асит: пути биосинтеза, хотя и связаны с катаболи-ческими путями, могут существенно отличаться от них и часто катализируются совершенно другим набором ферментов

1. Метаболические петли

В совокупности пути биосинтеза и биологического распада образуют непрерывные петли — серии реакций, которые протекают одновременно и часто в одном и том же участке клетки. Метаболические петли часто, начинаются в центральных участках путей углеводного обмена, включающих превращения трех- и четырехуглеродных соединений (фосфо-глицератов, пирувата или оксалоацетата). После потери некоторого-числа атомов углерода в виде С02 оставшаяся часть соединения возвращается в основной метаболический поток, включаясь в главный ка-таболический путь, приводящий к ацетил-СоА и окислению IB цикле трикарбоновых кислот. Однако наряду с этим могут иметь место и многие другие варианты. Не все петли замыкаются в циклы в пределах данного

вида Люди, например, не способны синтезировать витамины и незаменимые аминокислоты. Следовательно, с точки зрения синтеза этих соединений мы зависим ог других организмов, но ири этом можем их расщеплять и усваивать. Некоторые метаболиты (например, мочевая кислота) выделяются человеком, но затем катаболиэируются бактериями. С химической точки зрения, всю природу в целом можно рассматривать как крайне сложную систему разветвленных и взаимосвязанных метаболических циклов. Так, все пути синтеза, реализуемые в автотрофахг представляют собой отдельные участки метаболических петель, заканчивающихся окислением, приводящим назад к СОг.

Важная особенность метаболических петель состоит в том, что часто нельзя сказать, в какой точке заканчивается биосинтез и в какой начинается биологический распад. Необходимый клетке конечный продукт X может служить предшественником другого компонента клетки Y, который для завершения петли должен подвергнуться расщеплению. Реакции, в ходе которых соединение X превращается в соединение Y, можно* рассматривать и как реакцию биосинтеза (для Y), и как реакцию расщепления (для X).

2. Ключевые промежуточые соединения и биосинтетические семейства

При рассмотрении путей биосинтеза важно идентифицировать хотя бы некоторые из промежуточных продуктов (интермедиатов). Один из них — 3-фосфоглицерат. Поскольку 3-фосфоглицерат является первичным продуктом фотосинтеза, он вполне законно может рассматриваться как исходное вещество, из которого образуются все остальные углерод-содержащие соединения. В большинстве организмов фосфоглицерат может легко превращаться в глюкозу и фосфоенолпируват, которые в свою очередь могут вновь давать фосфоглицерат. Любое из этих трех соединений может служить предшественником при синтезе других органических соединений. Первая стадия биосинтеза включает реакции, в результате которых образуется 3-фосфоглицерат (или фосфоенолпируват) либо из С02, формиата, ацетата и липидов, либо из полисахаридов

Дальнейшие стадии биосинтеза от 3-фосфоглицерата до несметного числа обнаруживаемых в клетках различных соединений — аминокислот, нуклеотидов, липидов и т. д — очень сложны и многочленны. На рис. 11-1 показано происхождение многих соединений, и в частности двадцати аминокислот (из которых построены все белки), нуклеотидов и липидов. Из дополнительных ключевых предшественников биосинтеза, которые можно видеть на приведенной схеме, хотелось бы обратить особое внимание на глюкозо-6-фосфат, пируват, оксалоацетат, ацетил-СоА, а-кетоглутарат и сукцинил-СоА.

Аминокислота серин получается почти непосредственно из 3-фосфоглицерата, аспартат — из оксалоацетата, а глутамат — из а-кетоглута-рата. Каждая из этих трех аминокислот дает начало «семейству» других соединений [1]. Сравнительно небольшие усилия, затраченные на то, чтобы понять и запомнить соотношения между разными семействами, могут значительно облегчить изучение биохимии. Наряду с сериновым, аспартатным и глутамат-кетоглутаратным семействами отметим большое четвертое семейство, ведущее свое начало непосредственно от пирувата, и пятое семейство (состоящее в основном из липидов), которое происходит от ацетил-СоА Ароматические аминокислоты образуются из эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата, причем роль ключевого про межуточного соединения играет хоризмовая кислота [уравнение (7-50)]. Другие семейства ведут свое начало от глюкозо-6-фосфата и от пентозофосфатов. Все эти группы соединений показаны на рис. 11-1 жирными изогнутыми линиями.

Б. Использование энергии АТР

На протяжении всей истории биохимии часто высказывалось предположение о том, что определенный биосинтетический путь представляет собой точное обращение соответствующего катаболического пути. Например, ферменты, осуществляющие гидролиз белков, в определенных условиях (концентрация аминокислот и рН) катализируют образование полиаминокислот, напоминающих белки. Ферменты, катализирующие (3-окисление производных жирных кислот, будучи выделенными из митохондрий, катализируют также образование СоА-про-изводных жирных кислот из ацетил-СоА и восстанавливающих агентов, таких,