УДК 578.1
ББК 28.072я73
Н49
С е р и я о с н о в а н а в 2006 г.
П е р е в о д ч и к: канд. хим. наук Т. П. Мосолова
Н а у ч н ы е р е д а к т о р ы: д-р биол. наук Н. Б. Гусев (гл. 13–16, 23),
канд. биол. наук В. Г. Гривенникова (гл. 17–20),
д-р биол. наук О. Д. Лопина (гл. 21–23)
Нельсон Д.
Н49 Основы биохимии Ленинджера : в 3 т. Т. 2 : Биоэнергетика
и метаболизм / Д. Нельсон, М. Кокс ; пер. с англ. — 5-е изд.,
перераб. и доп., электрон. — М. : Лаборатория знаний, 2022. —
689 с. — (Лучший зарубежный учебник). — Систем. требования:
Adobe Reader XI ; экран 10". — Загл. с титул. экрана. — Текст :
электронный.
ISBN 978-5-93208-608-7 (Т. 2)
ISBN 978-5-93208-606-3
Перевод седьмого оригинального издания всемирно известного учебника,
написанного талантливыми американскими учеными-педагогами, который
отражает стремительное развитие современной биохимии и включает
основные достижения, помогающие осветить важные аспекты этой науки.
В том 2 вошла часть II «Биоэнергетика и метаболизм». Даны общие
термодинамические понятия применительно к биологическим системам,
классификация химических реакций, происходящих в живых организмах,
подробно рассмотрены основные метаболические пути — гликолиз, глюконеогенез,
пентозофосфатный путь, циклы лимонной кислоты и мочевины,
окислительное фосфорилирование, фотосинтез и биосинтез углеводов
у растений, процессы катаболизма и анаболизма аминокислот, липидов
и нуклеотидов, а также принципы гормональной регуляции и интеграции
метаболизма у млекопитающих. В каждой главе есть задания для
самопроверки.
Для студентов и аспирантов биологических, химических, медицинских
вузов и для научных работников.
УДК 578.1
ББК 28.072я73
Деривативное издание на основе печатного аналога: Основы биохимии
Ленинджера : в 3 т. Т. 2 : Биоэнергетика и метаболизм / Д. Нельсон,
М. Кокс ; пер. с англ. — 5-е изд., перераб. и доп. — М. : Лаборатория
знаний, 2022. — 646 с. : ил. — (Лучший зарубежный учебник). —
ISBN 978-5-00101-309-9 (Т. 2); ISBN 978-5-00101-307-5.
В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации
Copyright © 2017, 2013, 2008, 2005 by W. H. Freeman
and Company. All rights reserved
ISBN 978-5-93208-608-7 (Т. 2)
ISBN 978-5-93208-606-3
© 2017, 2013, 2008, 2005 by W. H. Freeman
and Company. Все права защищены
Lehninger Principles of Biochemistry 7 Ed
First published in United States by W. H. Freeman
and Company
Основы биохимии Ленинджера 7-е издание
Впервые опубликовано в США издательством
W. H. Freeman and Company
© Перевод на русский язык, Лаборатория знаний,
2017
Стр.5
Оглавление
II БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ
13
Основы биоэнергетики.
