Реферат

Понятие гиперцикла

2009

Рассмотрим последовательность реакций, в которой на каждом этапе продукты — с участием дополнительных реагентов или без них — подвергаются дальнейшим превращениям. Если в такой последовательности какой-либо из продуктов идентичен исходному реагенту какой-либо предшествующей стадии, то такая система подобна реакционному циклу, а цикл в целом — катализатору. В простейшем случае катализатор — это отдельная молекула, например фермент, превращающий субстрат в продукт;

Механизм, который стоит за этой формальной схемой, требует по меньшей мере трехчленного цикла (рис. 1). Более сложные реакционные циклы, выполняющие фундаментальные каталитические функции, показаны на рис. 2 и 3. Цикл Бете — Вайцзекера (рис. 2) вносит существенный вклад в поддержание высокой скорости высвобождения энергии в "массивных звездах. Он, если можно так сказать, заставляет Солнце светить и, следовательно, является одной из наиболее важных внешних предпосылок существования жизни на Земле. Не меньшее значение, по-видимому, имеет цикл Кребса, или цикл лимонной кислоты [6], изображенный на рис. 3, хотя он касается внутреннего механизма живого. Этот цикл реакций опосредует и регулирует метаболизм углеводов и жирных кислот в живой клетке и выполняет также важные функции в анаболических.

Рис. 1. Общий механизм ферментативного катализа по Михаэлису-Меитен.

В этом процессе участвуют по меньшей мере три интермедиата: свободный фермент (Е), комплекс фермент — субстрат (ES) и комплекс фермент — продукт (ЕР). Схема показывает, что каталитическое действие фермента эквивалентно циклическому воспроизведению интермедиатов при превращении субстрата (S) в продукт (Р). Впрочем, она дает лишь формальное представление истинного процесса, который может включать в себя многоступенчатую активацию субстрата и индуцированные конформационные изменения фермента.

Рис. 2. Углеродный цикл, предложенный Бете и фон Вайцзекером, ответствен — по крайней мере частично — за высвобождение энергии в массивных звездах.

Его компоненты — 12С, 13N, 13С, 14N, 150 и l5N — постоянно воспроизводятся в ходе реакционного цикла. Циклическая схема в целом представляет собой катализатор, который превращает четыре атома 'Н в один атом 4Не с высвобождением энергии в виде Y позитронов (е+) и нейтрино (v).

Рис. 3. Цикл трикарбоновых кислот, или цикл лимонной кислоты, — это общий каталитический аппарат биологического окисления «топливных» молекул.

Полная схема цикла была предложена Кребсом, важный вклад в ее построение был внесен также Сеит-Дьёрди, Марциусом и Кнопом. Основные компоненты цикла? цитрат (С), чисаконитат (А), изоцитрат (I), а-кетоглутарат (К), сукцинил-СоА (S*), сукцинат (S), фумарат (F), 1-ма-лат (М) и оксалоацетат (О). Ацетат вступает в цикл в активированной форме в виде ацетил-СоА (этап 1) и реагирует с оксалоацетатом и Н20 с образованием цитрата (С) и СоА (+Н+). Во всех превращениях участвуют ферменты и такие кофакторы, как СоА (этапы 1, 5, 6), Fes+ (этапы 2, 3), NAD+ (этапы 4,5,9), ТПФ, липоевая кислота (этап 5) и FAD (этап 7). На схеме не показаны дополнительные реагенты: Н20 (этапы 1, 3, 8), Pt и QDP (этап 6) и продукты реакций — Н20 (этап 2), Н+ (этапы 1, 9) и QTP (этап 6). В результате всех реакций цикла происходит полное окисление двух ацетильных углеродов до CQ2 (и Н20). ............