хомячка. Обе активны только в дефосфорилированном состоянии, тогда как протеинкиназная реакция их полностью инактивирует. Этот фермент считают ключевым при биосинтезе стеролов, так как он успешно конкурирует за субстрат с ферментами других метаболических путей.

Мевалоновая кислота дважды фосфорилируется по 8-гидроксильной группе. Донором остатков фосфорной кислоты в этих реакциях служит АТФ. Процесс ускоряется специфическими фосфотрансферазами:

сн3 СНз он

а в\ У Ь Мевалон&ткиивза I НООС—СН2—с—CHj— CHjOH -^" » HOOC—CH2— С—CHj—СН2—О—Р-=0

ОН АТ* *Д* ОН ОН

Мевалоновая кислота

СНз ОН ОН

-с—сн,—СН,—О—Р—О—Р—

НООС—сн,—с—сн,—СН2—О—Р—О—Р—ОН

I II II

ОН 0 0

Пирофосфомевалоновая кислота

Пирофосфомевалоновая кислота декарбоксилируется. Одновременно осуществляется реакция дегидратирования и образуется изопентенилпиро-фосфат:

402

ntr Лт» ли Пирофосфомевалоиат-

уи3 у" У" декарбоксилаэа

I I | (дегидратирующая)

., (нюос—сн*—с—сн2—СН,—О—Р—О—Р—ОН-у- «>.

V (он) о о д^ф АДФ

АДФ+Н3Р04

^------^

Пирофосфомевалоновая кислота

СН3 ОН ОН

-«•* СН,«=С—СН,—СН2—О—Р—О—Р—ОН + со,

II II

о о

Изопеитенилпирофосфат

Изопентенилпирофосфат при участии фермента—изопентеннлпирофосфат-изомеразы превращается в диметилаллилпирофосфат (см. с. 135).

Из двух вышеупомянутых соединений: изопентенилпирофосфата и диметил-аллилпирофосфата—и идет синтез стеролов. Сначала указанные соединения образуют геранилпирофосфат:

i-T-J-"--^, он он . он он

s -ч 1 у ,' \ Диметилаллил-

/СНд—С=СН—СН„-»-0—Р—О—Р—он + сн,=с-сн2—СН2—О-Р—О-Р—он -

1 Г /* II II И траисфераза

Ч сн3 s I о о сн3 о о

"----- I______________I

Диметилаллилпирофосфат Изопеитенилпирофосфат

(j)H ОН , ОН ОН

-но—р—о—р—он + снэ—с*=сн-ч:н24-сн2—С=сн-сна—о-р—о—р—он

I \ СНз ' к о о

Пирофосфат Геранилпирофосфат

Эта реакция ускоряется ферментом—диметилаллилтрансферазой, обеспечивающей перенос диметилаллильного радикала на раскрывающуюся двойную связь молекулы изопентенилпирофосфата. Одновременно выделяется пирофосфат, получающий атом водорода от близлежащей метиленовой группы. Этот же фермент катализирует реакцию переноса радикала геранила от геранил-пирофосфата к следующей молекуле изопентенилпирофосфата:

(CHj-C^H-CHj-l-CHj-C=CH-CHj-jO—р—о—р—он + CHj^C-icH-CH—о-Р—о-р-он Ч сн3 ' сн3 У \о о сн3/ 6 о

-______¦— ч. __

Геранилпирофосфат Изопеитенилпирофосфат

Дин талаллиа- ¦ он он

тр ясфераэа I _- I „

- -*-снэ—с=сн—сн2—j-CHj—с»=сн—сн2-1—сн—с=сн—сн2—о—р—О—р—он

Н4Р207

Пирофосфат

Фарнеэилпирофосфат

403

Указанные реакции трансалкшшрования поддерживаются сопутствующим гидролизом пирофосфата при участии пирофосфатазы:

ОН ОН

НО-Р-0-Р-ОН+Н20 II II О О

Пирофосфат-фосфогвдролаза

ОН

2НО-Р-II

О

I

он

Две молекулы фарнезилпирофосфата соединяются по месту присоединения пирофосфатных группировок с отщеплением последних. Источником атомов водорода при образовании молекул пирофосфата является НАДФН. Уравнение данной реакции можно представить в виде следующей схемы:

он он

Н(СН,—с=сн—сн,),—о—р—о- ' I Л сн3 о

он он

но—р—О—р—о—

Фарнезилпирофосфат

(сн2—сн=с-сн2)3н

СН,

I—ОН + НО—р-О о

Фарнезилпирофосфат

f НАДФН+Н"1"

