Курс органической химии - Каррер П.
Скачать (прямая ссылка):
Л) Свн10О4 (Р03н2)2 -->- н2о3росн2снонсно н2о3росн2сссн2он
гексозодифосфат фосфат глицеринового фосфат диоксиацетона
альдегида
Фосфат глицеринового альдегида и фосфат диоксиацетона способны обратимо превращаться друг в друга под влиянием фермента «изомеразы» (называемого также фосфотрнозо-изомеразой). Равновесие сдвигается в сторону образования фосфата глицеринового альдегида по мере того, как это соединение подвергается дальнейшим превращениям. у
Во второй стадии брожения происходит окисление фосфата глицеринового альдегида под влиянием специфического фермента, активная (простстическая) группа которого называется козимазой (Ко), а также коэнзимом I или кодегидразой I; протеиновая часть этого фермента (Пр. I) была выделена Варбургом в кристаллическом виде. Однако окислению подвергается не сам фосфат глицеринового альдегида а промежуточно образующийся нестойкий дифосфат глицеринового аль-
Спиртовое брожение
121
дегида а (по-видимому, 1,3-дифосфат глицеринового альдегида), причем образуется дифосфат глицериновой кислоты б, а затем, после выделения одной молекулы Н3Р04, — фосфат глицериновой кислоты (фосфоглицериноваякислота)е:
/ОР03н0 _н ,0Р03н2 ,на0 Б) н,03Р0СН„СН0НСН< " -—-> Но03росн,снонс/ -
а б
—> н203роснаснонсоон + н3ро4 • -
в
При этом процессе дегидрирования козимазная группа (Ко) окисляющего фермента (Ко • Пр. I) отнимает от гидратной формы дифосфата глицеринового альдегида [обозначаемого в нижеследующем уравнении символом Гл.(Н2)] два атома водорода [напечатанные в формуле (а) жирным шрифтом] и превращается в дигидрокозимазу [Ко( ЬЬ)]:
В) Гл. (на) 4- Ко • Пр. 1 —> Гл. 4- Ко (н2) • Пр. 1
Получающаяся по уравнению Б р-фосфоглнцернновая кислота сначала превращается в а-фосфоглицерпновую кислоту, а затем под влиянием фермента енолазы (который может быть выделен в кристаллическом виде) образует фосфопировиноградную кислоту, переходящую при гидролизе в пировиноградную кислоту (уравнение Г). Как было уже довольно давно показано работами Нейберга, пировино-градная кислота образуется в качестве промежуточного продукта и может быть выделена из бродящих растворов. При действии фермента к а р б о к с и л а з ы пнровииоградная кислота распадается на а ц е т-альдегид и двуокись углерода (уравнение Д):
Г) сн20Р03Н2 СНаОН СНа СН:,
¦з
снон --> сноровН, еио";°а-* соро3н2 -^-> со +Н3Р04 соон соон соон соон
р-фосфоглицериновая а-фосфогли'дериновая фэсфопиро- пирэвнноград-
кислота кислота виноградная ная кислота
кислота
Образующийся согласно уравнению Д ацетальдегид Д) сн3сосоон ~> сн3сно + соа
восстанавливается, наконец, до этилового спирта (уравнение Е). Необходимые для восстановления два атома водорода предоставляются образовавшейся по уравнению В дигидрокозимазой, которая при этом снова превращается в козимазу и опять может быть использована для нового дегидрирования по уравнению В:
Е) сн3сно -1- Ко (н3) • Пр. 11 —» сн:!сн„он -|- Ко • Пр. II
Согласно исследованиям Негеляйна и Варбурга протеин Пр. II, связанный с гидрированной козимазой, когда она реагирует по уравнению Е, отличается от того протеина Пр. I, который участвует в процессе окисления, выражаемом уравнением В. Таким образом, козимаза и ее восстановленная форма могут соединяться либо с протеином I (образуя окисляющий или дегидрирующий фермент), либо с протеином II (образуя восстанавливающий фермент).
122
Гл. 4. Одноатомные гидроксильные функции
В настоящее время стало известно строение активной группы кознмазы, и поэтому приведенные выше уравнения можно написать н виде структурных формул (стр. 895). Здесь следовало лишь показать, как совместное действие многочисленных ферментов управляет течением процесса спиртового брожения.
Выяснено также строение активной группы карбоксилазы, необходимой для брожения (уравнение Д), а именно кокарбокснлазы. Она является пирофосфорным эфиром витамина В|, аневрина (стр. 893).
Описанная выше схема брожения дает удовлетворительнее объяснение тому факту, что при нормальных условиях брожения этиловый спирт и двуокись углерода образуются примерно в эквимолекулярных количествах (по 2 моля из 1 моля глюкозы). Кроме того, с помощью этой схемы можно объяснить, почему в бродильном сусле всегда содержится в качестве побочного продукта небольшое количество глицерина (около 3%). Действительно, глицерин может образоваться в результате восстановления либо фосфата диоксиацетона, либо фосфогли-церальдегнда и последующего выделения остатка фосфорной кислоты, причем донором водорода и в этом случае является восстановленная козимаза. Как было впервые показано Нейбергом, Конштейном и Лю-деке, количество глицерина возрастает при прибавлении к бродящей жидкости бисульфита, связывающего ацетальдегпд (или при прибавлении 1\а2503, превращающегося в бисульфит при действии С02). Это связывание ацетальдегпда непосредственно перед последней стадиен брожения приводит к тому, что активный водород, который при нормальном течении процесса должен был использоваться на восстановление ацетальдегида, соединяется с половиной молекулы сахара (т. е. с триозофосфатом или дефосфорилированпыми трнозами, диоксиацето-пом и глицериновым альдегидом), восстанавливая ее до глицерина:
