СООН СОО ~ Р
3- фосфоглицериновая 1,3 - дифосфоглицериновая
кислота кислота
Далее происходит восстановление дифосфоглицериновой кислоты под действием фермента тризофосфатдегидрогеназы (1.2. 1.9.) за счет НАДФ• Н с образованием 3-фосфоглицеринового альдегида:
С  Н2О Р триозофосфат- СН2О Р
дегидрогеназа
С НОН + НАДФ • Н СН ОН + НАДФ+ + Н3РО4
  О
С О _ О ~ Р С
1,3 - дифосфоглицериновая Н
кислота 3-фосфоглицериновый альдегид
3-фосфоглицериновый альдегид в результате сложных реакций, катализируемых ферментами расходуется на синтез фруктозо-6-фосфата и рибулозо-5-фосфата.
Рибулозо-5-фосфат под действием фермента фосфорибулокиназа (2.7.1.19) и с участием АТФ фосфорилируется и превращается в рибулозо-1,5-дифосфат:
СН2 ОН СН2О Р
СО СО
фосфорибулокиназа
Н    С ОН + АТФ Н С ОН + АДФ
Н С ОН Н С ОН
СН2О Р СН2О Р
рибулозо- 5- фосфат рибулозо- 1,5- дифосфат
Рибулозо – 1,5 – дифосфат может присоединять новую молекулу СО2, и цикл повторяется снова. Результатом этого цикла является образование фруктозо–6–фосфата. Для образования одной молекулы фруктозо–6–фосфата необходима фиксация шести молекул СО2. Суммарное уравнение ассимиляции углекислого газа следующее:
6 СО2 + 11Н2О + 18АТФ + 12НАДФ• Н
фруктозо-6-фосфат + 18АДФ + 17Н3РО4 + 12АДФ+.
Обычно фруктозо–6–фосфат не накапливается в клетках, а быстро превращается в глюкозу, которая служит источником для образования других углеводов. Превращение фруктозофосфата в глюкозу роисходит в результате следующих двух реакций:
Глюкозофосфат - изомераза
Ф руктозо– 6–фосфат глюкозо–6–фосфат;
Глюкозо-6-фосфатаза
 Глюкозо–6–фосфат глюкоза + Н3РО4.
Таким образом, суммарное уравнение превращения углекислоты в глюкозу выглядит следующим образом:
 6СО2 + 12 Н2О + 18 АТФ + 12 НАДФ • Н
С6Н12О6 + 18 АДФ + 18 Н3РО4 + 12 НАДФ+.
Хемосинтез – это тип питания бактерий, основанный на усвоении СО2 и получении энергии за счет окисления неорганических соединений. Открыт С. Н. Виноградским в 1887 г.. Способные к хемосинтезу аэробные бактерии (водородные, нитрифицирующие, тионовые и др.) усваивают СО2 так же, как при фотосинтезе (цикл Кальвина). Некоторые фотосинтезирующие бактерии осуществляют хемосинтез в темноте. Анаэробные бактерии при хемосинтезе восстанавливают соединения серы, СО2. Углекислый газ у анаэробных бактерий ассимилируется не по пути Кальвина (метанобразующие, гомоацетатные). Хемосинтезирующим бактериям принадлежат исключительно важная роль в биогеохимических циклах химических элементов в биосфере. Многие процессы превращения химических элементов в биогеохимических циклах осуществляются только организмами, способными к хемосинтезу.
9.3. Взаимопревращение углеводов в тканях
9.3.1. Ферментативные взаимопревращения моносахаридов
Первичным улавливаемым продуктом фотосинтеза является фосфоглицериновая кислота. При дальнейших превращениях она дает различные моносахариды – глюкозу, фруктозу, маннозу и
12 АДФ + 12 Фн
  дифосфоглицериновая
  кислота (12) 12НАДФ• Н
1  2 АТФ
ф осфоглицериновая восстановление 12 НАДФ+
кислота (12)
3-фосфоглицериновый
 альдегид (12)
  карбоксилирование
превращение
6СО2 углеродных
соединений
р ибулозо-1,5-дифосфат(6)
 
6АДФ+6Фн рибулозо- 5- фосфат (6)
фруктозо-6-
фосфат (1)
6 АТФ
Рис. 9.1. Упрощенная схема цикла Кальвина. В рамках помещены продукты световых реакций; в скобках цифрами обозначено число молекул.
галактозу. Эти моносахариды образуются без участия света, исключительно в результате «темновых» ферментативных реакций. Образование гексоз из фосфоглицериновой кислоты или фосфоглицеринового альдегида происходит благодаря действию фермента альдолазы (4.1.2.13). Этот фермент катализирует реакцию взаимодействия фосфоглицеринового альдегида и фосфодиоксиацетона с образованием фруктозодифосфата:
Ф осфодиоксиацетон + 3-фосфоглицериновый альдегид фруктозо–1,6–дифосфат.
