3. Клеточное дыхание
3.2 Вездесущий ацетил-КоА
Если мы посмотрим на то общее, что образуется в результате расщепления любого вида "топлива" в нашем теле, то это будет ацетил-КоА. Когда мы говорим "ацетил-КоА идёт по тому пути" или "ацетил-КоА идёт по этому пути", мы имеем в виду, что по пути на самом деле идёт ацетильная группа. КоА, или кофермент А — это просто переносчик, доставляющий ацетильную группу из одного места в другое. Вообще же, кофермент (коэнзим) — это молекула небелковой природы, соединяющаяся с определенным белком, в результате чего образуется биологически активная молекула фермента.
Ацетильная группа — это производное ацетата (уксусной кислоты). Можно представить, что ацетат у нас едет пассажиром на поезде под названием КоА:
Если посмотреть на структуру кофермента А, то мы увидим в ней пантотенат, то есть витамин B5. Отсюда важное значение этого витамина в метаболизме энергии. Ещё кофермент А содержит АДФ, аденозиндифосфат. Зачем? Биохимики сами не знают. Это, своего, рода загадка природы. Наличие АДФ характерно и для других переносчиков энергии. Есть гипотеза, что это рудиментарный орган переносчиков; подобно гипотезе, что аппендикс у человека — это след далекой эволюции.
На противоположном конце кофермента А мы видим атом серы, именно к нему будут "прицепляться" любые пассажиры, которых может перевозить этот кофермент. Сейчас мы говорим про случай, когда он перевозит ацетильную группу. В правой верхней части рисунка показана пространственная модель кофермента А с "посаженной" на него ацетильной группой. Сразу бросается в глаза, что эта группа крошечная по сравнению с самим КоА. Вообще, это логично, ведь поезд должен быть намного больше пассажира.
КоА может перевозить разные вещи. На следующем рисунке внизу показано, что любая
карбоновая кислота может быть "пассажиром" на коферменте А. Карбоновая кислота содержит карбоксильную группу, то есть группу, где атом углерода (C) образует двойную связь с атомом кислорода (O) и с группой OH. Связывание карбоновой кислоты с коферментом А происходит путём
дегидратации (дегидратационного синтеза), то есть отщепления у кислоты воды. Когда вы отбираете OH-группу у карбоновой кислоты, то остаток называется
ацильной группой.
В результате дегидратации OH-группа соединяется с атомом водорода сульфгидрильной группы (SH) кофермента А и образуется вода. А всё, что осталось, называется ацил-КоА.
Итак, уксусная кислота может соединиться с коферментом А и мы получим ацетил-КоА. Если мы подвергнем эту связь
гидролизу (снимем пассажира с поезда), то водород из воды снова образует SH-группу кофермента А, а OH-группа вернется на свое место с образованием карбоксильной группы уксусной кислоты.
Дальше, при разборе метаболизма жирных кислот, мы увидим, что, например, пальмитиновая кислота (которая также является карбоновой и содержит 16 атомов углерода) тоже может соединиться с КоА путём дегидратации. В этом случае продукт реакции будет называться пальмитоил-КоА. Как и в случае с ацетил-КоА, это всё специфичные формы ацил-КоА.
В реальном метаболизме, мы, конечно, не связываем саму уксусную кислоту с коферментом А. Обычно, путем сложных метаболических преобразований, мы "выдираем" двух-углеродные блоки из глюкозы, или из жирных кислот или из определенных аминокислот. И по факту у нас нигде свободный ацетат не плавает. Просто из одного промежуточного продукта метаболизма он сразу оседает на коферменте А с образованием ацетил-КоА.
И это хорошо, поскольку ацетат очень летучий. Вспомните свою реакцию, когда открываете бутылку с обычным 6% столовым уксусом. Уксусная кислота начинает немедленно испаряться и вы чувствуете резкий запах. Если взять концентрацию побольше (70% эссенцию или лабораторную 100% кислоту), то запах будет совсем ужасным. Если открыть тайком бутылочку с эссенцией в одном конце комнаты, то практически сразу в другом конце вас уже "заподозрят". Итак, уксусная кислота очень летуча. Почему?
Одна из причин состоит в том, что молекулы уксусной кислоты весьма миниатюрны. Телу это удобно, поскольку в этом случае их легче разогнать в любой среде (клетке, крови) приложив лишь немного энергии. Здесь всё довольно очевидно. Что легче разогнать — арабский мячик, шар для боулинга или диван?
Вторая причина летучести уксусной кислоты происходит из прочих её химических характеристик. Так или иначе, нам нужно как-то справиться с этой летучестью, "приземлив" кислоту. А теперь вспомним про наш поезд — кофермент А и первый рисунок. Поезд выглядит огромным и тяжелым по сравнению с ацетильной группой. Так что одно из преимуществ прицепления ацетильной группы к КоА — предотвращение её летучести. Если бы не это, то не избежать проблем. Во-первых, если весь ацетат будет быстро испаряться через лёгкие в атмосферу, то мы будем всё время уставать, так как не сможем получить достаточно энергии. Во-вторых, социум. Если от вас будет всё время нести уксусом, то мало кто захочет быть рядом. Ну и наконец, кофермент А направляет ацетильную группу прямиком в последующие стадии метаболизма, а также содержит специальные структуры, облегчающие передачу энергии, но об этом поговорим позже.