Типы химических реакций
Неорганические полифосфаты —
потенциальные доноры
фосфорильных групп
11
13.1. Биоэнергетика и термодинамика 12
Преобразования энергии в биологических
системах подчиняются законам
термодинамики
Клеткам необходимы источники свободной
энергии
Изменение стандартной свободной энергии
непосредственно связано
с константой равновесия
Изменения стандартной свободной энергии
аддитивны
13.2. Химические основы
биохимических реакций
Краткое содержание раздела
12
14
14
Изменения свободной энергии в реальных
системах зависят от концентраций исходных
веществ и продуктов реакции
Краткое содержание раздела
Биохимические и химические уравнения
вовсе не одно и то же
13.3. Перенос фосфорильных групп
и ATP
При гидролизе АТР изменение
свободной энергии выражается
отрицательным числом, большим
по абсолютной величине
Свободная энергия гидролиза других
фосфорилированных соединений
и тиоэфиров тоже велика
ATP поставляет энергию благодаря
переносу групп, а не просто гидролизу
ATP отдает фосфорильную,
пирофосфорильную
и аденилильную группы
Дополнение 13-1. ATP поставляет энергию
для светляков
Для сборки информационных
макромолекул необходима энергия
ATP обеспечивает энергией активный
транспорт и мышечное сокращение
Во всех типах клеток происходит
трансфосфорилирование нуклеотидов
17
18
19
20
27
28
28
29
31
34
37
38
39
39
40
Краткое содержание раздела
41
42
13.4. Окислительно-восстановительные
реакции в биологических системах 42
Поток электронов может выполнять
биологическую работу
43
Окислительно-восстановительные процессы
можно представить в виде полуреакций 44
Биологические процессы окисления
часто включают дегидрирование
Восстановительный потенциал —
мера сродства к электронам
Стандартные восстановительные
потенциалы можно использовать для
расчета изменений свободной энергии
Для окисления глюкозы до углекислого
газа в клетках необходимы специальные
переносчики электронов
Некоторые коферменты и белки
служат универсальными переносчиками
электронов
NADH и NADPH, растворимые
переносчики электронов, действуют
совместно с дегидрогеназами
Кроме переноса электронов, NAD имеет
и другие важные функции
44
46
48
49
49
50
52
Дефицит в пище ниацина, витаминной
формы NAD и NADP, вызывает пеллагру 52
Флавиновые нуклеотиды прочно
связываются с флавопротеинами
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
14
14.1. Гликолиз
Гликолиз протекает в два этапа
На подготовительном этапе гликолиза
расходуется АТP
На втором этапе гликолиза
образуются ATP и NADH
Гликолиз, глюконеогенез
и пентозофосфатный путь
53
55
56
56
62
63
64
65
70
75
Стр.673
Оглавление [673]
Выигрыш в АТР заметен при составлении
полного баланса гликолиза
79
Гликолиз находится под строгим контролем 79
Дополнение 14-1. Медицина. Высокая скорость
гликолиза в опухолевых тканях лежит
в основе методов химиотерапии при
некоторых онкологических заболеваниях
и облегчает постановку диагноза
Нарушение потребления глюкозы клетками
при сахарном диабете I типа
Краткое содержание раздела
14.2. Метаболические пути,
питающие гликолиз
Полисахариды и дисахариды пищи
гидролизуются до моносахаридов
Глюконеогенез сопряжен с большими
энергетическими затратами,
но необходим
Интермедиаты цикла лимонной
кислоты и некоторые аминокислоты
являются глюкогенными
80
83
83
85
86
Эндогенные гликоген и крахмал
расщепляются в результате фосфоролиза 86
Другие моносахариды включаются
в гликолиз на разных участках пути
Краткое содержание раздела
88
89
14.3. Превращение пирувата
в анаэробных условиях: брожение 90
Пируват является последним акцептором
электронов при молочнокислом
брожении
90
Дополнение 14-2. Спортсмены, аллигаторы
и целаканты: гликолиз при ограничении
содержания кислорода
Этанол — восстановленный продукт
спиртового брожения
Тиаминпирофосфат переносит «активные
ацетальдегидные» группы
91
92
93
Дополнение 14-3. Спиртовое брожение:
пивоварение и производство биотоплива 94
С помощью брожения получают многие
продукты питания и химические соединения,
используемые в промышленности
Краткое содержание раздела
14.4. Глюконеогенез
Для превращения пирувата
в фосфоенолпируват требуются
две экзергонические реакции
Второй обходной путь — превращение
фруктозо-1,6-бисфосфата
в фруктозо-6-фосфат
Третий обходной путь — образование
глюкозы из глюкозо-6-фосфата
Млекопитающие не могут превращать
жирные кислоты в глюкозу
Гликолиз и глюконеогенез
взаимно регулируются
Краткое содержание раздела
14.5. Пентозофосфатный путь
окисления глюкозы
Дополнение 14-4. Медицина. Почему
пифагорейцы не ели фалафель: дефицит
глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы
На окислительном этапе образуются
пентозофосфаты и NADPH
На неокислительном этапе пентозофосфаты
превращаются в глюкозо-6-фосфат
Синдром Вернике–Корсакова усугубляется
дефектом транскетолазы
104
105
105
106
106
107
107
109
110
113
Глюкозо-6-фосфат распределяется между
гликолизом и пентозофосфатным путем 113
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
15
Принципы регуляции
метаболизма 121
96
97
97
99
103
103
15.1. Регуляция метаболических путей 123
Клетки и организмы существуют
в динамически устойчивом состоянии 123
Регулируется не только количество
ферментов, но и их каталитическая
активность
Обычно в клетке регулируются реакции,
далекие от состояния равновесия
Адениловые нуклеотиды играют особую
роль в регуляции метаболизма
Краткое содержание раздела
124
128
130
133
15.2. Анализ метаболического контроля 133
Вклад каждого фермента в поток метаболитов
можно измерить экспериментально
134
114
114
114
119
Стр.674
[674] Оглавление
Дополнение 15-1. Практическая биохимия.