Альдолаза широко распространена в растительном мире. Она найдена у микроорганизмов, грибов, папоротников, хвойных, однодольных и двудольных растений. Альдолаза играет важнейшую роль в процессах превращения сахаров в растениях.
Взаимопревращения моносахаридов происходят в результате действия соответствующих ферментов, катализирующих реакции фосфорилирования и образования фосфорных эфиров сахаров. Разнообразные гексозофосфорные эфиры найдены в целом ряде растений.
В растительных организмах обнаружены также ферменты, катализирующие образование фосфорных эфиров сахаров и их взаимные превращения. Так, например, под действием фермента гексокиназы (2.7.1.1.) глюкоза превращается в глюкозо – 6 – фосфат:
гексокиназа
 Глюкоза + АТФ глюкозо–6фосфат + АДФ.
Под действием фермента глюкозофосфат – изомеразы (5.3.1.9.), содержащегося в дрожжах и в высших растениях, происходит обратимое превращение глюкозо–6–фосфата во фруктозо–6–фосфат и маннозо–6–фосфат:
глюкозофосфат-изомераза
  глюкозо–6–фосфат фруктозо–6–фосфат;
маннозофосфат – изомераза
 фруктозо–6–фосфат маннозо-6-фосфат.
Благодаря действию фосфоглюкомутазы (2.7.5.1.) глюкозо–6–фосфат может обратимо превращаться в глюкозо–1–фосфат:
 глюкозо–6–фосфат глюкозо–1–фосфат.
Фосфофруктокиназа (2.7.1.11.) катализирует превращение фруктозо–6–фосфата во фруктозо–1,6–дифосфата:
ф руктозо–6–фосфат + АТФ фруктозо–1,6–дифосфат + АДФ.
В бесклеточных ферментных препаратах, выделенных из растений, найдены L–арабинокиназа (2.7.1.46) и D–галактокиназа (2.7.1.6.), катализирующие реакции фосфорилирования L–арабинозы и D–галактозы с образованием соответственно β–L–арабинозо–1–фосфата и α–D–галактозо–1–фосфата согласно уравнению:
галактокиназа
D – галактоза + АТФ α–D–галактозо–1–фосфат + АДФ;
L–арабиноза + АТФ β–L–арабинозо–1–фосфат + АДФ.
В растениях найдены также изомеразы, катализирующие взаимопревращения уроновых кислот:
УДФ–D–глюкуроновая кислота УДФ–D–галактуроновая кислота
а также ксилозы и арабинозы:
УДФ–D–ксилоза УДФ ═L – арабиноза.
Ферментативное превращение галактозы в глюкозу осуществляется в две стадии. Первая из них происходит благодаря каталитическому действию фермента галактокиназы, превращающего галактозу при участии аденозинтрифосфорной кислоты в галактозо–1–фосфат. Вторая стадия заключается в ферментативном превращении галактозо–1-фосфата в глюкозо–1–фосфат. Ферменты, катализирующие эти превращения, выделены из дрожжей. Образовавшийся глюкозо–1–фосфат может далее под действием фосфоглюкомутазы подвергаться ферментативному превращению в
глюкозо–6–фосфат, а последний благодаря действию глюкозофосфатизомеразы - во фруктозо–6–фосфат.
Образование свободных моносахаридов из их фосфорных эфиров происходит под действием фосфатаз, которые широко распространены в растениях и микроорганизмах. Например, фермент глюкозо–6–фосфотаза (3.1.3.9.) катализирует следующую реакцию:
Глюкозо–6–фосфат + Н2О глюкоза + Н3РО4.
9.3.2. Биосинтез олиго- и полисахаридов
(сахарозы, лактозы, крахмала и гликогена)
Биосинтез олигосахаридов осуществляется путем реакций трансгликозидирования. Перенос гликозильного остатка на один моносахарид идет с фосфорного эфира другого моносахарида и ускоряется специфической гликозилтрансферазой. Следовательно, реакции синтеза олигосахаридов представляют собой обращение реакций фосфоролиза этих соединений.
Сахароза – главный транспортный углевод. С помощью сахарозы идет передвижение углеводов в растениях. Источником для биосинтеза сахарозы являются глюкоза и фруктоза или их фосфорные эфиры. Фруктоза образуется в процессе фотосинтеза, а глюкоза образуется в результате реакции изомеризации из фруктозы. Схема реакций следующая: на первом этапе идет фосфорилирование глюкозы
гексокиназа
глюкоза + АТФ глюкозо–6–фосфат + АДФ;
затем глюкозо – 6 – фосфат изомеризуется в глюкозо – 1 – фосфат:
фосфоглюкомутаза
глюкозо–6–фосфат глюкозо–1–фосфат.
