдольное расщепление. Связь углерод-углерод расщепляется в результате обращения реакции альдольной конденсации.
12.3. Образование фруктозо-1,6-бисфосфата из глюкозы
Начнем теперь наше путешествие вниз по гликолитическому пути. Реакции этого пути протекают в цитозоле клетки. Первая стадия, представляющая собою превращение глюкозы во фруктозо-1,6-бисфосфат, происходит в три этапа: фосфорилирование, изомеризация и вторая реакция фосфорилирования. Стратегия этих начальных ступеней гликолиза сводится к образованию соединения, которое может легко расщепляться на фосфорилированные фрагменты, содержащие три углеродных атома. Из этих трехуглеродных фрагментов на последующих этапах извлекается энергия.
Глюкоза проникает в большинство клеток при помощи специфического переносчика или системы активного транспорта (разд. 36.12). Судьба глюкозы внутри клетки однозначна: она фосфорилируется при участии АТР с образованием глюкозо-6-фосфата. Перенос фоефорильной группы с АТР к гидроксильной группе при С-6 глюкозы катализируется гексокиназой.
Рис. 12.5. Электронная микрофотография печеночной клетки. Гликолиз происходит в цитозоле
Рис. 12.6. Схематическое изображение α-углеродного скелета дрожжевой гексокиназы. Две идентичные субъединицы этого димерного фермента несимметрично взаимодействуют друг с другом. Глюкоза (окрашено зеленым) и АТР (окрашено красным) связаны с каталитическим центром каждого димера. Дополнительная молекула АТР (окрашено синим) связана на границе между субъединицами
Перенос фосфорильной группы-это основная реакция в биохимии. Фермент, катализирующий перенос фосфорильной группы от АТР к акцептору, называется киназой. Следовательно, гексокиназа-это фермент, способный переносить фосфорильную группу от АТР к различным шестиуглеродным сахарам (гексозам). Гексокиназа, подобно всем другим киназам, нуждается для проявления своей активности в ионе Mg2 + (или другом двухвалентном ионе металла, таком, как Мn2+). Двухвалентные ионы образуют комплекс с АТР. Структура двух возможных комплексов Mg2 +-АТР показана на рис. 12.7.
Рис. 12.7. Способы связывания Mg2 + с АТР
Следующий этап гликолиза, это изомеризация глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6- фосфат. Шестичленное пиранозное кольцо I люкозо-6-фосфата превращается в пятичленное фуранозное кольцо фруктозо-6-фосфата. Напомним, что у глюкозы с открытой цепью при С-1 находится альдегидная группа, тогда как для фруктозы с открытой цепью характерно наличие кетогруппы при С-2. Альдегид при С-1 реагирует с гидроксильной группой при С-5, образуя пиранозное кольцо, а кетогруппа при С-2 взаимодействует с гидроксильной группой при С-5 с образованием фуранозного кольца. Эта изомеризация глюкозо-6-фосфата во фруктозо-6-фосфат представляет собою превращение альдозы в кетозу.
Смысл данной реакции станет понятен, если подставить в это уравнение формы сахаров с открытой цепью.
За стадией изомеризации следует вторая реакция фосфорилирования. Фруктозо-6- фосфат фосфорилируется за счет АТР с образованием фруктозо-1,6-бисфосфата.
Реакция катализируется аллостерическим ферментом фосфофруктокиназой. Ход гликолиза лимитируется уровнем активности этого фермента. Каталитическая активность фосфофруктокиназы находится под аллостерическим контролем со стороны АТР и некоторых других метаболитов (разд. 12.9).