Теория контроля метаболизма:
количественные аспекты
Коэффициент управления потоком
определяет влияние ферментативной
активности на поток метаболитов
в метаболическом пути
Коэффициент отклика отражает действие
внешнего регулятора на поток через
метаболический путь
Приложение анализа метаболического
контроля к метаболизму углеводов
дало неожиданные результаты
Анализ метаболического контроля
предлагает общий метод для усиления
потока в метаболическом пути
Краткое содержание раздела
15.3. Координированная регуляция
гликолиза и глюконеогенеза
Глюкозо-6-фосфат по-разному влияет
на гексокиназы печени и мышц
135
137
Коэффициент эластичности связан с откликом
фермента на изменения концентраций
метаболитов или регуляторов
137
138
138
139
139
140
141
15.4. Метаболизм гликогена
в клетках животных
Расщепление гликогена катализирует
гликогенфосфорилаза
155
156
Глюкозо-1-фосфат может подвергаться
гликолизу или, претерпевая превращения
в печени, пополнять запасы глюкозы
в крови
Сахаронуклеотид UDP-глюкоза
участвует в синтезе гликогена
Дополнение 15-4. Карл и Герти Кори — пионеры
исследований метаболизма гликогена
и связанных с ним заболеваний
158
159
161
Гликогенин обеспечивает связывание первых
остатков сахара при синтезе гликогена 164
Краткое содержание раздела
164
15.5. Согласованная регуляция синтеза
и расщепления гликогена
Гликогенфосфорилаза подвержена
аллостерической и гормональной
регуляции
Дополнение 15-2. Изоферменты: разные белки,
катализирующие одну и ту же реакцию 142
Регуляция гексокиназы IV (глюкокиназы)
и глюкозо-6-фосфатазы осуществляется
на уровне транскрипции
Реципрокная регуляция
фосфофруктокиназы-1 и фруктозо-1,6бисфосфатазы
Фруктозо-2,6-бисфосфат
— мощный
регулятор PFK-1 и FBPазы-1
Ксилулозо-5-фосфат — ключевой регулятор
метаболизма углеводов и жиров
Гликолитический фермент пируваткиназа
подвержен аллостерическому
ингибированию со стороны АТР
144
144
147
148
Превращение пирувата в фосфоенолпируват
в процессе глюконеогенеза регулируется
несколькими способами
Дополнение 15-3. Медицина. Мутации,
приводящие к возникновению
редких форм сахарного диабета
Краткое содержание раздела
148
Регуляция гликолиза и глюконеогенеза на
уровне транскрипции изменяет количество
фермента (число его молекул)
150
154
155
Действие инсулина опосредовано
киназой 3 гликогенсинтазы
144
Аллостерические и гормональные сигналы
координируют метаболизм углеводов
Метаболизмы углеводов и жиров связаны
гормональными и аллостерическими
механизмами регуляции
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
16
Пируват окисляется
до ацетил-СоА и СО2
Цикл лимонной кислоты
16.1. Образование ацетил-СоА —
активированного ацетата
166
166
Регуляция гликогенсинтазы также
осуществляется путем фосфорилированиядефосфорилирования
Центральная
роль фосфопротеинфосфатазы-1
в метаболизме гликогена
168
170
170
171
173
173
174
174
178
179
В работе пируватдегидрогеназного комплекса
участвуют пять коферментов
Пируватдегидрогеназный комплекс
состоит из трех разных ферментов
180
181
182
183
Стр.675
Промежуточные вещества, образующиеся
в процессе превращения субстрата,
не покидают поверхности фермента
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Оглавление [675]
211
184
186
16.2. Реакции цикла лимонной кислоты 186
Последовательность реакций цикла
лимонной кислоты имеет важный
химический смысл
Цикл лимонной кислоты
осуществляется в восемь стадий
Дополнение 16-1. Ферменты со скрытой
функцией
Дополнение 16-2. Синтазы и синтетазы,
лигазы и лиазы, киназы, фосфатазы
и фосфорилазы. Да такие названия
кого угодно могут сбить с толку!
