ферментов дыхательной цепи. Рибофлавин в качестве главного компонента этих коферментов и ферментов встречается у всех живых организмов. Считается, что животные не способны его синтезировать и должны получать с пищей, т. е. он представляет собой витамин (В2). Растения и микроорганизмы синтезируют рибофлавин, который требуется животным. Образование витамина В2 дрожжами используется в промышленных масштабах уже на протяжении многих лет.

Есть сообщения об эндогенном синтезе рибофлавина у некоторых насекомых, например у таракана Periplaneta, однако, скорее всего, у них за этот синтез ответственны микробы-эндо-симбионты.

Несмотря на повсеместное распространение в природе, рибофлавин редко участвует в формировании внешней окраски живых организмов и никогда — у высших растений. Микроорганизмы, используемые для промышленного получения рибофлавина, могут окрашиваться им в желтый цвет, однако обычно они представляют собой искусственно полученные мутант-ные штаммы, для которых желтая окраска никакого значения не имеет. Иногда рибофлавин вносит свой вклад в желтую окраску у беспозвоночных, таких, как пиявки и черви, и может быть главным желтым пигментом наружных покровов голотурий Holothuria forskali.

Рибофлавин обычно накапливается в сетчатке глаза у позвоночных. Хорошим примером тому служат такие животные, как галаго (Gatago), у которого золотисто-желтые кристаллы рибофлавина составляют прозрачный отражающий слой, выстилающий сзади сетчатку. В глазах членистоногих рибофлавин в отличие от птеринов не обнаружен.

Общие свойства. Присутствие рибита, содержащего много гидроксильных групп, делает рибофлавин хорошо растворимым в воде. Флавиннуклеотиды, содержащие, кроме того, фосфатную, а в случае FAD и сахарную группы, еще лучше растворимы в воде. Свободный рибофлавин растворим в полярных органических растворителях, таких, как ацетон или спирты, но нерастворим в хлороформе. Он легко восстанавливается, а его восстановленная форма вновь легко окисляется. Это свойство используется при биологическом функционировании флавино-вых коферментов и в электрошранспортной цепи. (гл. 10). Восстановление происходит в две одноэлектронные стадии, т.е. через образование полухинонового радикала (6.22).

Светопоглощающие свойства. Рибофлавин имеет максимумы поглощения света при 223, 267, 373, 445 и 475 нм (рис. 6.3), и поэтому его раствор имеет ярко-желтый цвет. Сходство его спектра со спектром fi-каротина (гл. 2) приводило ко множеству недоразумений относительно того, какой из этих пигментов, содержащихся в очень малых количествах, является истинным первичным рецептором в ряде фотореакций (гл. 11).

3

УФ-излучение индуцирует сильную флуоресценцию рибофлавина в диапазоне 520—565 нм. В присутствии флавинну200 300 400 500 550

Длина волны, им

Рис. 6.3. Спектр поглощения рибофлавина при рН 7,0.

клеотидов и других ароматических структур, в том числе остатков ароматических аминокислот в белках, происходит тушение этой флуоресценции

6.2.6. Биосинтез пуринов, птеринов и рибофлавина

Биосинтез всех этих трех групп соединений происходит по одному и тому же основному пути; как птерины, так и рибофлавин синтезируются через пуриновые промежуточные продукты. Поэтому в приводимом ниже описании сначала представлен путь образования пурина гуанина, а затем описаны реакции, посредством которых гуанин (в виде гуанозин-9-три-фосфата, GTP) может превращаться либо в птерин, либо в рибофлавин.

Образование гуанина. Пурины гуанин (6.5) и аденин (6.4) входят в состав нуклеиновых кислот всех живых организмов. Поэтому их биосинтез был изучен очень подробно, и путь, по которому происходит образование пуриновой системы колец из небольших фрагментов, очень хорошо известен. Все живые организмы синтезируют свои пурины по одному и тому же пути (рис. 6.4).