На следующем этапе глюкозо–1–фосфат соединяется с УТФ, в результате отщепляется пирофосфорная кислота и образуется уридиндифосфатглюкоза:
глюкозо – 1 – фосфат-
уридилтрансфераза
г люкозо–1-фосфат + УТФ УДФ – глюкоза + Н4Р2О7.
Одновременно идет фосфорилирование фруктозы под действием фруктокиназы (2.7.1.4.) с участием АТФ:
фруктокиназа
фруктоза + АТФ фруктозо–6–фосфат + АДФ.
После этого происходит взаимодействие УДФ–глюкозы и фруктозо–6–фосфата с участием фермента сахарозофосфат–УДФ–гликозилтрансферазы (2.4.1.13.):
сахарозофосфат – УДФ –
гликозилтрансфераза
УДФ-глюкоза + фруктозо–6–фосфат сахарозо–6-фосфат + УДФ.
Образовавшийся сахарозо–6–фосфат под действием фосфатазы гидролизуется с образованием свободной сахарозы:
фосфатаза
сахарозо-6-фосфат + Н2О сахароза + Н3РО4.
Суммарное уравнение синтеза сахарозы:
глюкоза + фруктоза + 2АТФ + УТФ → сахароза + 2АДФ + УДФ + Н4Р2О7 + +Н3РО4.
Так происходит синтез сахарозы в фотосинтезуриющих тканях. В нефотосинтезирующих тканях некоторых растений (корнеплодах сахарной свеклы, клубнях картофеля и др.) сахароза может образовываться в результате взаимодействия УДФ – глюкозы с фруктозой при участии фермента сахарозо–УДФ–гликозил-трансферазы (2.4.1.13.):
сахарозо –УДФ-
гликозилтрансфераза
УДФ–глюкоза + фруктоза сахароза + УДФ.
Лактоза – содержится в значительном количестве в молоке. Источником для синтеза лактозы является глюкоза. Образование лактозы, функционирующей в молочной железе, происходит из глюкозы, которая доставляется кровью. Схема реакций:
-
Глюкоза + АТФ гексокиназа сахарозо-6-фосфат;
-
глюкозо–6–фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо–1–фосфат;
глюкозо-1-фосфат-
3. глюкозо–1–фосфат + УТФ уридилтрансфераза УДФ–глюкоза + Н4Р2О7
4 . УДФ–глюкоза УДФ-глюкоза –4- эпимераза УДФ – галактоза;
5 . УДФ–галактоза + глюкоза лактозо-УДФ-гликозил- лактоза + УДФ.
трансфераза
Таким образом, биосинтез олигосахаридов идет путем переноса гликозильных остатков на моносахариды с разнообразных субстратов при участии в каждом конкретном случае соответствующих гликозилтрансфераз.
Подобно синтезу олигосахаридов новообразование полисахаридов также идет путем трансгликозидирования. Полная аналогия существует также и в характере субстратов, с которых переносятся гликозильные остатки на конец растущей цепи полисахарида. Реакции переноса остатков моносахаридов в процессе биосинтеза полисахаридов ускоряются соответствующими гликозилтрансферазами.
Крахмал является полимером α – глюкозы, состоящим из амилозы и амилопектина. Источником для синтеза крахмала служит глюкоза. Последовательность реакций при синтезе амилозы следующая:
-
глюкоза + АТФ гексоканаза глюкозо–6–фосфат + АДФ;
-
глюкозо–6-фосфат фосфоглюкомутаза глюкозо–1–фосфат;
глюкозо-1-фосфатури-
глюкозо–1–фосфат + УТФ дилтрансфераза УДФ–глюкоза + Н4Р2О7
УДФ-глюкозакрахмалгли-
4. УДФ–глюкоза + (С6Н10О5)n козилтрансфераза (С6Н10О5)n +1 + УДФ.
Акцептор (затравка)
У большинства растений донором глюкозы служит вместо УДФ–глюкозы АДФ–глюкоза.
Синтез амилопектина происходит при участии фермента α – гликантрансферазы (2.4.1.18.), который катализирует превращение амилозы в амилопектин. Этот фермент называют также амилопектин – ветвящий фермент, или Q – фермент. Он относится к ферментам переноса и катализирует превращение связей α (1 → 4) – в связи α (1 → 6) без промежуточного гидролиза.
   связь (1 6)
Достарыңызбен бөлісу: |