Энергия окисления, образующаяся в цикле
лимонной кислоты, эффективно
сохраняется
Дополнение 16-3. Цитрат: симметричная
молекула, реагирующая асимметрично
Почему окисление ацетата
осуществляется так сложно?
Компоненты цикла лимонной кислоты —
важные интермедиаты биосинтезов
Анаплеротические реакции служат
для восполнения затрат интермедиатов
цикла лимонной кислоты
Биотин в составе пируваткарбоксилазы
переносит СО2-группы
Краткое содержание раздела
16.3. Регуляция цикла лимонной
188
189
191
196
199
199
202
203
204
204
207
кислоты 207
Образование ацетил-СоА под действием
пируватдегидрогеназного комплекса
регулируется аллостерически и путем
посттрансляционных модификаций
208
Регуляция цикла лимонной кислоты
осуществляется на трех экзергонических
стадиях
В цикле лимонной кислоты может
происходить туннелирование субстрата,
характерное для полиферментных
комплексов
Краткое содержание раздела
209
209
Некоторые мутации генов ферментов,
участвующих в цикле лимонной кислоты,
вызывают развитие рака
210
211
Анализ экспериментальных данных
17
212
217
Катаболизм жирных кислот 219
17.1. Переваривание, мобилизация
и транспорт жиров
Жирные кислоты активируются
и переносятся в митохондрии
Краткое содержание раздела
17.2. Окисление жирных кислот
-Окисление насыщенных жирных кислот
проходит в четыре основные стадии
220
222
223
Жиры пищи всасываются в тонкой кишке 220
Мобилизацию запасенных триацилглицеринов
инициируют гормоны
При образовании ацетил-СоА и АТР четыре
реакции -окисления повторяются
226
226
227
230
Дополнение 17-1. Долгий зимний сон:
окисление жиров во время зимней спячки 231
В дальнейшем ацетил-СоА может
окисляться в цикле лимонной кислоты 232
Для окисления ненасыщенных жирных кислот
требуются две дополнительные реакции 232
Для полного окисления жирных кислот
с нечетным числом атомов углерода
требуются три дополнительные реакции 234
Дополнение 17-2. Кофермент В12:
«радикальное» решение сложной задачи 235
Окисление жирных кислот
строго регулируется
238
Синтез белков, необходимых для
катаболизма липидов, запускается
факторами транскрипции
Генетические нарушения
в ацил-СоА-дегидрогеназах —
причина серьезных заболеваний
Пероксисомы тоже участвуют
в -окислении
Ферменты -окисления из разных
органелл приобрели различия
в процессе эволюции
Фитановая кислота подвергается
-окислению в пероксисомах
Краткое содержание раздела
239
240
240
-Окисление жирных кислот происходит
в эндоплазматическом ретикулуме
242
243
244
245
Стр.676
[676] Оглавление
17.3. Кетоновые тела
Кетоновые тела, образующиеся в печени,
экспортируются в другие органы
в качестве источников энергии
246
246
При диабете и голодании кетоновые тела
образуются сверх нужного количества 248
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
18
249
249
249
253
Окисление аминокислот
и образование мочевины 255
18.1. Метаболические пути аминогрупп 256
Белки пищи подвергаются ферментативному
расщеплению до аминокислот
Пиридоксальфосфат участвует в переносе
-аминогрупп на -кетоглутарат
В печени аминогруппа глутамата
высвобождается в виде аммиака
В кровотоке аммиак
транспортируется глутамином
Аланин переносит аммиак
из скелетных мышц в печень
Аммиак токсичен для животных
Краткое содержание раздела
258
259
262
263
264
265
266
18.2. Выделение азота и цикл мочевины 266
Мочевина образуется из аммиака
в пяти ферментативных реакциях
Цикл лимонной кислоты и цикл мочевины
могут быть взаимосвязаны
Дополнение 18-1. Медицина. Диагностика
повреждений различных органов
человека
Активности ферментов цикла мочевины
регулируются на двух уровнях
Генетические дефекты цикла мочевины
могут быть опасными для жизни
Краткое содержание раздела
268
269
270
271
272
272
273
18.3. Пути расщепления аминокислот 274
Одни аминокислоты превращаются
в глюкозу, другие — в кетоновые тела
В катаболизме аминокислот важную роль
играют несколько кофакторов
275
275
Шесть аминокислот расщепляются
до пирувата
Семь аминокислот расщепляются
до ацетил-СоА
Катаболизм фенилаланина у некоторых
людей может быть нарушен
Пять аминокислот превращаются
в -кетоглутарат
Четыре аминокислоты превращаются
в сукцинил-СоА
Разветвленные аминокислоты
не расщепляются в печени
Дополнение 18-2. Медицина. Ученые
объяснили загадочное убийство
Аспарагин и аспартат расщепляются
до оксалоацетата
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
19 Окислительное
19.1. Митохондриальная
дыхательная цепь
Электроны переносятся универсальными
акцепторами электронов
Электроны проходят по цепи
мембраносвязанных переносчиков
279
282
285
287
288
288
290
292
292
293
293
296
фосфорилирование 299
300
302
304
Переносчики электронов функционируют
в виде мультиферментных комплексов 308
Митохондриальные комплексы