Сборка пуриновой системы колец происходит на молекуле рибозо-5-фосфата (6.23). Сначала последний активируется в результате превращения в сс-5-фосфорибозил-1-пирофосфат (6.24), при участии киназы и АТР. Затем пирофосфатная группа (6.24) заменяется аминогруппой и образуется 5-фосфо-рибозил-1-амин (6.26). Источником аминогруппы является амидная NH2-rpynna глутамина (6.25). Этот азот составит первую часть пуриновой системы колец. В ходе этой реакции происходит инверсия конфигурации при С-1 рибозы. Появляющаяся таким образом р-конфигурация затем сохраняется на протяжении всего биосинтетического пути.

Затем к аминогруппе при С-1 фосфорибозиламина с помощью амидной связи присоединяется глицин (6.27). Для протекания этой реакции, продукт которой известен как глицина-мидрибонуклеотид (6.28), необходим АТР. Следующим этапом является перенос формильной (СНО) группы с кофермента метенил-Ы5_10-тетрагидрофолиевой кислоты (интересно, что сам этот птерин образуется по этому же пути) на свободную аминогруппу (6.28) в присутствии трансформилазы; при этом образуется формилглицинамидрибонуклеотид (6.29).

На этой стадии все атомы, которые войдут в состав имида-зольного кольца пуринового ядра, уже присоединены к фосфо-рибозе. Однако до того, как замкнется имидазольное кольцо, происходит перенос еще одного атома азота — опять от глутамина. Кислород глицинамидного фрагмента амида (6.29) замещается на NH-группу, которая в конечном итоге войдет в состав пиримидинового кольца пурина. И лишь у продукта этой реакции — a-N-формилглицинамидинрибонуклеотида (6.30) в результате процесса дегидратации, при участии АТР, происходит замыкание кольца. Имидазольное ядро образовавшегося таким образом 5-аминоимидазолрибонуклеотида (6.31) затем карбоксилируется путем присоединения С02 (при участии биотина) с образованием 4-карбокси-5-аминоимидазолрибонуклео-тида (6.32).

Второй атом азота пиримидиновое кольцо получает от аспа-рагиновой кислоты (6.33). Вначале аспартат присоединяется амидной связью к карбоксильной группе имидазола. Затем полученное сукцинокарбоксамидное производное (6.34) расщепляется и в составе имидазолкарбоксамидного продукта (6.35) остается лишь аминогруппа аспартата. Последний углеродный атом пуринового ядра дает формил-№°-тетрагидрофолиевая кислота; появляющийся при этом 5-формамидоимидазол-4-кар-боксамидрибонуклеотид (6.36) замыкается в кольцо с образованием первого пуринового продукта — инозиновой КИСЛУГЫ [IMP (6.37)].

(6.25) Глутамин"

®-о.сна о и АГр ®-о.сн2(Х н

AMP

Н и j

ОН ОН

Н

(6.23) Рибозо-5-ФОСФАТ

онЬн

(6.24) а-5-Фосфорибозил-1 -лирофосфат

со—[кй7

(СН2)2 CH.NH?I

соон

СООН I

(СН2)2 CH.NHO

I

соон

Глутаминовая кислота

НО OC.CHA.NHA

(6.27) Глицин

(6.26) 5-ФосфорибоЗИЛ.' 1 -амин

Метен ил-Ы5_10-ТГФ

®—О.СНА о NH[CO.CH2.NH2

ОН ОН

нн

(6.29) а-N-Формилглицинамид-рибонуклеотид

(6.28) Глицинамидрибонуклеотидн

н

н,с

.С.

О

CFTI Глутамин

I!

