ного расщепления углеводов, жиров и аминокислот в аэробных клетках сходятся в одной точке, с которой н начинаются завершающие стадии клеточного дыхания. Это точка — образование НАДН. Через НАДН происходит передача электронов по цепи элект-

АТФ Киназа пируват дегидрогенаэь

1-3. Некоторые проблемы биохимии

119

ронного переноса с одного переносчика иа другой. В процессе этого переноса электроны переходят, в конечном итоге, от органических субстратов к кислороду - конечному акцептору электронов у аэробных организмов.

лнмоннс вп*ся>ты

НАДН

Убихиион

IE

ЦиПНрОМ»

Ципиромс

и

Цитоннистсид»**

И

АДФ+И

¦ АТФ

АДФ» И

АТФ

Дыхательная цепь состоит из ряда белков с прочно присоединенными к ним простетическнми группами, способными отдавать или присоединять электроны. Энергия запасается в форме АТФ и процесс переноса богатых энергией электронов сопровождается фосфорнлированнем АДФ, причем на каждую пару электронов переданную от НАДН к кислороду по цепи имеет место синтез трех молекул АТФ. Переносчики

120

Глава I Общие и теоретические проблемы фармакологии

электронов (схему процесса клеточного дыхания см. Ю.Е.!.б): НАДН, убихинон, железосерные белки, иитохромы — связаны с белками, и встроены во внутреннюю мембрану митохондрий. Так на внутренней стороне митоходриальной мембраны располагается НАДН-дегидрогена-за, принимающая электроны от НАДН. Простстическая группа этого фермента — ФМН (флавинмононуклеотид). В молекуле дегидрогеназы есть несколько атомов негемового железа, собранных в несколько групп, тде они объединены с равным числом атомов серы — это, так называемые, железо-серные центры.

Перенос электронов на ФМН-простетическую группу НАДН-дегид-рогеназы от НАДН отражен в уравнении:

iCH0H,V (СНОН)3 ФМН ФМН-Н,

В этом переносе участвуют также железо-серные центры, которые за счет изменения валентности атомов железа Fe(ll) _ Fe(IH) передают восстановительные эквиваленты от восстановленного ФМН (ФМН Н ) на следующий переносчик дыхательной цепи - убихинон

Убихинон О ОН, На молекулярный кислород от убихинона электроны переносятся иитохромами — железосодержащими белками. Каждый из них, находясь в окисной Fe(ITl) форме, присоединяет электрон, трансформируясь в Fe(IJ) форму. Последний в этом ряду — цитохром аагцитохро-моксидаза, содержит в своем составе дне молекулы прочно связанного гема и атомы меди (т.е. в переносе электронов участвует и система Cu(I)— Си(П)). Весьма важно для жизнедеятельности клетки, чтобы О; полностью был восстановлен до НгО, т.к. при неполном восстанов-

/-J. Некоторые проблемы биохимии

121

лении образуются токсичные для клеточной мембраны перекись водорода и супероксидный радикал (О/) Аэробные клетки защищены от образования этих веществ наличием двух ферментов — супероксил-дисмутазы (превращающего супероксидный радикал в Н202) и катала-эы (разложение перекиси водорода до налы и кислорода).

Как видно из общей схемы процесса дыхания, в ней участвуют, помимо пирувата (образованного из углеводов), жирные кислоты — из гриацилглицеринов и аминокислоты. Триацилглицернны — важнейший источник энергии в организме. Имеются два пула жирных кислот — цитозольный (для их биосинтеза) и митохондриальный, где и происходит их окислительное расщепление Стадии окисления жирных кислот включают последовательное ферментативное отщепление двух углеродных фрагментов (в виде ацетил-S-KoA) от карбоксильного конца цепи. Далее следует цикл лимонной кислоты с окислением этих остатков (в виде ацетил-S-KoA) до С02 и Н20.

Аминокислоты обеспечивают относительно небольшую (по сравнению с углеводами и жирами) часть энергии для организма. Окисление различных типов аминокислот происходит по разному, но, в конечном итоге, оно приводит к включению их в ту же дыхательную цепь посредством цикла лимонной кислоты. Таким образом, следует особо подчеркнуть, что цепь клеточного дыхания функционирует с участием огромного количества различных ферментов и конечной целью переноса электронов к кислороду является создание запаса энергии путем образования в ходе этих процессов аденозинтрифосфата.

1-З.Е.I.B, Анаболические процессы — биосинтез углеводов, лнпидла, аминокислот и нуклеотидов

Выше описаны катаболические процессы, связанные с запасанием энергии в виде АТФ. Биосинтетические процессы, напротив, требуют энергетических затрат и поэтому они сопряжены с расщеплением АТФ и эти процессы практически необратимы (также как и катаболизм является необратимым процессом) У животных образование D-глюкозы из неуглеводных предшественников называется глюконеогенезом. Этот биосинтез — абсолютно необходимый процесс, т к. D-глюкоза крови является главным источником топлива для нервной системы, в том числе и для мозга. Глюконеогенез протекает, в основном, в печени и именно гликоген печени — основной резервуар глюкозы, которая оттуда поступает в кровь.

Мышечный гликоген, распадаясь в процессе гликолиза, служит источником энергии для мышечного сокращения. Как видно из

122

Глава I. Общие и теоретические проблемы фармакологии

обсуждения процесса гликолиза центральный путь катаболизма углеводов — превращение глюкозы в пируват. Подобно этому, основной путь глюконсогенеза — трансформация пирувата в глюкозу. Эти пути неидентичны, хотя и включают ряд общих этапов

Не останавливаясь подробно на всех стадиях процесса пируват — глюкоза, укажем, что схема включает промежуточное образование ок-салоацетата. 3-фосфоглицероилфосфата и затем фруктозодифосфата, фруктозо-6-фосфата, глюкозо-6-фосфата и далее D-глюкозы. Обычные пути глюконеогенеза, не включенные в процесс гликолиза суммирова-

ны на схемах: пируваткарбоксилаза

ацетил-S-KoA

Пируват + СОг + АТф -»»- Оксалоацетат + АДФ + Pi

ма латде гидрогеназа НАДН + Н" + Оксалоацетат ¦< ' *~ НАД + Малат

Покидая митохондрию, малат снова трансформируется в оксалоацетат при катализе НАД-зависимой малатдегидрогеназы,

Малат + НАД*-> Оксалоацетат + НАДН + Н+

а оксалоацетат в Mg^-зависимой реакции при каталитическом действии фермента фосфоенолпируваткарбоксикиназы при участии гуанозинт-рифосфата превращается в фосфоенолпируват

Оксалоацетат + ГТФ < — Фосфоенолпируват+С02 + ГДФ

Из фосфоенолпирувата по цепи превращений, обратных трансформациям, наблюдаемым при гликолизе, образуется глюкоза Важно отметить, что соотношение скоростей гликолиза и глюконеогенеза координируется и контролируется гормонами — адреналином и глюкагоном (полипептидный гормон, секретируемый поджелудочной железой)

Биосинтез липидов кардинально отличается от процесса катаболизма. Поскольку жирные кислоты в липидах животных, в основном, состоят из четного числа атомов углерода, ранее предполагалось, что биосинтез, также как и окисление, должен протекать с участием двухуглеродных фрагментов. Оказалось однако, что если при окислении действительно отщепляются двухуглеродные интермедиаты, биосинтез протекает с образованием промежуточных соединений, содержащих три углеродных атома и требует наличия углекислого газа. Так, основной предшествен