14.17. АТР может расщепляться также до АМР и пирофосфата

Хотя в клеточных реакциях используемый АТР расщепляется обычно до ADP и фосфата а непосредственным акцептором фосфата в реакциях, сопровождающихся выделением энергии, служит ADP, известны и такие клеточные реакции, в которых от молекулы АТР отщепляются в виде одного фрагмента обе его концевые фосфатные группы, (3 и у (рис. 14-2); продуктами расщепления оказываются в этом случае неорганический пирофосфат и аденозинмонофосфат (АМР). Примером такой реакции может служить ферментативная активация жирных кислот с образованием их СоА-производных (рис. 18-2); жирная кислота приобретает при этом энергию и превращается в соответствующее СоА-производное (рис. 14-16), используемое затем в качестве активированного предшественника при биосинтезе липидов;

Таблица 14-6. Мембранные АТРазы, транспортирующие различные катионы

Эта реакция активации сопровождается пирофосфатным расщеплением АТР, продуктами которого являются пирофосфат и АМР; при обычном же ортофосфатном расщеплении от АТР отщепляется только одна ортофосфатная группа, как, например, в гексокиназной реакции

Рис. 14-16. Пальмитоилкофермент А может служить типичным примером -производного жирной кислоты. Гидролиз с разрывом тиоэфирной связи (-связи) между жирной кислотой и коферментом А характеризуется высоким значением равным приблизительно — 7,5 ккал/моль. СоА-производные жирных кислот играют роль активированных предшественников в процессе биосинтеза липидов.

характеризуется величиной , что несколько превышает гидролиза концевой, или -фосфатной, связи. Неорганический пирофосфат затем гидролизуется при участии пирофосфатазы с образованием двух молекул неорганического ортофосфата.

Суммарная реакция описывается уравнением

Величина этой суммарной реакции равна алгебраической сумме величин двух ее последовательных стадий. Нетрудно видеть, что величина суммарной реакции ровно вдвое превышает величину гидролиза концевых фосфатных групп АТР и ADP.

Расходование двух фосфатных групп АТР на активацию одной молекулы предшественника может показаться расточительством, т. е. может сложиться впечатление, что энергия фосфатных групп расходуется в этом случае неэкономно. Позже мы увидим, однако, что за этим кроется важный механизм, обеспечивающий завершение некоторых биосинтетических реакций. Необычным образом используется пирофосфатное расщепление АТР, например, светляками: оно служит им источником энергии для испускания света (дополнение 14-3).

АМР возвращается в ATP-цикл благодаря действию особого фермента, присутствующего во всех животных клетках.

Этот фермент, аденилаткиназа, катализирует обратимое фосфорилирование АМР до

Образующийся при этом ADP может затем опять фосфорилироваться до АТР.

У аденилаткиназы есть еще одна важная функция: этот фермент способствует поддержанию уровня АТР в клетке, когда катализируемая им реакция протекает в обратном направлении

т.е. когда он катализирует перенос концевой фосфатной группы от одной молекулы ADP к другой, которая при этом превращается в АТР. Таким образом в сокращающихся мышцах аденилаткиназа позволяет использовать в качестве источника энергии две фосфатные группы АТР, у и Р (рис. 14-17).

Рис. 14-17. Два процесса, обеспечивающие поддержание соответствующего уровня АТР в быстро сокращающихся скелетных мышцах, работающих в условиях анаэробиоза.

Следовательно, действуя на ADP. аденилаткиназа может пополнять запас креатинфосфата, который во время мышечного сокращения служит источником АТР.

Дополнение 14-3. АТР поставляет энергию для биолюминесценции светляков

Биолюминесценция, для которой требуются значительные количества энергии, свойственна многим видам грибов, морским микроорганизмам, медузам, ракообразным и светлякам (рис. 1). У светляков в последовательности реакций, обеспечивающих преобразование химической энергии в энергию света, используется сочетание энергии АТР и окислительной энергии. Уильям Мак-Элрой и его коллеги из Университета Джона Гопкинса выделили из многих тысяч светляков, собранных для этой цели по их просьбе детьми в окрестностях Балтимора, два главных биохимических компонента, участвующих в процессе свечения: люциферин (рис. 2), представляющий собой карбоновую кислоту довольно сложного строения, и фермент люциферазу.

Рис. 1. Светляк.

Рис. 2. Главные компоненты, обеспечивающие биолюминесценцию светляков.

Для генерации световых вспышек люциферин сначала должен быть активирован в ферментативной реакции с АТР. На этой стадии пирофосфатное расщепление АТР приводит к образованию люциферигаденилата (рис. 2). Затем под действием молекулярного кислорода происходит катализируемое люциферазой окислительное декарбоксилирование люциферина, в результате чего образуется оксилюциферин. Именно эта реакция, протекающая через ряд промежуточных стадий, сопровождается световыми вспышками (рис. 3). Спектральный состав испускаемого света у разных видов светляков различен; он зависит, по всей вероятности, от структуры люциферазы. Завершается цикл последовательностью реакций, в результате которых из оксилюциферина вновь образуется люциферин. У других биолюминесцентных организмов свечение обусловливается ферментативными реакциями иного типа.

Рис. 3. Циклическое превращение компонентов, обеспечивающих тюминесценцию светляка. Очищенные люциферин и люциферазу светляков используют для измерения очень малых количеств АТР. Мерой количества АТР служит при этом интенсивность световой вспышки. Таким способом удается определять количества АТР порядка нескольких пикомолей .