у ( Сквалеисинтаза

if if 2НО—р—О—р—ОН-*^ V

I 1 ^НАДФ ОН ОН

CH3-C^H-CH2|cH2-C=tH-CH2icH2-C=CH-CH2iCH2-CH=C-CH2iCH2^H^-CH2+CH2-CH=C-CHj

СН3 CHj сн3 сн, сн3 сн3

Сквален

В результате реакции получается непредельный углеводород—сквален, составленный из 6 изопреноидных группировок. Процесс ускоряется сквален-синтазой, изучение которой затруднено ее тесной ассоциацией с эндоплазматической сетью и ее фосфолипидной составляющей. Однако выяснено, что при извлечении фермента из микросомальной фракции без применения детергентов (с использованием ультразвуковой дезинтеграции и т. п.) его М=450 ООО, а с использованием детергента—54500. Сквален-синтаза обладает двумя центрами связывания фарнезилпирофосфата, расположенными, возможно, на разных субъединицах.

Молекула сквалена легко принимает пространственную конфигурацию, близкую к пространственной конфигурации стеролов, и столь же легко окисляется по крайней двойной связи с образованием сквален-2, 3-оксида с помощью сквален-эпоксидазы, относящейся к подклассу моноксигеназ (см. с. 419).- Про-тонирование эпоксидной группы приводит к сдвигам электронной плотности в системе двойных связей сквалена и замыканию (показано стрелками) шести-членных и пятичленных циклов, характерных для стеролов. Схема указанного перехода скваленоксида в стерол представлена ниже:

сн

СН, сн3

Сквален-2,3-оксид

Ланостерол

404

Ёе особенность состоит в том, что при замыкании кольца С стерола неизбежно происходит переброска СН3-группы из положения 8 в положение 13 и элиминирование протона от 9-го углеродного атома цикла.

Так протекает процесс в эндоплазматической сети клеток печени. Что касается растений и других организмов, то циклизация сквален-2,3-оксида идет у них с помощью других циклизующих ферментных систем и с иными конечными продуктами, нежели ланостерол.

Путем преобразования ланостерола и других первичных продуктов циклизации возникают разнообразные индивидуальные стеролы, характерные для животного и растительного царства. Преобразование это многоступенчато; например, только удаление двух метальных групп при 4-м углеродном атоме кольца А (путем их окисления и последующего декарбоксилирования) осуществляется в 12 стадий.

Биосинтез стеридов протекает путем переноса остатка высшей жирной кислоты от молекулы ацил-КоА на место водорода ОН-группы стерола при каталитическом воздействии холестерол-ацилтрансферазы:

C15H31-CO~SKoA + PfY^ ( г^ТУ^ i + hskoa

Пальмитил-KoA Холестерол Пальмитохолестерид

Источником ацильных групп при биосинтезе стеридов может также служить фосфатидилхолин. Так, например, синтезируются холестериды лимфы и плазмы крови у человека при участии фосфатидилхолин-холестерол-ацид-трансферазы.

В заключение подчеркнем, что диметилаллилпирофосфат и изопеитенилпирофосфат служат универсальными исходными соединениями для биосинтеза ряда других полиизопреноидов—каротиноидов, каучука и т. п.

Обмен фосфатидов. Пути распада фосфатидов. Современные представления о путях распада фосфатидов в организме основаны главным образом на тщательном изучении превращений, которые свойственны фосфати-дам вне организма при воздействии на них теми или иными ферментами. Поэтому когда говорят о путях распада фосфатидов, то имеют в виду скорее возможные, чем действительные, пути их деструкции. Непосредственно в биологических объектах эти пути исследованы еще недостаточно. Однако известно, что время полужизни фосфатидилглицерина и дифосфатидилглицерина у бактерий составляет 1 и 2 ч соответственно, а период полужизни фос-фоинозитидов и сфингомиелинов в мозге крысы—12,5 и 40 суток соответственно.

Фосфатиды распадаются на составляющие их структурные единицы— высшие жирные кислоты, фосфорную кислоту, азотистые основания и глицерин—гидролитическим путем. Реакции гидролиза, приводящие к разрушению сложноэфирных связей в молекуле фосфатида, ускоряются ферментами— фосфолипазами, которые относятся к подклассу эстераз (класс гидролаз). В зависимости от того, гидролиз какой из четырех имеющихся в молекуле фосфатида сложноэфирных связей ускоряет фосфолипаза, ее характеризуют как фосфолипазу А, В, С или D (схема 11).

