химический каталог




Химия биологически активных природных соединений

Автор Н.А.Преображенский, Р.П.Евстигнеева

). В органеллах клеток локализованы ферменты, ферментные системы, субстраты, активаторы и ингибиторы. Так, мембрана эндоплазматиче-ской сети включает ферменты, катализирующие биосинтез фосфолипидов, стероидов, полисахаридов, а также реакции гидроксилирования алифатических и ароматических аминов и других соединений. В цитоплазматической жидкости находятся ферменты, участвующие в активации

397

аминокислот, и ферментная система гликолиза. В рибосомах и ядре содержатся ферменты биосинтеза белков. В микротельцах локализованы оксидазы аминокислот и каталаза, а у растений — ферменты глиоксилат-ного цикла (см. стр. 401).

Большой интерес с точки зрения обмена веществ представляют митохондрии (см. кн. I, стр. 9). Митохондрии содержат ферменты цикла лимонной кислоты, системы В-окисления жирных кислот, дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, пируватдегидрогеназный комплекс — мультиферментную систему, катализирующую окисление пировиноградной кислоты до ацетил-КоА, и другие ферменты [9]. Локализация ферментных систем в митохондриях показана ниже:

Наружная мембрана

Цитохром 65, НАД-Н : цитохром Ьъ—редуктаза (цитохром Ъь — редуктаза), моноамино-оксидаза, кинуренин-З-гндроксилаза, АТФ-зависимая ацил-КоА — синтетаза, система удлинения цепи жирных кислот (Cu, Cie), глицерофосфат—ацилтрансфераза, лизофоефа-тид — ацилтрансфераза, лизолецитин — ацилмутаза, холинфосфотрансфераза, фосфолипаэа А2, фосфатпдатфосфатаза, иуклеозиддифосфаткиназа

Межмембранное простраство Аденилаткиназа, иуклеозиддифосфаткиназа, креатинкиназа

Внутренняя мембрана

Цитохромы (а, аз, Ь, с, ct), НАД-Н2-дегидрогеназа, сукцинатдегидрогеназа, 3-оксибути-ратдегидрогеназа, ацил-КоА-дегидрогеназа, система удлинения цепи жирных кислот (Сю), глицерофосфатдегидрогеназа, холиндегидрогеназа, ацил-КоА : карнитин — О-ацилтранс-фераза, НАДФ-трансгидрогеназа, феррохелатаза

М а т рик с

Пируваткиназа, НАДФ-зависимые дегидрогеназы, другие ферменты иикла Кребса, 3-ок-сиацил-КоА — дегидрогеназа, АТФ-зависимая ацил-КоА — синтетаза; ГТФ-зависимая ацил-КоА — синтетаза, нуклеозндмонофосфаткиназа, цитруллинсинтетаза, траисамнназы, система синтеза белка

Мембраны, в которых локализованы ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования, называют сопрягающими мембранами. Примерами таких мембран являются внутренняя мембрана митохондрий, клеточная мембрана аэробных бактерий с дыхательным типом энергетики, хроматофоры фотосинтезирующих бактерий и мембраны тилакоидов хлоропластов зеленых растений. Отличительным признаком сопрягающих мембран является их способность образовывать АТФ за счет энергии внешних ресурсов.

В последние годы доказано присутствие в митохондриях переносчиков аминокислот, ди- и трикарбоновых кислот, адениннуклеотидов. С участием переносчиков гликопротеидной природы, по-видимому, осуществляется транспорт Са2+ и других двухвалентных катионов через митохондриальные мембраны. в переносе жирных кислот внутрь митохондрий, где происходит В-окисление, принимает участие карнитин

+

+

N(CH3):

'3

/

N(CH3)3

Н2С

Н2С

О"

НО—НС

с=о

R—С—О—НС

с=о

398

выполняющий роль транспортера ацильных групп во внутренней мито-хондриальной мембране [9]. Через мембрану митохондрий проникает либо экзогенный ацилкарнитин, либо ацилкарнитин, образующийся при переносе ацильного остатка с ацил-КоА на карнитин при участии ацил-КоА : карнитин—О-трансферазы.

