2. Синтез олиго- и полисахаридов

Долгое время предпринимались безуспешные попытки доказать, что синтез олигосахаридов, в частности, дисахаридов, представляет собой реакцию обращения их гидролиза. Однако, несмотря на многочисленные эксперименты такого рода, никто не сумел подобрать условия, при которых удалось бы направить вспять реакцию гидролиза, например, сахарозы, протекающей при участии фермента инвертазы.

Оказалось, что биосинтез олиго- и полисахаридов осуществляется путем реакций трансгликозилирования: перенос гликозильного остатка на один моносахарид идет с фосфорного эфира другого сахара и ускоряется специфическим ферментом – гликозилтрансферазой.

Исходными соединениями, с которых в процессе синтеза олигосахаридов гликозильный остаток переносится на моносахарид, как правило, служат нуклеозиддифосфатсахара (НДФ-сахара).

Они были открыты в середине 20-го века и очень быстро привлекли к себе внимание как наиболее вероятные метаболиты в биосинтезе углеводов. Будучи широко распространенными в природе, НДФ-сахара синтезируются из фосфорных эфиров моносахаридов и соответствующих ннуклеозидтрифосфатов.

Подобно синтезу олигосахаридов, новообразование полисахаридов происходит также путем трансгликозилирования. Синтез амилозы, целлюлозы и подобных им глюканов может происходить путем переноса гликозильных остатков с глюкозо-1-фосфата или аналогичных фосфорных эфиров моносахаридов. Эта реакция представляет собой обращение реакции фосфоролиза указанных соединений. Однако более существенное значение имеет биосинтез полисахаридов из соответствующих НДФ-сахаров при участии соответствующих трансгликозидаз.

Перенос гликозильного остатка идет на невосстанавливающий конец молекулы синтезируемого полисахарида. Эта реакция может повторяться многократно, что обеспечивает многоступенчатый синтез молекул полисахаридов, содержащих огромное число мономеров.

Характерная особенность реакций такого типа состоит в необходимости «затравки», т.е. наличия в реакционной среде небольшого количества молекул полисахарида. Она как бы предопределяет тот тип связи, который возникает в процессе трансгликозилирования.

3. Анаэробные процессы расщепления моносахаридов. Гликолиз

Гликолиз – процесс анаэробного расщепления глюкозы до двух молекул пировиноградной кислоты. Он происходит и у анаэробных, у аэробных организмов.

Гликолиз открыт в 1933 году (Эмбденом и Мейергофом). Это один из наиболее древних биохимических путей (предполагают, что возник он 2,5-3 млрд. лет).

У анаэробов гликолиз – основной способ получения энергии в форме АТФ. У аэробов гликолиз является подготовительным этапом для аэробного дыхания.

Гликолиз локализуется в цитоплазме. Этот процесс включает 2 фазы:

1 фаза – накопление простых сахаров и их превращение в глицероальдегидфосфат (сопровождается расходом энергии).

2 фаза – окисление глицероальдегидфосфата (ФГА) до пировиноградной кислоты (ПВК), сопровождается высвобождением энергии и образованием АТФ.

Энергетический выход гликолиза:

+ 4 АТФ

+ 2 НАД Н →6 АТФ (1 молекула НАД Н →3 АТФ)

- 2 АТФ

Итого: 8 АТФ

Образование АТФ в процессе гликолиза осуществляется путем субстратного фосфорилирования. Субстратное фосфорилирование – это фосфорилирование АДФ с образованием АТФ, идущее за счет энергии макроэргических связей субстратов.

Суммарное уравнение гликолиза выглядит следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ + 2 АДФ + Н₃РО₄ + 2НАД⁺ → 2 С₃Н₄О₃+2 НАДН+Н⁺+2АТФ +2 Н₂О