О

NH

1 ^

Рибоза—(Р)

N

Н-С^'^СН

I II

X. О [HNT NH

Рибоза—(Р)

АТР

НС

H2N"

СНN

Рибозэ — ®

(6.29)

(6.30) ft-N-Формилглицинамидин-рибонуклеотид

(6.31) 5-Аминоимидазол-рибонуклеотид

.с

^7"

Фумаровая кислота

Рибоза—®

СООН

I

сн2 О

I N

СН—NH—С I

СООН

H2N'

(6.33) Аспарагиновая кислота Биотин

СООН [СОг"

I

СН2

CHNHA

,N I Н оос к

\, СООН Х

СИ

сн /

H2NX

Рибоза—(?)

(6.35) 5-АминоимидаЗол-4-карбоксамидрибонуклеотид

(6.34) 5-Аминоимидазол-4№ сукцинокарбоксамидрибонуклеотид

(6.32) 4-«арбокси-5-аминоимидазол-рибонуклеотид

Рис. 6.4. Главные особенности пути биосинтеза гуанина и дргих пуринов.

о

,C--r-*N Формил —N

Я СН ТГФ I

Рибоза-®

(6.35)

О II

H>N IF YH

(ЩЁК /^N7 NH I

Рибоза — ®

(6.36) 5 Формамидоимидазол -4 -карбоксэмид-рибонуклеотидN

О

не.

HN/C"C

:N

СНC--N I

Рибоза -( (6.37) IMP

NAD* H20

О

HN'

CH

HJN''C^N"C^Ff/ H

Гуанин

О

I (6.25)

CH

HN'^C-'N^ глутамин

ATP

Рибоза-® (6.39) GMP

(начало см. на с. 234).

о

•C-N

II

HN

CH

/N

0^C^N I

H Рибоза—(?) (6,38) Ксантиловая кислота

Гуаниновая структура в виде гуанинмонофосфата [GMP (6.39)] образуется из IMP в результате двухстадийного процесса. Сначала в положение С-2 пуринового ядра нод действием ЫАО+-дегидрогеназы вводится кислород и образуется ксантиловая кислота (6.38). Затем введенный кислород замещается аминогруппой, происходящей из глутамина. Собственно гуанин освобождается путем расщепления нуклеотида GMP.

Образование птеринов. Птериновое производное — фолиевая кислота (6.16)—является витамином для многих животных, в том числе для человека, и должна поступать с пищей или от кишечных микроорганизмов. Поэтому биосинтез фолиевой кислоты у бактерий, в частности у Escherichia coli, исследован очень подробно. По этому же пути у животных синтезируются птерины, которые затем используются ими для формирования окраски.

Биосинтез птеринов является продолжением пуринового биосинтетического пути. Гуаниннуклеотид [GMP (6.39)] подвергается дальнейшему фосфорилированию до трифосфата [GTP (6.40)], 9-рибозотрифосфатная группа GTP используется для увеличения имидазольного кольца до пиразинового. Подробно последовательность реакций показана на рис. 6.5. (Примечание. Важно помнить, что схемы нумерации, используемые для пуринового и птеринового рядов, различны; см. разд. 6.2.2.) Сначала расщепляется имидазольное кольцо GTP

CMP 11.39) ПС-8]

UNCII.CII20-®-®-®

ХП-ПЮН-СПОП N11 I Z

СII'

\ /

сн—CH I I on oil

CII.CH20-®-®-®

о

OH Oil -ISU .CH—CH-CH2OH

H2NJ4N/4N.

OH OH

I

H

(6.42) Дигидронеоптерин (6.41) 7,8-Дигидромеоптеринтрифосфаг

Рис. 6.5. Механизм увеличения кольца при синтезе птеринов из пуринов.

H

\

\

и теряется атом С-8. Впоследствии место двух недостающих атомов пиразинового кольца, т. е. атомов птерина С-6 и С-7, займут углеродные атомы 1 и 2 трифосфорилированной рибо-зы. 2-Амино- и 4-гидрокси-(или кето-)заместители находятся на своем месте, так что первый птеридиновый продукт уже представляет собой птерин, а именно 7,8-дигидронеоптеринтри-фосфат (6.41). Последний