ассоциируют в респирасомы
315
Взаимосвязи путей уменьшают энергетические
затраты на синтез мочевины
Дополнение 19-1. Методы. Определение
трехмерной структуры крупных
макромолекулярных комплексов
методом криоэлектронной микроскопии
индивидуальных частиц
Некоторые другие пути с участием
убихинона тоже поставляют электроны
в дыхательную цепь
Энергия, высвобождаемая при переносе
электронов в дыхательной цепи,
запасается в виде протонного градиента
(электрохимического потенциала)
316
317
319
Стр.677
Оглавление [677]
При окислительном фосфорилировании
образуются активные формы кислорода
(АФК)
321
Гипоксия приводит к образованию АФК
и некоторым адаптивным реакциям
В митохондриях растений существуют
альтернативные пути окисления NADH 322
Дополнение 19-2. Термогенные растения
с отвратительным запахом
и альтернативные пути дыхания
Краткое содержание раздела
322
323
19.2. Синтез ATP
В хемиосмотической теории процессы
окисления и фосфорилирования
обязательно сопряжены
Фермент ATP-синтаза содержит два
Протонный градиент выступает движущей
силой для высвобождения ATP
с поверхности фермента
стабилизирована на поверхности F1
сильнее
Каждая -субъединица ATP-синтазы
может существовать в трех различных
конформациях
Как поток протонов через комплекс Fо
создает вращательное движение?
Вращательный механизм чередующегося
сродства — ключ к пониманию работы
АТР-синтазы
Хемиосмотическая теория допускает
дробное стехиометрическое соотношение
Дополнение 19-3. Методы. Атомно-силовая
микроскопия для визуализации
мембранных белков
потребленного О2 и синтезированного
ATP
Протондвижущая сила используется
для активного транспорта веществ
через мембрану
Краткое содержание раздела
19.3. Регуляция окислительного
В окислении внемитохондриального NADH
опосредованно участвуют челночные
системы
324
324
функциональных компонента — F1 и Fо 328
По сравнению с ADP молекула ATP
328
329
330
332
334
336
336
338
339
341
фосфорилирования 342
Окислительное фосфорилирование
регулируется энергетическими
потребностями клетки
При гипоксии гидролиз ATP в клетках
блокируется белковым ингибитором
342
343
Все пути синтеза ATP при катаболизме
углеводов координируются
взаимосвязанными регуляторными
механизмами
Краткое содержание раздела
19.4. Роль митохондрий в термогенезе,
синтезе стероидов и апоптозе
Разобщенные митохондрии бурого жира
вырабатывают тепло
Митохондриальные монооксигеназы P-450
катализируют гидроксилирование
стероидов
Митохондрии играют важную роль
в инициации апоптоза
Краткое содержание раздела
343
345
346
346
346
347
348
349
19.5. Митохондриальные гены:
их происхождение и последствия
мутаций 350
Митохондрии произошли от
эндосимбиотических бактерий
350
На протяжении жизни организма
в митохондриальной ДНК
накапливаются мутации
Некоторые мутации в митохондриальных
геномах вызывают заболевания
Редкая форма диабета может возникать
из-за дефекта митохондрий в -клетках
поджелудочной железы
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
20
20.1. Поглощение света
В хлоропластах растений под действием
света образуется поток электронов
и происходит фотосинтез
При фотосинтезе энергию света
поглощают хлорофиллы
Фотосинтез и биосинтез
углеводов у растений
352
353
354
355
356
356
359
363
364
365
369
Вспомогательные пигменты расширяют
диапазон длин волн поглощаемого света 370
Стр.678
[678] Оглавление
Хлорофиллы передают поглощенную
энергию на реакционные центры
путем переноса экситонов
Краткое содержание раздела
20.2. Фотохимические
реакционные центры
Фотосинтезирующие бактерии имеют
реакционные центры двух типов
371
373
Кинетические и термодинамические
факторы препятствуют потере энергии
в результате внутреннего
преобразования
374
374
У растений две реакционные фотосистемы
действуют сообща
Цитохромный комплекс b6 f — связующее
звено между фотосистемами I и II
Циклический поток электронов между
Переходы между различными состояниями
фотосинтетического аппарата изменяют
распределение светопоглощающего
комплекса II между двумя фотосистемами 385
Вода расщепляется
ФС I и цитохромным комплексом b6 f
увеличивает продукцию АТР
относительно синтеза NADPH
кислородвыделяющим комплексом
Краткое содержание раздела
20.3. Синтез ATP в процессе
378
378
383
385
Для синтеза каждого триозофосфата из СО2
требуется шесть NADPН и девять ATP 407
Транспортная система выводит триозофосфаты
из хлоропласта и импортирует фосфат 409
Четыре фермента цикла Кальвина
активируются светом не напрямую
Краткое содержание раздела
20.6. Фотодыхание, С4- и САМ-пути
Утилизация фосфогликолата
дорого обходится
У С4-растений фиксация СО2 и активность
рубиско пространственно разделены
Дополнение 20-1. Может ли генная
инженерия повысить эффективность
фотосинтезирующих организмов?
