тимыми и играют роль не только в образовании азотсодержащих соединений, но и в выводе азота из органических молекул, если они подлежат дальнейшей деструкции в биоэнергетических целях или должны использоваться как сырье для синтеза других, не содержащих атомов N, классов органических молекул. Так, уже говорилось, что аминокислоты в определенных физиологических ситуациях могут использоваться для биосинтеза' Сахаров путем глюконеогенеза. Для этого необходимо удаление аминогрупп,! которое достигается путем реакции переамннированпя с а-кетоглутаратом. Удаление аминогруппы из образующегося глутамата может происходить путем обращения глутаматдегидрогеназной реакции.

Происходящее при этих процессах накопление аммиака не может продолжаться неограниченно вследствие токсичности повышенных концентраций ионов аммония. Поэтому в условиях ивбытка ионов аммония должен существовать путь вывода избыточных солей аммония из организма. У млекопитающих это осуществляется путем превращения их в мочевину в специальном цикле мочевины, схема которого приведена на рис. 109.

Аммиак в цикл мочевины поступает в виде аминогруппы аспартата, который может образовываться по реакции (IX.38), и в виде карбамоилфосфата, образующегося по реакции

NH* + С02 + 2 PPP-Ado

NH2CO-OP03~+ 2PP-Ado + НРО3"

(П. 39)

катализируемой карбамоилфосфат синтетазой. В цикле в качестве регенерируемого компонента принимает участие аминокислота орнитин (138), которая не относится к числу аминокислот, формирующих белки, но является важным компонентом азотного обмена. Цикл состоит из следующих четырех реакций:

1) перенос карбамоильного остатка от карбамоилфосфата на 6-аминогруппу орнитина с образованием аминокислоты цитруллипа (139)

"OOC-CHfNHjlCHjCHjCHiNH* + NHjCO-OPO^ —-138

(П.Щ

OOC-CH (NHj) CH2CH?CH2-NHCNH2+ HPO^" 139 О

который катализируется ферментом орнитин карбамоилтрансферазой;

2) взаимодействие цитруллипа с аспартатом с образованием аргининосукцнна-та (140), сопряженным с гидролизом АТФ до АМФ и пнрофосфата

"OOC-CH(NH3)CH2CH2CH2-NHt^NH2 + PPP-Ado + -00С—CH(NH3)CH2COO- —-

О

— -00С—CH(NH*)CH2CH2CH2—NH—С—NH2 + P-Ado + РР; (ШЛ1)

?

I

"OOC-CH-CHj-COO" Щ

которое проходит с участием фермента иршпии о сукцинит сиитетази;

3) отщепление фумарата от аргнипносукцината, катализируемое аршииносук-цинат лиазой и приводящее к образованию аргинина:

-OOC-CHfNH^ )CH,CH,CH,-NH-C-NH, --

3 2 2 2 Ц 2

N I

-оос-сн-сн2-соо_

-00C-CH(NHt )ch,ch,ch,-nh-c-nh, + _оос-сн=сн-соо-

NH,

(??2)

4) гидролиз аргинина с помощью фермента аршнази, приводящий, к отщеплению мочевины и регенерации орпптпиа:

~00C-CH(NHt )сн2сн,сн-NH-C-NHj+HjO — "оос-сн (NH, ]сн,снгснгNH^+ NHjCONH,

NH, {Я.»)

Как и в случае цикла трикарбоновых кислот, некоторые из компонентов, функционирующих в цикле мочевины, могут расходоваться в других биохимпчес-

388

ких превращениях. Очевидно, например, что часть аргинина может использоваться в биосинтезе белков. Поэтому необходимо пополнение запасов компонентов цикла.

Основным путем является биосинтез орнитииа из глутамата, который проходит в результате трехстадийного превращения:

1) фосфорилирование -?-карбоксилыюй группы глутамата с образованием ?-глутамилфосфата

-0аСС][2СН2С11(М1*)С00" + PPP-Ado -+

/ (IX.44)

-¦ 2-ОзРОСОС1[2С112С11(М1рСО0- + PP-Ado

при участии фермента глутамат кинази;

2) восстановление 7-глутамплфосфата с помощью NADP - ? при действии фермента ыутаматсемиалъдегид дешдрогеназы:

2-03P0C0CH2CI[2CII(Nl[J)C00- + NADP - ? (+"^ »

(??.45)

-¦ ПРОЗ- + HC0CII2CII2C1I(NII*)C00- + NADP*

3) переаминирование семиальдегида с глутаматом с образованием орнитина, катализируемое орнитин амииотрапсферазой:

-00CCH(NH*)CII2CII2C00- + 1[С0С112С112СН(М1*)С00- -¦

(IX.46)

-» -00СС0С][2СН,С00- + NH*CI[2CH2C1I3CII(N]I*)C00-

Помимо расходования аргинина из числа процессов, уводящих циклически работающие компоненты, следует упомянуть расходование орнитина на образование группы аминов, принимающих участие в нейтрализации отрицательных зарядов нуклеиновых кислот. Простейший из них — пушресцин (14J) — образуется путем декарбоксилирования орпптпиа при действии фермента орнитин декарбок-силазы:

NH*CH2CH2C1I2C1I(NI[*)C00- (+И^ > NII*CII2CII2CII2C]I2NH* + С02 (IX.47)

141

Путресцин может подвергаться ал кпл пропан ню З-амппопроппльпым остатком, донором которого служит 5 -дезоксп-з -адепозил(3-амппопропил)-метплсуль-фоний (142), образующийся при действии фермента аденозиллгетионии декарбок-силазы на S-аденозилметионин:

389

сн3 сн3

"*?~~с|н2 о Ade +s—сн2

ЬС/ — +c°2 ?

сн2 он он сн2 5н~5н

nh3-ch-coo- nh^-ch

13 v-n2

При взаимодействии этого алкилирующего реагента с путресцином, катализируемым спермидин синтазой, 'образуется спермидин (143):

NrilCHjl^NH*+ S—CH,0 Ade -> ??,???,? NH2(СН2)3 ??3 + CH3-S-CH2 Ade

nh3 fiToH X^lH

а при повторном действии того же реагента на спермидин при участии фермента спермин синтазы образуется спермин (144):

nh3(ch2)3nh2(ch2)4NH2(ch2)3nh3

т

9.5. БИОСИНТЕЗ И ВИОХИМИНКСКИЙ ПРЕВРАЩЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ

Двадцать аминокислот, из которых на рибосомах формируются новые полп-пептидные цепи, т.е. создается весь набор свойственных данному живому организму белков, являются важнейшими компонентами всех живых организмов и должны поставляться в значительных количествах. Растения и большая часть микроорганизмов способны производить весь набор аминокислот и, следовательно, располагают набором всех ферментов, необходимых для их биосинтеза. У животных, аналогично тому, как это имеет место в случае коферментов и кофакторов, часть ферментов, необходимых для биосинтеза аминокислот из простых и доступных предшественников, отсутствует, в связи с чем некоторые аминокислоты должны быть получены ими с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми. К их числу относят триптофан, фепплалаипп, валпп, изолейцин, лейцин, метионин, лизин, аргинин, гистндпп и треонин. Строго говоря, к этой же категории следовало бы отнести цистеин и тирозин, поскольку пути их биосинтеза у этих организмов из доступных предшественников отсутствуют. Однако в продуктах питания их присутствие не стол ?, обязательно, так как цистеин может легко образовываться из незаменимого мстнопппа, а тирозин — из незаменимого фенилаланина. Аргинин является незаменимой аминокислотой лишь в период интенсивного роста организмов, когда он необходим в особенно больших количествах. Умеренные потребности в аргинине у животных могут обеспечиваться за счет функционирования цикла мочевины. 390

сн,сосоо~

ch.chcoo" i

nh,»

III

"ООССН ^НСОО--^1**

фумарат _ООССОСН,СОО"

оксалоацетат

^OOCCHCHjCOO-l-^-^PoOCCHCHjCOMH,"!

I

NH.