Из схемы видно, что фосфолипазы А, и А2 ускоряют реакцию отщепления а- и Р-ацильных радикалов в молекуле фосфатида; они характерны для животных и локализованы первая в эндоплазматической сети, а вторая—в

405

CHj-o-co-r'

ch-o-co-r" _„

CHj-o-p -o-CHj-CH-N^-СНз

cfV Nch3

Фосфатид (лецитин)

0=t-0-CHjCH7N-CH OH

Фосфохолнн CH2-0-CO-R'

сн-o-co-R'

CH2OH Диглицерид

HO-CHjCHj-N^CHj

N:h.,

HjO-

Липаза

CHjOH +R'COOH+R"COOH

СНОН Высшие жирные I кислоты

CH2OH Глицерин

HO-CHjCH-N^CHg'*'

^н

CHj-O-CO-R' CH-O-CO-R"

,/CH3 CHrO-p=0 CH-O-P-O-CHjCHj-N-СНз hoV

O О" XHg,

Лизофосфатид (лизолецитии)

НгО>^ |Фосфс~ Н20 1фосфатида1-

|V.R"COOH f^H3P04 ' Жирная ОН кислота

3 Фосфатидная кислота

СН^

CHjO-CO-R' СН3 CH-O-CO-Rj

СНОН о- сн3 сн-о-с

CH^P-O-CH^CHjN^CHa CHjOH

Холии

3

сн2он

СНОН он

СНг-0-Р=0 2 I он

Диглицерид

^2Н20 Липаза

CH2OH+R'CO0H+R СООН СНОН Высшие жирные

снзон кислоты

Глицерин

а -фосфог лиц9 рин Н20"^|фосфомоно-1 sctepaaa

СН20Н-СН(ОН)-СН2ОН + н3ро4 Глицерин

Схема 11. Пути распада фосфолипидов

митохондриях, образуя при гидролизе Р-ацил-лизолецитин и ос-ацил-лизолеци-тин соответственно. Фосфолипазы А могут секретироваться и присутствуют, например, в ядах змей. У животных есть также фосфолипаза В, действующая на обе связи. Путь распада фосфатидов, открывающийся действием фосфолипазы С, присущ микроорганизмам, а фосфолипазы D—растениям.

Наиболее детально изучены, включая первичные и вторичные (рис. 127, А) структуры, фосфолипазы А2 из ядов змей и других источников. При молекулярных массах в 11 ООО—15 ООО и минимум 4 дисульфидных мостиках они имеют активный центр, содержащий радикалы гистидина и аспарагиновой кислоты и работающий по схеме, характерной для ускорения гидролитических реакций (см. с. 332). Установлено также, что фосфолипазы функционируют в виде димеров, где одна субъединица осуществляет каталитический акт, а вторая— удаление отщепленного остатка высшей жирной кислоты (рис. 127, Б).

406

H,N

ю и

^СТрат" ^"нитр^1^ ^продукты

95 100 AAAAAAAAJL*-M

75 НООС

115 НО VJkA^ Л П

в-спираль д-изгаб р-споч г

Рис. 127. Гипотетическая схема .гадролиза фосфатидов фосфолипазой А2 из яда среднеазиатской кобры:

А—вторичная структура фосфолипазы А2; схема гидролиза—на 1-й ступени реакции (к4) возникает фермент-субстратный комплекс, в котором ацильная группа при а углеродном атоме остатка глицерина располагается в субстратном центре, а остаток фосфорной кислоты с присоединенным к нему азотистым основанием—в каталитическом центре фосфолипазы А2 На 2-й ступени (к2) к фермент-субстратному комплексу присоединяется вторая молекула фермента, связывающая в своем субстратном центре ацильный радикал при 0-углеродном атоме остатка глицерина молекулы фосфатида. На 3-й ступени реакции (fcj) осуществляется гидролиз сложноэфирной связи при в-углеродном атоме и удаление из зоны реакции ацильного радикала высшей жирной кислоты. На 4-й ступени (к4) днмер фосфолипазы А2 распадается: с одним из протомеров остается связанным а-лиэофосфатид, с другим—высшая жирная кислота. На 5-й ступени (к,) высвобождаются конечные продукты реакции

Особо следует подчеркнуть, что действие фосфолипаз на мембраны субклеточных частиц несомненно приводит к существенным сдвигам в функциональной активности последних. Этой роли фосфолипаз в обмене веществ и его регуляции придают в последнее время все большее значение.

Дальнейший обмен продуктов распада фосфатидов—высших жирных кислот и глицерина, был освещен ранее. Поэтому рассмотрим здесь лишь последующие превращения холина.

Одной из важнейших реакций, в которую вступает холин, по крайней мере, в нервной ткани животных, является реакция его ацетилирования. Источником ацетильной группы при этом служит ацетил-КоА, сама реакция ускоряется специфическим ферментом—холин-ацетилтраисферазой:

X}

„" ___ + Холинацетилтраисферам

СНз-С + HO-CHt-CHa-N (CH3)» - .

