Cтраница 2
Секреторная функция обеспечивается сальными и потовыми железами. С кожным салом могут выделяться некоторые лекарственные вещества ( иод, бром), продукты промежуточного метаболизма ( обмена веществ), микробных токсинов и эндогенных ядов. Функция сальных и потовых желез регулируется вегетативной нервной системой. [16]
Гексозы после ряда предварительных этапов расщепляются пополам. Продукты расщепления превращаются в пировиноградную кислоту ( пируват), которая занимает ключевое положение в промежуточном метаболизме, так как служит исходным соединением во многих процессах синтеза и распада. В результате декарбоксилирования пирувата образуются С2 - соедмнения, которые связываются сначала с подходящей акцепторной молекулой ( оксалоацетатом), а затем в цикле трикарбо-новых кислот, называемом также циклом лимонной кислоты, постепенно окисляются до СО2 Оксалоацетат ( щавелевоуксусная кислота) в этом циклическом процессе регенерируется. Эти реакции выравнивают баланс цикла трикарбоновых кислот. [17]
Разрыв ароматического кольца между гидрокси-лированным и негидроксилированным атомами углерода ( мета-расщепление, или экстрадиольное расщепление) тоже катализируется диокси-геназами. Продукты расщепления в этом случае-полуальдегиды 2-гидроксимуконовой кислоты ( рис. 14.11), которые затем превращаются ( в зависимости от замещений) в пируват, ацетальдегид, оксалоацетат, фумарат, адетоацетат, сукцинат или иные промежуточные продукты, вовлекаемые в промежуточный метаболизм. [18]
В общем случае относительная важность поликетидов для различных типов организмов отчасти отражает относительную важность соответствующих видов ацил - КоА в их общем метаболизме. Например, распространенность различных ароматических поликетидов в высших растениях является следствием важности биосинтеза ароматических кислот как звена, соединяющего процессы-фотосинтеза и лигнификации; наличие в грибах ацетатных поликетидов отражает важность ацетил - КоА как регулятора их метаболической реакции на изменения окружающей среды; преобладание пропионатных поликетидов в актиномицетах, вероятно, связано с аналогичными специфическими процессами в их еще мало изученном промежуточном метаболизме. Синтез поликетидов часто отражает степень использования организмом вторичного метаболизма как одного из механизмов регуляции его отношений со сре - Дой. [19]
Синтез ( регенерация) АТР осуществляется в основном с помощью трех процессов: фотосинтетического фосфорилирования ( разд. Два первых процесса сходны между собой в том, что АТР образуется в них при участии АТР-синтазы. Субстратное фосфорилирование может происходить при различных реакциях промежуточного метаболизма. В обмене углеводов важнейшие реакции, приводящие к регенерации АТР, катализируются фосфоглщераткиназой, пируваткиназой и аце-таткиназой. Бактерии и дрожжи, сбраживающие сахара, располагают лишь тем АТР, который образуется с помощью этих ферментов. [20]
Роль металлов при этом до конца еще не понята. Оптимум рН составляет 1 7 - 2 0; в более щелочной среде происходит образование заметных количеств щавелевой и глюконовой кислот, Таким образом, тщательный контроль за культуральной средой позволяет обойти регуляторные системы обмена и создает оптимальный фон для образованйя лимонной кислоты. Видимо, в этих условиях стимулируется глшрлиз и обеспечивается неограниченное поступление углерода; в реакции промежуточного метаболизма. Уровень накопления 1дитрата зависит при этом от поступления оксал-оацетата. [21]
Нуклеотиды являются мономерными звеньями нуклеиновых кислот; последние образуются в результате ферментативной полимеризации нуклеозидтрифосфатов. Эта реакция детально обсуждается в гл. Одним из наиболее важных природных мононук-леотидов является AMP, который вместе с ADP и АТР играет роль в промежуточном метаболизме. [22]
Так, например, оксалоацетат и ос-кето-глутарат соответственно обеспечивают синтез аспарагиновой и глутаминовой кислот, а также других аминокислот, которые в свою очередь синтезируются из них. Аналогично, сукцинилкофермент А представляет собой промежуточное соединение в синтезе кольцевых систем порфиринов и корринов. Точно таким же образом 3-фосфоглицериновая кислота, пировиноградная кислота и фос-фоенолпируват являются исходными соединениями для синтеза аминокислот и других соединений. Однако первое место среди всех промежуточных соединений промежуточного метаболизма следует по праву отдать ацетилкоферменту А, который является как полупродуктом, так и исходным соединением во многих биосинтетических процессах. [23]
Во многих лабораториях - в том числе в лабораториях Гардена и Йонга и Эмбдена и Мейергофа - продолжались работы, начатые Бюхнером на бесклеточных системах, способных катализировать процесс брожения. В результате этих работ были четко установлены биохимические характеристики этого процесса. Спустя два десятка лет появилась замечательная работа Кребса по окислительному метаболизму углеводов и ряд других важных исследований по промежуточному метаболизму, в частности работы Грина, Линена, Лелуара, Блоха, Кеннеди, Кребса и Дэвиса. Изложению результатов этих исследований посвящена большая часть нашей книги. В остальной части излагаются преимущественно результаты работ по изучению свойств макромолекул, главным образом белков и нуклеиновых кислот. [24]
Метаболические пути конструктивной и энергетической направленности состоят из множества последовательных ферментативных реакций и могут быть разделены на три этапа. На начальном - воздействию подвергаются молекулы, служащие исходными субстратами. Иногда эту часть метаболического пути называют периферическим метаболизмом, а ферменты, катализирующие первые этапы превращения субстрата, - периферическими. Последующие превращения включают ряд ферментативных реакций и приводят к образованию промежуточных продуктов, или метаболитов, а сама цепь превращений объединяется под названием промежуточного метаболизма. Образующиеся на последних этапах конечные продукты конструктивных путей используются для построения вещества клеток, а энергетических - выделяются в окружающую среду. [25]
Это разделение сфер интересов не должно заслонять общие цели. Поэтому, хотя в последующих главах и в тексте всей книги основное внимание при обсуждении биосинтеза уделяется темам, представляющим особый интерес для химиков, мы считаем необходимым рассматривать результаты исследований прежде всего исходя из наших знаний о промежуточном метаболизме и двух фундаментальных биосинтетических процессах - фотосинтеза и фиксации азота, являющихся исходным пунктом и основой для последующего анализа путей биосинтеза. [26]
Обнаружены заметные различия в скоростях транспорта. Первоначально различали только медленный аксональный транспорт ( аксональный поток), имеющий скорость 1 - 4 мм / сут, и быстрый - 200 - 400 мм / сут. Впоследствии выявлена еще одна скорость переноса 15 - 50 мм / сут, а в некоторых работах [2] предполагается существование даже пяти скоростей. Здесь важно отметить, что идентичные молекулы транспортируются с одинаковой скоростью. Аксональный поток ( медленный аксональный транспорт) переносит следующие белки ( некоторые далее подробно рассмотрены): тубулин, субъединицы ней-рофиламентов, актин, миозин и белки типа миозина, а также растворимые ферменты промежуточного метаболизма. Если аксон отделить от тела клетки, медленный транспорт прекращается. [27]
Меченый предшественник должен более или менее свободно входить в систему и становиться метаболически эквивалентным эндогенному субстрату, в который требуется ввести метку. Эти требования в общем соблюдаются, например, для ацетат-иона, в меньшей степени - для малонат-иона и часто совершенно не соблюдаются для введенного мевалонат-иона. Эксперимент должен также обеспечивать возможность отличать проверяемый прямой путь включения от любых других неожиданных и часто в высшей степени косвенных путей. Например, структуры многих поликетидов таковы, что меченый поликетид в результате простых реакций расщепления может стать источником специфически меченного аце-тил - КоА, который затем может включаться в совершенно иное соединение. Еще один пример: такие совершенно различные по структуре аминокислоты, как глицин, серии и триптофан, могут являться эффективными предшественниками С-метильных групп; количественное сравнение с меченым метионином показывает, что последний представляет собой гораздо лучший предшественник, но результаты с другими аминокислотами могут быть правильно интерпретированы только при наличии определенных данных о промежуточном метаболизме. Соблюдение соответствующих биологических принципов может также оказаться выгодным при выборе наиболее экономичной или наиболее чувствительной методики. Как будет показано ниже, различные применяющиеся в настоящее время изотопы следует вводить в различных количествах; этот факт следует учитывать, например, при проведении предварительных опытов с целью оптимизации условий включения предшественника. Кинетика включения предшественника может быть чрезвычайно сложной. [28]