воздухе перерабатывают гораздо меньше сахара, чем в отсутствие воздуха, получает вполне понятное объяснение. Одновременно становится ясно, почему в анаэробных условиях клетки должны метаболизировать огромные количества субстрата (напомним, что говорилось в гл. 3, разд. Г, 1: для производства 10 г клеток требуется энергия —1 моль АТР).

е. Варианты спиртового и гомофщментативного молочнокислого брожения

Ход брожения часто сильно меняется в зависимости от конкретных условий. На рис. 9-9 приведен целый ряд дополнительных метаболических путей. Мы уже рассматривали превращение глюкозы в триозо-фосфат и далее через путь а в пируват, а затем через путь в в лактат или через путь г в этанол.

Если в культуру бродящих дрожжей добавить бисульфит, то аце-тальдегид, образующийся в реакции г, исключается из последующего процесса, образуя бисульфитный аддукт; тем самым блокируется восстановление ацетальдегида в этанол—реакция, необходимая для брожения в соответствии с уравнением (9-21). Дрожжевые клетки приспосабливаются к этим условиям, используя накапливающийся NADH для восстановления половины образующегося триозофосфата в глицерин по пути б. Для такого процесса необходимы два фермента, дегидрогеназа

? Глюкоза'

Глинозем

Организация метаболизма: катаболическ!иё Пути 34$

и фосфатаза, гидролитически отщепляющая фосфат. Суммарная реакция описывается уравнением

Глюкоза »- Глицерин -f-Ацетальдегид (модифицированный) + С02, (9-24)

ДО'(рН 7)=—105 кДж-моль-1.

Отметим, что при этом образуется одна молекула С02 и что общее понижение свободной энергии вполне достаточно, чтобы сделать реакцию в высокой степени самопроизвольной. Однако (снова обращаясь к рис. 9-9) можно заметить, что суммарное количество синтезированного АТР теперь становится равным нулю. Такое брожение, очевидно, не может обеспечить рост клеток; его используют, однако, в промышленности для получения глицерина.

Сходный вариант спиртового брожения наблюдается, когда дрожжи выращиваются в щелочной среде. В этих условиях ацетальдегид окисляется ЫАВ+-зависимой дегидрогеназой в ацетат. Образовавшийся на этой стадии NADH используется для восстановления эквивалентного количества ацетальдегида в этанол. Одновременно NADH, образовавшийся при окислении триозофосфата, используется для восстановления половины образовавшихся молекул триозофосфата в глицерофосфат. Суммарная реакция описывается уравнением

2 (Глюкоза) + Н20 >- 2 (Глицерин) + Этанол + Ацетат -f Н+ + 2СОа, (9-25)

ДС' (рН 7)=—285 кДж-моль-1.

Такая реакция оказывается благоприятной для клетки, поскольку образующаяся уксусная кислота нейтрализует щелочь; рН среды смещается к нейтральным значениям, после чего вновь возобновляется стандартный процесс спиртового брожения. Суммарное значение АСУ оказывается столь значительным, что может обеспечить синтез двух или трех молекул АТР, однако неизвестно, где и каким образом это происходит. Очевидно, наиболее логичным было бы его сопряжение с окислением ацетальдегида в ацетат, которое могло бы идти через образование ацетил-СоА и ацетилфосфата (рис. 9-9)—путь, используемый во многих процессах бактериального брожения. Однако дрожжи содержат фермент, окисляющий ацетальдегид непосредственно в ацетат, причем сопряженного синтеза АТР при этом не было выявлено.

Восстановление диоксиацетонфосфата в глицерофосфат происходит также в летательных мышцах насекомых; по-видимому, оно представляет путь, альтернативный образованию в этих тканях молочной кислоты. Хотя превращение свободной глюкозы в глицерофосфат и пируват не дает в итоге прироста АТР, следует учесть, что в мышцах исходным материалом служит гликоген, который по сравнению со свободной глюкозой требует для затравочных реакций вдвое меньше АТР. Кроме того, дисмутация триозофосфата, приводящая к образованию глицерофосфата и пирувата, может обеспечить быструю наработку АТР при интенсивных сокращениях мощной летательной мышцы насекомого. Во время более медленной восстановительной фазы глицерофосфат, как полагают, снова окисляется, поступая в митохондрии этих в высокой степени аэробных клеток. Таким образом, транспортировка глицерофосфата в митохондрии служит средством доставки в митохондрии восстановительных эквивалентов, полученных от NADH. Возможно поэтому, что значение глицерофосфата для мышечного метаболизма связано в основном с его транспортной функцией, а не с участием в быстром образовании АТР.

лав г#ява 9

2. Смешанное кислое брожение

Кишечные бактерии, в том числе Е. coli, превращают глюкозу в этанол, уксусную кислоту и муравьиную кислоту (последняя может далее распадаться на СОг и Н2). Стехиометрия может быть разной, однако в идеализированном виде этот процесс брожения можно описать уравнением

Глюкоза-f-Н20 > Этанол + Ацетат-+ Н++2H2+2СОа, (9-26)

AG'(pH 7) = —225 кДж-моль"1.

Детали процесса и окислительно-восстановительный баланс иллюстрирует уравнение

Гл'окоза

—-* 2 AT?—* 2 NADH

2 Пируват 2 СО,

К ^ у Т-^СООН * ^ н

| формиат uajODig гиаза ~ 2

2Ацетил -СоА

/