ЦИКЛ ЛИМОННОЙ кислоты

Цикл лимонной кислоты (цикл трикарбоновых кислот или цикл Кребса) [9] представляет собой систему, осуществляющую полное окисление ацетил-КоА до CCV

KoA-SH

СН3СОСООН -пировиноградная

кислота

С02;2Н

н2о

соон I

но—с-н I

сн2 I

соон

L-яблочная кислота

СООН

I

с=о -I

сн2 I 2 соон

щавелевоуксусная кислота

CH3COSKoA ацетил-КоА HzO I KoA-SH

соон I

сн2

НООС—с-он I

сн2 соон

лимонная кислота

н2о

СН—СООН II

с-соон I

СН2СООН

цис-аконитовая кислота

-н2о

V

н—с-соон ноос-с-н

фумаровая кислота

СООН

I

нс-он

ноос—СН I

СНо

I

соон

изолимонная кислота

2[н1

соон сн2 сн2 соон

янтарная кислота

ГТФ KoA-SH ГДФ;

О^ SKoA

V

I

сн2

сн2 хон

Сукцинил-КоА

С02; 2[н]

КоА-Сб2; 2[Н]

СООН

-кетоглутаровая кислота

SH

Ацетил-КоА получается в митохондриях при окислительном декарб-оксилировании пировиноградной кислоты (см. кн. I, стр. 281, 283). В процессе участвует ферментный комплекс, включающий пируватде-карбоксилазу (4.1.1.1.), липоилредуктазу, ацетил-КоА : дегидролипоат— S-ацетилтрансферазу (липоат—ацетилтрансфераза, 2.3.1.12), восстанов-

399

ленный НАД : липоамид—оксидоредуктазу (липоамид-дегидрогеназа, 1.6.4.3).

Пировиноградная кислота образуется в цитоплазме в результате расщепления углеводов, глицерина и некоторых аминокислот (L-аланин, L-серин, L-цистеин, L-метионин и L-глицин). Жирные кислоты и ряд аминокислот (L-лейцин, L-изолейцин, L-дизин) непосредственно превращаются в ацетил-КоА.

Первая стадия цикла Кребса представляет собой практически необратимую реакцию конденсации ацетил-КоА и щавелевоуксусной кислоты под действием цитрат—оксалоацетат-лиазы (цитрат-синтазы, 4.1.3.7), При этом образуется лимонная кислота и освобождается молекула кофермента А (механизм процесса см. кн. I, стр. 271).

При участии фермента цитрат(изоцитрат)—гидро-лиазы (аконитат-гидратаза; аконитаза, 4.2.1.3) лимонная кислота превращается в изоли-монную кислоту через стадию образования цис-шотповои кислоты. Кофактором фермента служат ионы Fe2+, которые, по-видимому, функционируют в фермеит-металл-субстратном комплексе. Аконитаза является одновременно гидратазой и изомеразой. Этот фермент способен отщеплять гидроксильную группу от третичного (дегидратация лимонной кислоты) и вторичного атомов углерода (дегидратация изолимонной кислоты) .

На следующей стадии цикла Кребса происходит окисление изолимонной кислоты с образованием а-кетоглутаровой кислоты под действием изоцитрат : НАД-оксидоредуктазы (декарбоксилирующей) (изоцитратде-гидрогеназа, 1.1.1.41).

В результате окислительного декарбоксилирования под действием ок-соглутаратдегидрогеназы а-кетоглутаровая кислота превращается в янтарную кислоту. Окисление а-кетоглутаровой кислоты протекает в две стадии. На первой стадии происходит окислительное декарбоксилирование а-кетоглутаровой кислоты с образованием сукцинил-КоА. Механизм процесса аналогичен окислительному декарбоксилирсванию пировиноградной кислоты.

а-Кетоглутаратдегидроге'назный комплекс представляет собой следующую систему ферментов: кетоглутарат—дегидрогеназа (1.2.4.2), ли-поилредуктаза. восстановленный НАД : липоамид-оксидоредуктаза (липоамид-дегидрогеназа, 1.6.4.3) и транссукцинилаза. Ферментный комплекс содержит шесть молекул связанной с белком липоевой кислоты, восемь молекул ФАД и шесть молекул тиаминпирофосфата.

На следующей стадии цикла Кребса, катализируемой сукци-нат : КоА-лигазой (ГДФ) (сукцинил-КоА—синтетаза, сукцинаттиокина-за, 6.2.1.4) или сукцинил-КоА—гидролазой (3.1.2.3) при участии ионов Mg2+, энергия тиоэфирной связи молекулы сукцинил-КоА переносится на гуанозиндифосфат или инозиндифосфа..

