как NADH. Однако концентрации реагентов внутри клеток далеко не всегда могут обеспечить полное обращение катаболических процессов. Это связано с тем, что величина AG0 для катаболических последовательностей имеет обычно отрицательный знак, в связи с чем для их обращения требуется высокая концентрация конечных продуктов, которые, однако, не успевают накапливаться в клетках, так как быстро выводятся из них. Например, NADH, образующийся при расщеплении жирных кислот, легко окисляется до NAD+, и поэтому его концентрация никогда не достигает уровня, необходимого для обращения последовательности р-окисления в сторону биосинтеза.

Проблему обратимости катаболических реакций природа решила путем сопряжения биосинтетических реакций с реакцией расщепления АТР, о чем уже шла речь при обсуждении вопроса о сопряжении гидролиза АТР ic одной из биосинтетических последовательностей (гл. 7, разд. Е). Наряду с этим для осуществления реакций биосинтеза живые клетки используют также и другие способы утилизации свободной энергии, выделяемой при гидролизе АТР. Смысл многих, на гаервый взгляд непонятных стадий метаболизма может стать понятным, если <лметь в виду, что они предназначены для процессов сопряжения расщепления АТР с биосинтезом. Ниже рассмотрено несколько наиболее важных механизмов сопряжения этого типа.

1. Активация групп

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

R—+ НО—R' ?

Н20 (11-1)

ОН (H2N —R')

Эти реакции термодинамически невыгодны и в зависимости от условий и от структуры реагирующих соединений характеризуются величинами AG' (при рН 7), лежащими в пределах от +10 до 30 жДж-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 хлор ангидрид R—

или просто в ангидрид R—С—О—С = 0. Нуклеофильная атака карбонильной группы в таких соединениях приводит к замещению хорошо

Группа

Типичная антивиравантя ерорма

О

Фоарорил — Р О"

О

II

Суль фурил — S —О" О

О

Глакоэил

Ацил — с — R

Еноил R — С —? СН,

О

JCарбамоил НN — С

О О

II II

R—О -Р —О- Р— О

I I

о оПирофосфат СН, о

il " р

R—С—О — Р—СГ I

О

Гнолфосфсгт

О О

I! II

R — С) — Р — О—S — О

I II

О" о

о

R— С — S—R' Тиоэдэир

, О

О ?

\ / о—р—сг

сг

о

||

R— С—О— Р—О"

СН. оEm/Jipoctparrt

О О

НЛ* — с — о— Р—О' О'

КарОамоилгросфат

О

н н !|

R — N — С — N — Р— СГ

'I + I NH_. ОГуанидинфосфат

О О

II Ч

R — С — О— Р— СГ

оАцилдзоссрат

А л к и л R —~

СН—Ь —R'

R

S - Аденозипметионин

уходящей группы С1~ или R—С00~ Природа пошла именно по этому пути, образуя из карбоновых кислот такие производные, как ацилфос-фат или ацил-СоА (гл. 3, разд. Б; гл. 7, разд. Е; табл. 11-1).

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 фос-форильные 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:

О о

II II

R — С — О— Р—О-Ацилфостат

о~

Активируемая Активируемая

ацильная фосфатная

группа группа

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 тио-зфир. Некоторые другие соединения, приведенные в табл. 11-1, также могут расщепляться по двум путям, давая разные активируемые груп-пы, 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 соедин