Главная периодическая последовательность реакций

Основу главной периодической последовательности реакций метаболизма моносахаридов составляют обратимые реакции конденсации альдоз с диоксиацетоном и гликольальдегидом. В этих реакциях осуществляется первичный синтез углеродных скелетов моносахаридов.

Если не принимать во внимание реакции фосфорилирования и дефосфорилирования, которые непосредственно не связаны с изменениями в углеродном скелете моносахаридов, то переход от низшего гомолога к высшему в одном интервале последовательности можно рассматривать как двухстадийный (см. рис.3). В первой стадии осуществляется конденсация диоксиацетона с альдозой, приводящая к образованию кетозы. Во второй стадии происходит отщепление от этой кетозы гликолевого альдегида. В результате образуется высший гомолог исходной альдозы, отличающийся от нее на одну НСОН группу.

Первая стадия катализируется одним из двух ферментов: трансальдолазой или альдолазой [189, 214]. Трансальдолаза осуществляет обратимый перенос связанного с ферментом остатка диоксиацетона на альдозы, фосфорилированные по последней гидроксильной группе. При этом образуются фосфорилированные кетозы, которые служат субстратом для второй стадии. Альдолаза катализирует обратимую конденсацию не связанного с ферментом диоксиацетонфосфата как с фосфорилированными, так и с нефосфорилированными по последней гидроксильной группе альдозами. В случае фосфорилированных альдоз образуются бисфосфаты кетоз. В случае нефосфорилированных альдоз образуются 1-монофосфаты кетоз. Для сохранения непрерывности периодической последовательности при переходе ко второй стадии в случае альдолазы необходимо участие какого-нибудь из двух следующих ферментов: гексозодифосфатазы [246] или фосфатазы сахаров [211].

Обратное расщепление образующихся кетоз во второй стадии осуществляется ферментом транскетолазой [179]. При этом образуется альдоза и ковалентно связанный с ферментом гликолевый альдегид. Коферментом в транскетолазных реакциях является тиаминпирофосфат.

Осуществлять отщепление двухуглеродных фрагментов от кетоз могут не только транскетолазы. Известны ферменты, называемые фосфокетолазами [158, 172, 182, 116], которые необратимо отщепляют от ксилулозы и фруктозы двухуглеродный фрагмент в виде фосфоацетата. На родство катализируемых ими реакций с транскетолазными указывает участие в них тиаминпирофосфата.

Осуществляемые трансальдолазой, альдолазой и транскетолазой реакции средних интервалов рассматриваемой последовательности входят в состав пентозофосфатного цикла. Эти ферменты малоспецифичны [301] и в одинаковой степени катализируют как средние реакции последовательности, так и крайние. Специальный фермент описан для реакции конденсации формальдегида с диоксиацетоном [118].

Ферменты, катализирующие альдолазную и трансальдолазную реакции, безразличны к конфигурации гидроксильных групп у альдоз, акцепторов диоксиацетона [179]. Это открывает принципиальные возможности для реализации последовательностей, в основе которых лежат альдозы, не входящие в главную последовательность. В настоящее время из различных биологических объектов выделены моносахариды, которые могли бы образоваться таким путем. Например, D-глицеро-L-манногептоза [99] может

быть получена при конденсации галактозы с диоксиацетоном и последующем отщеплении от продукта реакции гликолевого альдегида. Аналогичным образом L-глицеро-L-галактогептоза [264] может быть синтезирована из маннозы.

Считается, что реакции рассматриваемой последовательности в том или ином варианте встречаются у всех организмов и относятся к очень древним [14 с. 84]. Можно предполагать, что сходство между альдолазой и трансальдолазой, а также между транскетолазой и фосфокетолазой обусловлено происхождением каждой пары ферментов от общего предшественника. Последним, в частности, оправдывается рассмотрение указанных пар ферментов (см. рис.3) в составе одной последовательности реакций, а не двух, как это можно было бы сделать, следуя рекомендациям раздела 2.1. Если не принимать во внимание реакцию конденсации рибозы с формальдегидом [29], то систему трансальдолазных, альдолазных и кетолазных реакций следует рассматривать как единственный и универсальный путь новообразования углеродных скелетов высших моносахаридов.