КАРБОКСИЛИРОВАНИЕ

Карбоксилирование — реакция присоединения к органическим веществам двуокиси углерода CO₂ с образованием карбоксильной группы — COOH; занимает одно из центральных мест в обмене веществ и круговороте углерода в биосфере. Противоположный процесс носит название высокоэргических соединений (см.). Ферменты, катализирующие Карбоксилирование, называются карбоксилазами.

Карбоксилазы широко распространены в живой природе, они обнаружены у растений, микроорганизмов и животных. Все карбоксилазы содержат ковалентно-связанный биотин (см.), который и подвергается карбоксилированию углекислотой (точнее бикарбонат-ионом HCO₃^-), превращаясь в карбоксибиотин; именно на этой стадии используется энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ. Затем происходит перенос COOH-группы с карбоксибиотина на второй субстрат фермента. При недостатке биотина (авитаминозе H) реакции К. в организме нарушаются, что сказывается в первую очередь на обменных процессах, протекающих в коже.

Реакция Карбоксилирования пировиноградной к-ты (пирувата) с образованием щавелево-уксусной к-ты (оксалоацетата) катализируется пируваткарбоксилазой (пируват: CO₂-лигазой; КФ 6.4.1.1) и является первой стадией глюконеогенеза, т. е. синтеза глюкозы из пировиноградной к-ты. За счет К. пирувата происходит также пополнение фонда оксалоацетата, необходимого для функционирования цикла Трикарбоновых к-т (см. Трикарбоновых кислот цикл); этим путем может происходить фиксация углерода углекислоты в структурнофункциональных компонентах клетки в процессе использования веществ цикла Трикарбоновых к-т для синтеза аминокислот, гема и др.

Ацетил-КоА — карбоксилаза (малонил-КоА — синтетаза; КФ 6.4.1.2) катализирует превращение остатка уксусной к-ты, связанной с КоА, в остаток малоновой к-ты. Образующийся при этом малонил-КоА служит источником большинства углеродных атомов жирных к-т в процессе их биосинтеза; COOH-группа остатка малоновой к-ты в этом процессе отщепляется и, следовательно, углерод углекислоты в жирные к-ты не попадает.

Пропионил-КоА — карбоксилаза (КФ 6.4.1.3) катализирует превращение остатка пропионовой к-ты, связанной с КоА, в остаток метилмалоновой к-ты. Эта реакция аналогична предыдущей.

Некоторые реакции Карбоксилирования у растений и других аутотрофных организмов имеют гораздо более широкое значение: они образуют главный путь, через который поток углерода атмосферной углекислоты направляется в органические вещества аутотрофных организмов и биосферы в целом. В процессе фотосинтеза (см.) у растений такой реакцией служит К. рибулозо-1,5-дифосфата с образованием двух молекул фосфоглицериновой к-ты. Фермент рибулозодифосфаткарбоксилаза (рибулозодифосфаткарбоксидисмутаза; КФ 4.1.1.39) в больших количествах содержится в хлоропластах растений.

У ряда растений и фотосинтезирующих бактерий фиксация CO₂ осуществляется путем К. фосфоенолпирувата с образованием оксалоацетата и катализируется фосфоенолпируваткарбоксилазой (КФ 4.1.1.31).

В клинической практике определение активности ферментов, катализирующих реакции Карбоксилирования в тканях и биологических жидкостях, пока не производится.

См. также Обмен веществ и энергии.

Библиография: Кондратьева E. Н. Фотосинтезирующие бактерии, М., 1963, библиогр.; Ленинджер А. Биохимия, пер. с англ., с. 112, М., 1974; Рубин Б. А. и Гавриленко В. Ф. Биохимия и физиология фотосинтеза, М., 1977; Moss J. a. Lane М. D. Biotin-dependent enzymes, Advanc. Enzymol., v. 35, p. 321, 1971, bibliogr.

А. Я. Николаев.