^S—КоА Холин Ацетнл-коэнзнм А

--снэ-с^°

xO-CHf-CH1-N(CH,)3 + HSKoA Ацетилхолин Коэнзим А

Ацетилхолин физиологически активен, так как он участвует в передаче нервных импульсов. Именно поэтому, видимо, фосфатиды, в частности холин-фосфатиды. являются непременной составной частью нервной ткани.

Другой реакцией, имеющей существенное значение в обмене веществ, считают реакцию окисления холина в бетаин, который, в свою очередь, служит отличным донором СН3-групп в реакциях трансметилирования (см. с. 170):

407

H3cv Холии- H3CV jy

X + дегидрогеназа > +__

HjC-^N—сн2—сн2—он —7я—"S"—*" H3c—N—CH2— HjCT r \ H,C' H i.

ФАД ФАД H2

Холин Бетаинальдегид Н3СХ sP Бетаинальдегид- Н3СЧ

н3с-У^н*-с; + нао де"Тге^' , h3cV^ch2-coo- + н+ -н3с' чн / \ h3c^

Бетаинальдегид HA^+ НАДН+Н+ Бегаии

Бетаин, вступая в реакцию трансметилирования с гомоцистеином, образует метионин:

'4H3Ci ^—0\ Бетаии-гоноцистеин-

"" \+ t >_V„ ~.. _„ ___ метилтраисфераза

Н3С—N—СН2—coo + '4H)S—сн2—сн2—сн—соон --——-

/ ' - ' i

Nh2

Бетаин Гомоцистеин H3Cv

—*¦ N—СН2—СООН + Н3С—S—СН2—СН2—СН—СООН

"з^ Г,Н2 N,N-Диметилглицин Метионин

Как было указано выше, метионин в виде S-аденозилметионина является универсальным источником метальных групп в реакциях трансметилирования (см. с. 270).

Не исключено, что диметилглицин теряет оставшиеся две метальные группы при атоме азота и превращается в глицин.

Механизм биосинтеза фосфатидов. Как и во многих ранее отмеченных случаях, биосинтез фосфатидов протекает совсем иным путем, чем обращение реакций их гидролиза. Первые стадии биосинтеза фосфатидов совпадают с таковыми синтеза триглицеридов. Все идет одинаково вплоть до образования фосфатидной кислоты, а из нее—диглицерида. Однако дальше в случае биосинтеза фосфатидов на свободную ОН-группу диглицерида присоединяется остаток фосфохолина, который переносится из состава цитидиндифосфат-холина (ЦДФ-холин) (см. верхнее уравнение реакции на с. 409).

Указанный путь биосинтеза фосфатидов был открыт Е. Кеннеди и С. Вей-сом (1956). Реакция ускоряется специфическим ферментом—ЦДФ-холин-1,2-диацилглицеролхолинфосфотрансферазой, локализованной в цитозоле (М=200 ООО) и олигомеризующейся в присутствии диацилглицеринов с семикратным возрастанием активности, которая таким образом саморегулируется. Аналогично этому идет перенос остатка фосфоэтаноламина с ЦДФ-этанол-амина на диглицерид при участии также специфического фермента. Следовательно, такой путь биосинтеза вполне обоснован для лецитинов (холинфос-фатидов) и кефалинов (коламинфосфатидов).

Возникает вопрос, каким же образом синтезируется в организме столь сложное соединение, как ЦДФ-холин? Механизм его биосинтеза таков (см. нижнее уравнение реакции на с. 409).

ЦМФ, взаимодействуя с АТФ, переходит снова в ЦТФ и, соединяясь с фосфохолином, опять образует ЦДФ-холин. Следовательно, ЦДФ-холин выполняет в этом процессе каталитическую функцию, перенося остатки фосфохолина на диглицерид. Если сравнить этот процесс с синтезом олиго-

.408

АТФ АДФ

HO—СН2—СН Холин

,_N CHj Хсл^<> но-р-о-сн2-сн-N-сНз ; Чсн, Д хсн5

Холиифосфат

СН3

HjC4 j^-СНз + НО—Р=0 1 +

с:н2 сн2

О

I

НО—Р—ОН

О

о

Холинфосфат

Н2—С Н2—N—С Н3

0 он сн*

1 i

о—Р—О—Р—о—СН2

I I

NH,

он Он

Цитидинтрифосфат Пирофосфат

ЭН ОН Цитидиндифосфатхолии

+/сн3

CH2-CHa—N-CH3

о

I т

:н—о—со—R, + "о—р—о—р—о-сн, .о.

СН2—О—СО—R,

NH2

CHj—ОН

"ул.

Диглицерид

он ОН Цитидиндифосфатхолии

Холиифосфотраис-_фераза ¦

(ЦДФхолии: 1,2-диацил-гл