HOOC(CH3)2COSKoA + Mg-ГДФ + Фн =j=fc НООС(СН2)2СООН + Mg-ГТФ + KoASH

Под действием нуклеозиддифосфаткиназы энергия ГТФ (или ИТФ) накапливается в АТФ:

ГТФ + АДФ -с * АТФ + ГДФ

Эта стадия цикла Кребса является примером образования «макроэр-гической» связи на уровне субстрата путем реакций, в которых не участ-

4С0

вует система переноса электронов (так называемое- субстратное фосфорилирование) .

Дегидрирование янтарной кислоты до фумаровой кислоты катализирует сукцинат: (акцептор)—оксидоредуктаза (сукцинатдегидрогеназа, 1.3.99.1). Этот фермент, выделенный из сердца и дрожжей; имеет молекулярную массу 200 ООО, содержит четыре атома негемного железа и в качестве кофактора — производное флавина, природа которого окончательно не установлена.

Обратимую реакцию взаимопревращения фумаровой и L-яблочной кислот осуществляет фермент L-малат—гидро-лиаза (фумарат-гидрата-за; фумараза, 4.2.1.2). Этот фермент с молекулярной массой 2,2-105 состоит из четырех одинаковых полипептидных субъединиц. Реакция сте-реоспецифична в обоих направлениях; присоединение и отщепление воды происходит только в транс-конформации, что было показано в опытах с D20.

Цикл Кребса завершается окислением L-яблочной кислоты в щавеле-воуксусную кислоту под действием специфичного фермента L-малат : НАД—оксидоредуктазы (малатдегидрогеназа, 1.1.1.37), кофермен-том служит НАД. В клетках млекопитающих найдены две изоформы этого фермента, одна из которых локализована в митохондриях.

Таким образом, за один цикл лимонной кислоты происходит окисление одной молекулы ацетил-КоА или одной молекулы пировиноградной кислоты до С02. Коферменты, восстановленные в цикле Кребса, окисляются в дыхательной цепи.

Цикл лимонной кислоты занимает центральное место в многочисленных биосинтетических процессах. Большинство живых организмов синтезирует углеводы из ди- и трикарбоновых кислот, образовавшихся в цикле Кребса, или из соединений, которые могут превращаться в промежуточные продукты этого цикла (биосинтез углеводов см. стр. 64). В биосинтезе липидов (см. гл. «Липиды и липопротеиды») важнейшим промежуточным соединением является ацетил-КоА. Процесс биосинтеза жирных кислот начинается с конденсации ацетил-КоА с щавелевоуксус-ной кислотой.

Цикл Кребса является поставщиком а-кетокислот (щавелевоуксус-ной, а-кетоглутаровой и пировиноградной), которые служат предшественниками заменимых аминокислот у животных и большинства аминокислот у растений и микроорганизмов.

Биосинтез пуринов и пиримидинов (см. кн. I, гл. «Нуклеиновые кислоты и нуклеопротеиды»), входящих в состав нуклеиновых кислот и нуклеотидных коферментов, также тесно связан с циклом Кребса: углеродный скелет пиримидинов образуется из L-аспарагиновой кислоты, а атомы азота пуринов — из L-аспарагиновой и L-глутаминовой кислот, которые в свою очередь получаются из щавелевоуксусной и а-кетоглутаровой кислот.

Исходным соединением в биосинтезе порфиринов (см. гл. «Хромопротеиды») является сукцинил-КоА.

У микроорганизмов (например, у Е. coli и Pseudomonas), водорослей и высших растений цикл лимонной кислоты заменен глиоксилатным циклом, с помощью которого липиды и двууглеродные метаболиты (в частности, ацетил-КоА) превращаются в углеводы. В клетках животных отсутствуют два ключевых фермента этого цикла — изоцитрат-лиаза (4.1.3.1) и малат-синтаза (4.1.3.2), поэтому глиоксилатный цикл осуществляться не может.

26—2394

401

ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ И ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ФОСФОРИЛИРОВАНИЕ

Дыхательная цепь. Цикл Кребса функционально связан с дыхательной цепью, которая представляет собой ряд окислительно-восстановительных ферментов, осуществляющих перенос водорода и электронов от субстрата к кислороду. Кислород для реакции окисления поступает в организм из воздуха через легкие. В легких он образует лабильное соединение с переносчиком кислорода — гемоглобином. По кровеносному руслу окси-гемоглобин попадает в ткани, обедненные кислородом, где легко диссоциирует. Через стенки капилляров кислород диффундирует в клетки, где и участвует в реакциях окисления.