Краткое содержание раздела
20.7. Биосинтез крахмала,
сахарозы и целлюлозы
387
389
фотофосфорилирования 389
Протонный градиент связывает процессы
фосфорилирования и переноса
электронов
Приблизительная стехиометрия
фотофосфорилирования
ATP-синтаза хлоропластов напоминает
митохондриальный фермент
Краткое содержание раздела
390
391
392
392
20.4. Эволюция оксигенного фотосинтеза 393
Хлоропласты произошли от древних
фотосинтезирующих бактерий
У галофильных бактерий один и тот же
белок поглощает энергию солнечного
света и транслоцирует протоны,
обеспечивая энергией синтез ATP
Краткое содержание раздела
393
395
397
20.5. Реакции ассимиляции углерода 397
Ассимиляция углекислого газа
происходит в три этапа
398
ADP-глюкоза — субстрат для синтеза
крахмала в пластидах растений
и гликогена в бактериях
UDP-глюкоза — субстрат для синтеза
сахарозы в цитозоле клеток листьев
Превращение триозофосфатов в сахарозу
и крахмал строго регулируется
В прорастающих семенах глюкоза
образуется в глиоксилатном цикле
и в ходе глюконеогенеза
Целлюлоза синтезируется
надмолекулярными структурами
в плазматической мембране
Краткое содержание раздела
20.8. Интеграция углеводного
метаболизма у растений
Метаболические пути в различных
органеллах связывают пулы
общих интермедиатов
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
Фотодыхание — результат оксигеназной
активности рубиско
410
411
У САМ-растений фиксация СО2 и активность
рубиско разделены во времени
412
412
413
415
417
418
420
420
420
421
422
424
425
428
428
429
431
431
431
436
Стр.679
Оглавление [679]
21 Биосинтез липидов
21.1. Биосинтез жирных кислот
и эйкозаноидов
Малонил-СоА образуется
из ацетил-СоА и гидрокарбоната
Синтез жирных кислот происходит
в результате повторяющихся
последовательностей реакций
Синтаза жирных кислот млекопитающих
содержит несколько активных
центров
Синтаза жирных кислот присоединяет
ацетильную и малонильную группы
Реакции, катализируемые синтазой
жирных кислот, повторяются
до образования пальмитата
Синтез жирных кислот у многих
организмов происходит в цитозоле,
а у растений — в хлоропластах
Ацетат выводится из митохондрий
в виде цитрата
Биосинтез жирных кислот строго
регулируется
439
439
440
441
443
444
446
447
448
450
Длинноцепочечные насыщенные жирные
кислоты синтезируются из пальмитата 451
Для десатурации жирных кислот
требуются оксидазы со смешанной
функцией
Дополнение 21-1. Медицина. Оксидазы
со смешанной функцией, оксигеназы
и цитохром Р-450
Эйкозаноиды образуются из
полиненасыщенных жирных кислот
с 20 и 22 углеродными атомами
Краткое содержание раздела
452
453
456
459
21.2. Биосинтез триацилглицеринов 460
Триацилглицерины и глицерофосфолипиды
синтезируются из одних и тех же
предшественников
Биосинтез триацилглицеринов у животных
регулируется гормонами
Жировая ткань генерирует
глицерин-3-фосфат путем
глицеронеогенеза
Тиазолидиндионы применяют
при диабете II типа для увеличения
глицеронеогенеза
Краткое содержание раздела
460
