Производство спирта

Знание аллостерических свойств фосфофруктокиназы позволяет сделать следующий вывод: если аэробно растущие дрожжевые клетки лишить кислорода и приостановить таким образом окислительное фосфорилирование, то в клетке снизится соотношение концентраций АТФ, что приведет к повышению активности фермента и соответственно к ускорению реакции.

Аэробный распад углеводов

В условиях аэробиоза распад углеводов до образования пировиноградной кислоты происходит так же, как и при анаэробиозе, но в отличие от него пировиноградная кислота полностью окисляется до диоксида углерода и воды в цикле трикарбоновых кислот -- ЦТК (цикле Кребса, лимонно-кислотном цикле). В этом цикле последовательно протекают окислительно-восстановительные реакции, в которых под действием специфических дегидрогеназ происходит перенос водорода на молекулярный кислород -- конечный его акцептор. Однако перенос осуществляется не непосредственно, а через молекулы переносчики, образующие так называемую дыхательную цепь.

Последовательность реакций в цикле Кребса

Цикл Кребса начинается с взаимодействия ацетил-СоА с енольной формой щавелевоуксусной кислоты. В этой реакции под действием фермента цитратсинтазы образуется лимонная кислота. Следующий этап цикла включает две реакции и катализируется ферментом аконитазой, или аконитатгидратазой. В первой реакции в результате дегидратации лимонной кислоты образуется цис-аконитовая. Во второй реакции аконитат гидратируется и синтезируется изолимонная кислота. Изолимонная кислота под действием NAD- или NADP-зависимой изоцитратдегидрогеназы окисляется в нестойкое соединение -- щавелевоянтарную кислоту, которая тут же декарбоксилируется с образованием а-кетоглутаровой кислоты (а-оксоглутаровой кислоты).

а-Кетоглутарат, подобно пирувату, подвергается реакции окислительного декарбоксилирования. а-Кетоглутаратдегидрогеназный мультиэнзимный комплекс сходен с рассмотренным выше пируватдегидрогеназным комплексом. В ходе реакции окислительного декарбоксилирования а-кетоглутарата выделяется С02, образуются NADH и сукцинил-СоА.

Подобно ацетил-СоА, сукцинил-СоА является высокоэнергетическим тиоэфиром. Однако если в случае с ацетил-СоА энергия тиоэфирной связи расходуется на синтез лимонной кислоты, энергия сукцинил-CoA может трансформироватся в образование фосфатной связи АТР. При участии сукцинил- СоА-синтетазы из сукцинил-СоА, ADP и Н3Р04 образуются янтарная кислота (сукцинат), АТР, регенерирует молекула СоА. АТР образуется в результате субстратного фосфорилирования.

На следующем этапе янтарная кислота окисляется до фумаровой. Реакция катализируется сукцинатдегидрогеназой, коферментом которой является FAD. Фумаровая кислота под действием фумаразы или фумаратгидратазы, присоединяя Н20, превращается в яблочную кислоту (малат). И, наконец, на последнем этапе цикла яблочная кислота с помощью NAD- зависимой малатдегидрогеназы окисляется в щавелевоуксусную. ЩУК, которая самопроизвольно переходит в енольную форму, реагирует с очередной молекулой ацетил-СоА и цикл повторяется снова.

Следует отметить, что большинство реакций цикла обратимы, однако ход цикла в целом практически необратим. Причина этого в том, что в цикле есть две сильно экзергонические реакции -- цитратсинтазная и сукцинил-СоА-синтетазная.

На протяжении одного оборота цикла при окислении пирувата происходит выделение трех молекул С02, включение трех молекул Н2О и удаление пяти пар атомов водорода.

Регуляция трикарбоновых кислот

Скорость функционирования цикла трикарбоновых кислот точно пригнана к потребности клеток в АТР. Важной регуляторной реакцией цикла является синтез цитрата из оксалоацетата и ацетил-СоА, АТР-аллостерический ингибитор цитрат-синтазы. Его действие заключается в повышении К_м для ацетил-СоА, Таким образом, с увеличением содержания АТР снижается насыщение фермента ацетил-СоА и в результате уменьшается образование цитрата. Вторая регуляторная реакция-это реакция, катализируемая изоцитрат-дегидрогеназой. Фермент аллостерически стимулируется ADP, который повышает его сродство к субстратам. Между связыванием изоцитрата, NAD⁺, Mg²⁺ и ADP существует взаимная кооперативность. В отличие от этого NADH ингибирует изоцитрат -дегидрогеназу путем прямого вытеснения NAD⁺. Третьей регуляторной реакцией цикла трикарбоновых кислот является реакция, катализируемая а-оксоглутарат--дегидро-геназой. Регуляция на этом этапе в некоторых отношениях подобна регуляции на уровне пируват-дегидрогеназного комплекса, как и можно было ожидать, исходя из их структурной гомологии. а-Оксоглутарат -дегидрогеназа ингибируется сукцинил-СоА и NADH, т.е. продуктами катализируемой ею реакции. Она ингибируется также высоким энергетическим зарядом. Коротко говоря, поступление двухуглеродных фрагментов в цикл трикарбоновых кислот и скорость цикла снижаются при высоком содержании АТР в клетке. Эта регуляция достигается участием ряда комплементарных механизмов на различных стадиях цикла

В цикле лимонной кислоты выполняют специфические функции четыре водорастворимых витамина группы В. Рибофлавин входит в состав ФАД, который является кофактором альфакетоглутаратдегидрогеназного комплекса и сукцинатдегидрогеназы. Ниацин входит в состав НАД, который является коферментом трех дегидрогеназ цикла: изоцитратдегидрогеназы, альфакетоглуторатдегидрогеназы и малатдегидрогеназы. Тиамин (витамин В1) входит в состав тиаминдифосфата, который является коферментом альфакетоглутаратдегидрогеназы. Пантотеновая кислота входит в состав кофермента А, который является кофактором, связывающим активные ацильные остатки.

Технологичекие показали спиртового производства

Взаимосвязь аэробного и анаэробного гликолиза

Между аэробным и анаэробным гликолитическими путями существует тесная взаимосвязь, на которую указывают два явления: эффект Пастера и эффект Кребтри, названные в честь ученых, занимавшихся данными проблемами. Эффект Пастера заключается в подавлении анаэробного гликолиза в присутствии кислорода. Механизм эффекта Пастера до конца не выяснен, но его объясняют наличием конкуренции за неорганический фосфат и АДФ между процессами гликолиза и дыхания. Эффект Кребтри (обратный пастеровский эффект) состоит в торможении аэробного дыхания избыточным количеством глюкозы, которая является «ловушкой» для фосфата. В результате повышается содержание АДФ, что позволяет гликолитическому ансамблю ферментов эффективно конкурировать за АДФ с дыхательными ферментами.

Размещено на Allbest.ru