В процессе переноса водорода от органических субстратов к молекулярному кислороду принимают участие три основные группы окислительно-восстановительных ферментов.

1. Оксидоредуктазы, для которых коферментом служит никотинамид-адениндинуклеотид (НАД) или никотинамидадениндинуклеотидфосфат (НАДФ).

2. Оксидоредуктазы, у которых роль простетических групп играют флавинадениндинуклеотид (ФАД) или флавинаденинмононуклеотид (ФМН).

3. Цитохромы — оксидоредуктазы, содержащие в качестве простетической группы железные комплексы различных порфиринов.

Ферментные системы этих сложных биохимических окислительно-восстановительных реакций и окислительного фосфорилирования требуют высокой степени пространственной организации, они должны быть строго фиксированы в клеточных структурах в определенной последовательности, в которой они функционируют в дыхательной цепи.

Ферменты дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования локализованы во внутренней мембране митохондрий и функционируют в форме высокоорганизованных комплексов.

Строение элементарной частицы, переносящей водород и электроны, окончательно не установлено. Однако показано, что она имеет сложную структуру и состоит из четырех комплексов (I, II, III и IV). Все комплексы были выделены и установлено, что для них характерна структурно-функциональная комплементарность, которая выражается в их способности к самосборке в замкнутые мембранные образования, катализирующие перенос водорода и электронов между соседними комплексами, вплоть до реконструкции функционирующей дыхательной цепи [8].

Комплексы I и II выполняют одну и ту же функцию — передачу водорода и электронов на комплекс III. Дыхательная цепь начинается с комплекса I, если электроны поступают от кофермента НАД-Н, и с комплекса II, если донором водорода служит янтарная кислота (один из продуктов цикла Кребса). От комплекса III водород и электроны переходят к комплексу IV и, в конечном счете, на молекулу кислорода:

АТФ АТФ

НАД-Н ¦-*- Комплекс I

Янтарная -*- Комплекс II

кислота

Убихинон ->¦ Комплекс III

402

АТФ

->¦ Цитохром с -*¦ Комплекс IV ->- 02

В комплексы входят белки-ферменты, катализирующие перенос водорода и электронов, белки, выполняющие структурные функции, и фосфолипиды. Расположение каталитических белков в комплексах определяется последовательностью окислительно-восстановительных реакций в дыхательной цепи.

В элементарной единице, как и в самих комплексах, каталитические белки — оксидоредуктазы располагаются в порядке увеличения их окислительно-восстановительных потенциалов [8] (см. стр. 406).

Каждый комплекс содержит несколько оксидоредуктаз, которые расположены в строгой последовательности, обеспечивающей плавное повышение положительных потенциалов и передачу электронов от одного фермента к другому. Разница в потенциалах между двумя соседними оксидоредуктазами очень незначительна, что обеспечивает обратимость реакций.

При окислении НАД-Н ( + Н+) молекулярным кислородом происходит изменение потенциала приблизительно на 1,2 В. В зависимости от потенциала окисления субстрата (карбоновые кислоты цикла Кребса) первыми акцепторами водорода являются НАД+ или НАДФ+, ФАД или липо-евая кислота. Так, например, потенциал окисления изолимоиной и яблочной кислот около 0,3 В. В этом случае реакция дегидрирования протекает при участии оксидоредуктаз, коферментом которых служит НАД+. Потенциал окисления янтарной кислоты около 0. Первичным акцептором водорода в реакции дегидрирования янтарной кислоты являются фла-винсодержащие ферменты с потенциалом около 0,1 В. Этим объясняется отличие пути окисления'янтарной кислоты от других карбоновых кислот цикла Кребса. Водород, минуя НАД+, восстанавливает ФАД, а затем через те же самые переносчики транспортируется к кислороду [9].

В комплекс I входит дегидрогеназа восстановленного НАД (флаво-протеид, фп1) и белки, которые содержат негемное железо (2—8 атомов железа на молекулу) и

страница 58
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69

Скачать книгу "Химия биологически активных природных соединений" (6.60Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
курсы обучения корал
бесплатно котлы длительного горения
Кликай, получай скидку по промокоду "Галактика" в КНС - компьютеры самсунг цены - 17 лет надежной работы.
фз-69 от 21.04.2011

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(04.12.2016)