461
463
465
465
21.3. Биосинтез мембранных
фосфолипидов 466
Клетки используют две стратегии
присоединения полярных
«головок» фосфолипидов
Для синтеза фосфолипидов у E. coli служат
CDP-диацилглицерины
466
467
Эукариоты синтезируют анионные
фосфолипиды из CDP-диацилглицеринов 469
У эукариот метаболические пути
образования фосфатидилсерина,
фосфатидилэтаноламина
и фосфатидилхолина взаимосвязаны
При синтезе плазмалогенов образуется
простой эфир жирного спирта
В синтезах сфинголипидов
469
471
и глицерофосфолипидов некоторые
предшественники и механизмы общие 473
Полярные липиды предназначены для
специальных клеточных мембран
Краткое содержание раздела
473
474
21.4. Холестерин, стероиды
и изопреноиды: биосинтез,
регуляция и транспорт
Холестерин образуется из ацетил-СоА
за четыре стадии
Соединения холестерина в организме
Холестерин и другие липиды переносят
липопротеины плазмы крови
Дополнение 21-2. Медицина. Аллели ароЕ
определяют частоту возникновения
болезни Альцгеймера
474
475
479
480
482
Эфиры холестерина попадают в клетку
путем эндоцитоза с участием рецепторов 484
ЛПВП осуществляют обратный транспорт
холестерина
Синтез и транспорт холестерина
регулируются на нескольких уровнях
Нарушение регуляции метаболизма
холестерина может приводить к болезням
сердечно-сосудистой системы
Дополнение 21-3. Медицина. Липидная
гипотеза и создание статинов
486
487
489
Обратный транспорт холестерина при
участии ЛПВП препятствует образованию
бляшек и развитию атеросклероза
491
492
Стр.680
[680] Оглавление
Стероидные гормоны образуются
путем отщепления боковой цепи
и окисления холестерина
Промежуточные продукты биосинтеза
холестерина участвуют во многих
других метаболических путях
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
Биосинтез аминокислот регулируется
аллостерически
494
495
495
496
497
499
22 Биосинтез аминокислот,
нуклеотидов и связанных
с их метаболизмом молекул 503
22.1. Общий обзор метаболизма азота 504
При круговороте азота поддерживается
пул биологически доступного азота
504
Дополнение 22-1. Необычный стиль жизни
многочисленных, но загадочных
существ
Азот фиксируется ферментным
нитрогеназным комплексом
Аммоний включается в биомолекулы
через глутаминовую кислоту
(глутамат) и глутамин
Глутаминсинтетаза — основная
регуляторная единица в метаболизме
азота
Реакции, играющие особую роль
в биосинтезе аминокислот
и нуклеотидов
Краткое содержание раздела
22.2. Биосинтез аминокислот
-Кетоглутарат — предшественник
глутаминовой кислоты, глутамина,
пролина и аргинина
Серин, глицин и цистеин —
производные 3-фосфоглицерата
Из оксалоацетата и пирувата могут быть
синтезированы три заменимые
и шесть незаменимых аминокислот
Хоризмат — ключевое соединение
в синтезе триптофана, фенилаланина
и тирозина
505
509
513
514
516
517
518
519
519
523
523
При биосинтезе гистидина используются
предшественники биосинтеза пуринов 529
Краткое содержание раздела
22.3. Производные аминокислот
Дополнение 22-2. Медицина.
