Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

Автор А.Уайт, Ф.Хендлер, Э.Смит, Р.Хилл, И.Леман

х выше соединений; кроме того, о« участвует в рассмотренной выше глутамат-синтазной реакции. Сопряжение глутаматсинтазной реакции с синтезом глутамина и различными реакциями переамипирования

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ I 841

(разд. 20.3.2) является главным путем АТР-зависимого необратимого синтеза практически всех аминокислот.

глутаматсннтаза

глутамин + ?-кетоглутарат + NADPH + Н+--*"

-*- 2 глутамат -f- NADP+

глутаминсинтетаза

глутамат + АТР + NH3--»- глутамин + A DP -f- Pj

аминотрансфераза

глутамат + RCOCOOH--»- RCHNH2COOH + ?-кетоглутарат

сумма: АТР + NH3 + RCOCOOH + NADPH + Н+ -*

-f RCHNH2COOH + ADP + Pf + NADP+-

Роль глутамина в других биосинтетичеоких процессах обсуждается в других разделах этой книги.

20.2.4. Синтез карбамоилфосфата

Образование карбамоилфосфата, катализируемое карбамоил-фосфатсинтетазой, является общей начальной стадией процессов синтеза аргинина и пиримидинов, протекающих далее различными путями. В дрожжах и у Neurospora имеются два различных фермента, один из которых катализирует реакцию (1), а другой — реакцию (2):

NH3 + С02 + 2АТР -*- H2N—СО—О—Р03Н2 + 2ADP + Pi (1)

глутамин + СОа -f 2АТР ->-

-глутаминовая кислота -f ?2?—СО—О—Р03Н2 + 2ADP + Pf (2)

карбамоилфосфат

•Предполагается, что в ходе первой реакции образуется связанный с ферментом карбоксилфосфат НО—СО—О—Р03Н2, который, взаимодействуя с NH3, образует связанный с ферментом карбамо-ил —СО—NH2; последний в свою очередь реагирует с АТР, в результате образуется карбамоилфосфат.

Ферменты другой природы, состоящие из двух неидентичных субъединиц, функционирующие у Е. coli и 5. typhimurium, катализируют обе приведенные выше реакции. Тяжелая субъединица (М 110 000) фермента из 5. typhimurium катализирует синтез карбамоилфосфата, используя NH3, но не глутамин. При добавлении легкой субъединицы (М 45 000) полностью восстанавливается способность использовать также и глутамин. Фермент активируется орнитином и тормозится UMP; это регулирующее действие, по-ви-

20—1358

(1)

(2> (3)

«42

III. МЕТАБОЛИЗМ

димому, обеспечивает адекватный контроль за образованием кар-бамоилфосфата в соответствии с потребностями клетки в аргинине и пиримидинах. Действие этих эффекторов реализуется путем влияния на сродство фермента к АТР.

У этих ферментов карбамоилфосфатоинтетазная активность при использовании в качестве субстрата NH3 примерно в два раза меньше, чем в случае глутамина (причем в условиях, когда концентрация глутамина в 10 раз меньше, чем NH3). Это позволяет вонять особую роль глутамина, обеспечивающего эффективный синтез карбамонлфосфата путем переамидирования. При рН клеточного содержимого, только около 1% «аммиака» находится в ионизированной форме. В случае же глутамина фермент встречается с незаряженной NH2-rpynnofl; таким образом, клетка избегает высоких концентраций NH4, оказывающих токсическое действие. У высших растений и животных выработалась способность использовать глутамин для многих подобных процессов.

Карбамоилфосфатеинтетазы животных рассматриваются в следующей главе.

20.3. Синтез аминокислот

20.3.1. Общие соображения

Используя в качестве субстратов промежуточные продукты углеводного обмена и три рассмотренные выше соединения, в составе которых фиксируется аммиак, клетки растений могут синтезировать все остальные 18 аминокислот. Это осуществляется в ходе процессов различной сложности, описываемых как одиночными, так и многостадийными реакциями. Для некоторых аминокислот достаточно высокие скорости синтеза могут быть предсказаны на основе равновесного характера соответствующих реакций. Так, процесс переаминировании, в результате которого образуется ас-парагиновая кислота, имеет константу равновесия, близкую к 1.

глутамат оксалоацетат < > ?-кетоглутарат -f- аспартат

Эта реакция беспрепятственно протекает слева направо, пока в ¦реакционной среде есть оксалоацетат и возможно образование глутамата из ?-кетоглутарата, NADPH и NH3. Некоторые аминокислоты синтезируются подобным же образом. Другие, однако, образуются более сложным путем.