I АТФ

L аспартат I

NH,

j___а?парагнн

!NH4+ с;

NHj+,---------

-OOCCOCH,CH,COO--•^OCCHCHJCH1COO"r^-»fOOCCHCH,CH1CONH1 I

1 1 naoh I ? 5 I АТФ I I I

I NH,- I J NH,' J

а-кетоглутарат

l^ глутамат___ J

АТФ I NADP-H О

I глутамин

I

ch,

-oocchch^cc*" —-ooc-cii «>i^iiiiooc-ci CH

?

\n^ch

nh/

1

chj

["oocchch,ch,ch2nhc-nh,p*- — -»-~oocchch,ch,ch,nh,*

? I и ? ?

I nh,* nh, * i nh,'

I

орннтчй

"oocchohch,opo,>--^^vooccoch,opo,,-:

?

IV

3 — фосфоглнцерат

:oocchch,opo,j-

I

nh,»

фосфосернн

I

^ лролин__?

,----------,

-a»oocchch,oh ?

j ??,' !

' ? I _ _.ceRuH____J

r:::i:::n

I ¦nh,ch,coo |

I глицин !

Рис. 110. Общая схема биосинтеза заменимых аминокислот:

J — пе|<|'амини|)Ование с глутаматом; — реакции цикла мочевины; А — восстановление пирролин-б-Kapooticii. ?;..!;?

Наряду с ферментами для биосинтеза аминокислот живые организмы располагают системами ферментов, обеспечивающими деструкцию аминокислот в биоэнергетических целях. Кроме того, многие аминокислоты наряду с их включением в состав белковых молекул необходимы для синтеза пизкомолекулярных соединений небелковой природы. В связи с этим в данном параграфе рассматриваются три аспекта метаболизма аминокислот: пути их биосинтеза, пути их деструкции и некоторые важнейшие направления использования аминокислот для производства других пизкомолекулярных компонентов живых организмов.

Отдельные аспекты биосинтеза заменимых аминокислот уже рассматривались в предыдущих разделах курса. Полностью заменимыми являются восемь аминокислот: аланин, аспартат, аспарагнн, глутамат, Глутамин, серии, глицин и про-лин. Общая схема их синтеза представлена па рис. HU. Исходными, не содержащими азота, соединениями для них являются компоненты гли кол ???? ? ческой цепи — пируват и 3-фосфоглпцерат — и компоненты цикла трикарбоновых кислот — а-кетоглутарат, фумарат и оксалоацетат. Введение аминогруппы в глутамат и аспартат происходит в результате глутаматдегидрогепазпой реакции (IX.37) или в

•ин

результате присоединения аммиака к фумарату по реакции (IX.38). Acnap-i также может образовываться в результате переамипирования из оксалоацетата с использованием в качестве донора аминогруппы глутамата по реакции -00C-CUCU2C00- + -0CC-CII(NII+)C1!2CH,CQU- ;=±

(IX.50)

-00C-CII(NH*)C1I2C00- + -00С-С0СН2С'Н2С00- .

катализируемой аспартат аминотрансферазой.

Из глутамата и аспартата в реакциях, катализируемых соответственно глу-тамин синтетазой [см. реакцию (IX.36)] и аспарагин синтетазой по реакции -00C-C]I(NllpCll2C00- + N1IJ + PPP-Ado

(IX.51)

-> 00C-CH(NlIpCII2C0NH2 + P~Ado + РР,

образуются глутамин и аспарагин.

Глутамат является также источником пролина, синтез которого осуществляется в цепочке реакций, представленной на рис. ПО и состоящей из ферментативного восстановления 7-карбоксильной группы глутамата с помощью NADP-II и при участии АТФ, последующей самопроизвольной циклизации образовавшегося семиальдегида до 5-пирролннкарбоповой кислоты и, наконец, восстановления пирролинового кольца до пирролидипового с помощью NADP-II, катализируемого пирролин-5-карбоксилат редуктазой.

Алании образуется в реакции переаминироваппя из пирувата (см. § 4.2) с участием аланин аминотрансферазы. '

Серин образуется из З-фосфоглпцерата в результ