Биохимия королей и вампиров
Деградация гема сопряжена
со многими функциями
Аминокислоты —предшественники
креатина и глутатиона
D-Аминокислоты найдены
главным образом у бактерий
Ароматические аминокислоты —
предшественники многих
растительных веществ
Биологические амины — продукты
декарбоксилирования аминокислот
Аргинин — предшественник оксида
азота в биологическом синтезе
Краткое содержание раздела
Синтез нуклеотидов de novo
начинается с PRPP
Глицин — предшественник порфиринов
531
532
533
533
533
535
536
538
538
539
541
541
22.4. Биосинтез и деградация нуклеотидов 542
542
Биосинтез пуриновых нуклеотидов
регулируется по механизму
отрицательной обратной связи
Пиримидиновые нуклеотиды
образуются из аспартата, PRPP
и карбамоилфосфата
Нуклеозидмонофосфаты превращаются
в нуклеозидтрифосфаты
545
546
Биосинтез пиримидиновых нуклеотидов
регулируется по механизму отрицательной
обратной связи
Рибонуклеотиды служат предшественниками
дезоксирибонуклеотидов
548
548
549
Тимидилат образуется из dCDP и dUMP 553
При распаде пуринов и пиримидинов
образуются соответственно
мочевая кислота и мочевина
Пуриновые и пиримидиновые основания
повторно используются в путях
реутилизации
Избыток мочевой кислоты
вызывает подагру
556
556
555
Стр.681
Оглавление [681]
Многие химиотерапевтические препараты
нацелены на ферменты, участвующие
в биосинтезе нуклеотидов
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
Анализ экспериментальных данных
23 Гормональная регуляция
и интеграция метаболизма
у млекопитающих
23.1. Гормоны: различные структуры
для различных функций
557
560
560
560
562
565
566
Для обнаружения и очистки гормонов
необходимы биологические исследования 567
Дополнение 23-1. Медицина.
Как открывали гормоны.
Тяжелый путь к чистому инсулину
Гормоны действуют через специфические
клеточные рецепторы, обладающие
высоким сродством
Гормоны химически разнообразны
Высвобождение гормонов регулируется
нейрональными и гормональными
сигналами иерархически
«Восходящие» гормональные пути
доставляют сигналы обратно в головной
мозг и другие ткани
Краткое содержание раздела
23.2. Тканеспецифичный метаболизм:
разделение функций
Печень перерабатывает и распределяет
питательные вещества
Жировая ткань запасает и поставляет
жирные кислоты
Термогенная функция бурой
и бежевой жировой ткани
Мышцы используют АТР
для механической работы
Дополнение 23-2. Креатин и креатинкиназа:
бесценная помощь в диагностике
и развитии мускулатуры
Мозг использует энергию для передачи
электрических импульсов
Кровь переносит кислород,
метаболиты и гормоны
Краткое содержание раздела
23.3. Гормональная регуляция
энергетического метаболизма
Инсулин препятствует чрезмерному
повышению уровня глюкозы в крови
598
598
-Клетки поджелудочной железы
секретируют инсулин в ответ
на изменения уровня глюкозы в крови 598
Глюкагон препятствует чрезмерному
понижению уровня глюкозы в крови
Во время голодания и при истощении
метаболизм направлен
на обеспечение энергией мозга
Адреналин сигнализирует о предстоящей
физической нагрузке
Кортизол сигнализирует о стрессе,
в том числе о низком уровне глюкозы
567
569
571
576
579
580
581
582
586
587
589
592
594
595
597
602
603
606
606
Сахарный диабет развивается из-за нарушений
синтеза инсулина или дефектов
в передаче его гормонального сигнала
Краткое содержание раздела
607
609
23.4. Ожирение и регуляция массы тела 609
Жировая ткань выполняет важную
эндокринную функцию
Лептин стимулирует образование пептидных
гормонов, снижающих аппетит
Лептин включает сигнальный каскад,
регулирующий экспрессию генов
Лептиновая система могла возникнуть
для регуляции реакции организма
на голодание
Инсулин тоже действует в аркуатном
ядре, регулируя питание и запасание
энергии
Адипонектин увеличивает
чувствительность к инсулину, действуя
через АМРK
AMPK координирует процессы
катаболизма и анаболизма в ответ
на метаболический стресс
Метаболический путь с участием
mTORС1 координирует рост клеток
с запасами питательных веществ
и энергии
Экспрессия генов, играющих главную
роль в поддержании массы тела,
регулируется рационом питания
Влияние грелина, PYY3–36
и каннабиноидов на краткосрочное
пищевое поведение
614
615
617
618
619
610
611
612
613
614
Стр.682
[682] Оглавление
Симбиотические микроорганизмы
кишечника влияют на энергетический
метаболизм организма и образование
жировой ткани
23.5. Ожирение, метаболический синдром
и диабет II типа
При диабете II типа ткани теряют
чувствительность к инсулину
Помочь больным диабетом II типа могут
диета, физическая нагрузка,
Краткое содержание раздела
621
622
623
623
Краткое содержание раздела
Ключевые термины
Вопросы и задачи
лекарственная терапия и хирургическое
вмешательство
Анализ экспериментальных данных
Источники иллюстраций
Предметно-именной указатель
625
627
628
628
631
633
636
Стр.683