Реакциями декарбоксилирования a-кетокислот

Последовательности реакций этого типа изображены на рис.13. В отличие от рассмотренных выше типов последовательностей, которые характеризуются в основном анаболической направленностью реакций, в этих последовательностях преобладает катаболическая направленность реакций.

Полные интервалы последовательностей включают пять реакций. Две из них - реакция декарбоксилирования a-кетокислот в альдегиды и реакция окисления альдегидов в насыщенные кислоты - характерны только для последовательностей данного типа. Эти реакции могут катализироваться как раздельно - двумя независимыми ферментами, так и вместе сложным ферментативным комплексом [201]. Последний вариант носит название окислительного декарбоксилирования. Реакции декарбоксилирования в обоих случаях требуют присутствия тиаминпирофосфата. Обратное превращение насыщенных органических кислот в a-кетокислоты может осуществляться ферредоксинзависимыми ферментами [143]. В трех других реакциях интервалов осуществляется обратимый переход между a-кетокислотами и соответствующими насыщенными кислотами. Это реакции окисления a-оксикислот в a-кетокислоты, гидратации a,b-непредельных кислот в a-оксикислоты и дегидрирования насыщенных кислот в a,b-непредельные кислоты. Эти реакции совпадают с соответствующими реакциями последовательностей, описанных в разделе 4.2.

Основная последовательность М занимает на рис. 13 центральное положение. Нулевой интервал этой последовательности включает реакции окисления формальдегида в формиат, декарбоксилирования глиоксилата в формальдегид [65 с. 426] и окисления гликолата в глиоксилат. Ввиду того, что связь между гликолатом и ацетатом, как уже отмечалось в разделе 4.2, не может быть осуществлена обычным путем через реакции гидратации и дегидрирования из-за вырожденности углеродного скелета этих соединений, а прямая реакция окисления ацетата в гликолат не обнаружена, нулевой интервал оказывается разорванным.

Первый интервал последовательности М включает реакции окисления ацетальдегида в ацетат, декарбоксилирования пирувата в ацетальдегид, окисления лактата в пируват, гидратации акрилата в лактат и дегидрирования пропионата в акрил. Первая из них является

отличительной реакций уксуснокислого брожения [87 с. 288]. Если ацетальдегид вместо окисления в ацетат восстанавливается в эталон, то осуществляется спиртовое брожение. Реакция восстановления пирувата в лактат в гликолизе рассматривается как альтернативная реакция восстановления
ацетальдегида в этанол при спиртовом брожении [46 с. 363]. Реакции, связывающие лактат и пропионат в этом интервале, являются общими с первым интервалом последовательности М на рис.11 и встречаются у бактерий [87 с. 257]. Во втором интервале последовательности М повторяются реакции первого - с соединениями, гомологичными соединениям первого [24 с. 130].

Из нулевого интервала последовательности Д известны лишь реакции окисления глиоксилата в оксалат и оксималоната в мезоксалат [78]. Глиоксилат при этом выполняет роль, аналогичную роли альдегида в последовательности М. Хотя ферментативная реакция декарбоксилирования мезоксалата в настоящее время еще не обнаружена, она весьма вероятна, так как мезоксалат - неустойчивое соединение и уже при нагревании в водном растворе разлагается на глиоксилат и углекислый газ [81 с. 620]. Так же как и в нулевом интервале последовательности М, из-за вырожденности структуры соединений реакция окисления малоната в оксималонат через a,b-непредельное производное в этом случае невозможна. Поскольку прямая реакция также неизвестна, нулевой интервал последовательности Д оказывается разорванным. Реакции нулевого интервала последовательности Д широко распространены в природе [39 с. 381, 502, 78].

Первый интервал последовательности Д включает все характерные для интервалов этой последовательности реакции. Реакция окислительного декарбоксилирования оксалоацетата обнаружена в растениях [265]. В отличие от обычных реакций кислительного декарбоксилирования a-кетокислот эта реакция протекает с участием перекиси водорода. Обратимые реакции первого интервала - окисление малата в оксалоацетат, гидратация фумарата в малат и дегидрирование сукцината в фумарат - в биохимии рассматриваются в составе цикла Кребса. Эти реакции являются общими с реакциями первого интервала последовательности Д на рис.11.

Две начальные реакции второго интервала - окисление сукцинилполуальдегида в сукцинат и декарбоксилирование a-кетоглутарата в сукцинилполуальдегид - также относятся к реакциям цикла Кребса. Остальные реакции этого интервала [255] аналогичны соответствующим реакциям первого интервала. Реакции третьего интервала точно воспроизводят реакции второго с соединениями - гомологами. Четвертый интервал в настоящее время представлен всего двумя соединениями - адипатом и a-кетопимелатом [289]. Пятый интервал представлен единственным соединением - пимелатом [215].

Переходная последовательность на участке связи последовательностей М и Д должна включать две одинаковые реакции: декарбоксилирование мезоксалата в глиоксилат и декарбоксилирование глиоксилата в формальдегид. Однако, пока первая реакция не обнаружена, говорить определенно об этой последовательности преждевременно.

Изомерная симметрия связи последовательностей М и Д проявляется в обобщенном ряду a-кето и w-альдегидокислот. Роль объединяющего центра симметрии при этом выполняет простейшая w-альдегидокислота - глиоксилат.

Последовательности И и И'на рис.13 связаны соответственно с нулевым и первым интервалами последовательности М сходными реакциями расщепления разветвленных жирных кислот. Несмотря на то, что последовательности И и И'начинаются с a,b-непредельных кислот, их интервалы по аналогии с последовательностями М и Д отсчитываются с соответствующих насыщенных кислот.

Первый интервал последовательности И содержит реакции, связывающие изобутират с его гомологом во втором интервале - изовалератом. Во втором интервале достаточно изучены лишь реакции окислительного декарбоксилирования a-кетоизокапроата в изовалерат.

Первый интервал последовательности И' также представлен лишь реакциями декарбоксилирования a-кето-b-метилвалерата в a-метилбутират.

В биохимии реакции последовательностей И и И' обычно рассматриваются как пути расщепления углеродных скелетов разветвленных аминокислот [49 с. 358-366] или в связи с биосинтезом кофермента А [8 с. 447-452] и изопреноидов [8 с. 411-413]. Симметрия связи последовательностей И и И' с последовательностью М выражается в сходстве реакций, соединяющих эти последовательности с нулевым и первым интервалами последовательности М.