Постоянное образование всех аминокислот обеспечивается благодаря тому, что большинство путей их синтеза практически необратимы, т. е. сопровождаются значительным освобождением свободной энергии. В общем случае это освобождение энергии проис-

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I

843

ходит в результате реакций, в которых используется энергия АТР, гадролизующегося до ADP и Pi. Еще более эффективными являются реакции, сопряженные с гидролизом АТР до пирофосфата АТР—*???-|-???; далее пирофосфат может необратимо гидроли-зоваться: PPi—>-2??. В других случаях синтез сопряжен с реакцией восстановления, в которой участвует пиридиннуклеотид; при этом равновесие сильно смещено в направлении продукта восстановления, как, например, в рассмотренной выше глутаматдешдро-геназной реакции. При ознакомлении с последующим материалом следует учесть, что детальные данные о ферментах, участвующих в рассматриваемых процессах, получены в основном при исследовании ферментов немногих бактериальных видов, в первую очередь Е. coli, вследствие их относительно большей доступности. В гл. 13-показано, что эти клетки обычно используют в качестве восстановителя NADH. Только на последующих стадиях эволюции сформировались ферменты биосинтеза, специфичные к NADPH. Следовательно, в тех случаях, когда в качестве восстановителя для бактериального фермента указан NADH, то весьма вероятно, что соответствующие ферменты растений попользуют для этой цели NADPH.

Индивидуальные стадии в ходе синтезов аминокислот часто оказываются под контролем одного из регуляторных механизмов, рассмотренных в гл. 11. Во многих случаях (табл. 20.1) образующаяся аминокислота выступает как отрицательный аллостериче-ский эффектор фермента, катализирующего «ключевую» стадию на пути, ведущем к ее образованию (рис. 11.2). В одном случае имеется ключевая стадия, предшествующая точке разветвления, ведущая к двум различным аминокислотам, а именно лизину и треонину. Она регулируется различным образом у разных организмов. Так, образование ?-аспартилфосфата (разд. 20.3.1) катализируется у Е. coli тремя различными ферментами, один из них специфичен к лизину, другой — к треонину, а третий — к метионину. У других организмов эту реакцию катализирует один фермент, который слабо ингибпруется каждой из этих трех аминокислот в отдельности, но сильно ингибируется при их совместном действии (согласованное торможение по типу обратной связи).

Значительно более медленная регуляция осуществляется путем репрессии данной аминокислотой синтеза фермента, катализирующего ключевую стадию на пути биосинтеза этой аминокислоты. Может также наблюдаться репрессия образования всех ферментов биосинтетического пути, включая ключевую стадию.

Примеры различных типов контрольных механизмов будут приведены в последующем изложении. Об их функционировании можно судить по поразительным различиям в росте бактерий на средах разного состава. Клетка, которая растет на среде, содержащей неорганические соли и углеводы, должны синтезировать все амино-

20*

«44

III. МЕТАБОЛИЗМ

Таблица 20.1

Некоторые примеры ингибирования процесов биосинтеза аминокислот конечными продуктами

Аминокислота

Ингибируемая реакция

Организм или ткань

Аргинин

Цистеин Гистидпн

Изолейцин

Лейцин

Лизин Метионин

Пролин

Серии Треонин

Триптофан Валин

Глутаминовая кислота —*¦ ?-аце-тилглутаминовая кислота ?-Ацетилглутаминовая кислота —у ?-ацетилглутамат-Б-фос-фат

N -Ацстилглута мил-у-полуальде-гид —у ?-ацетнлорнитин Орнитин —*¦ цитруллин Гомоцистеин —»- цистатионин

АТР + 5-фосфорибозилпирофос-фат —у фосфорибозил-АТР

Треонин —»- ?-кетомасляная кислота

?-Кетоизовалерьяновая кислота + + ацетил-СоА ·—у а-изопропил-яблочная кислота

Аспарагиновая кислота —у ?-ac-партилфосфат

Аспартилполуальдегид —у 2,3-дигидропиколиновая кислота

О-Ацетилгомосерин + цистеин—у —»- цистатионин + уксусная кислота

Гомосерин —у О-сукцинилгомо-серин

Аспарагиновая кислота —*¦ ?-ac-партилфосфат

Глутаминовая кислота милполуальдегид

Фосфосерин —»- серин

Аспарагиновая кислота —у ?-ac-партилфосфат

Аспартил^-полуальдегид —у гомосерин

Гомосерин -—*- 4-фосфогомосерк-н

5-Фосфошикимовая кислота—>-ан-траниловая кислота

Пировниоградная кислота —у ?-ацетомолочная кислота

Е. coli

Micrococcus glutamicus

?. coli ?. coli

Печень крысы S. typhimurium

?. coli

Neurospora

?. coli ?. coli

Neurospora, дрожжи

S. typhimurium E. coli

глута- ?. coli

Печень крысы ?. coli

Rhodopseudomonas sphe-roides -E. coli E. coli

Aerobacfer aerogenes

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I

845

¦кислоты, пурины, пиримидины и т. д. Если же ее поместить на среду, содержащую все 20 аминокислот, то последние будут поглощаться из среды и использоваться для синтеза белков, при этом сама клетка либо будет синтезировать небольшое количество аминокислот, либо вообще не будет их синтезировать.

Многие микроорганизмы способны .к полному самообеспечению, т. е. они могут синтезировать все аминокислоты. В противоположность этому Lactobacilli (хорошо растущие в молоке, белки которого поставляют все аминокислоты) практически не способны синтезировать аминокислоты de novo и в отношении обеспечения аминокислотами оказываются полностью зависимыми от окружающей среды.

По-видимому, все растительные клетки могут синтезировать полный набор аминокислот. Пути, описанные ниже, были изучены главным образом на бактериях, дрожжах и плесенях. Полагают, что биосинтез аминокислот высших растений происходит подобным образом, однако в настоящее время относительно мало известно о регуляторных механизмах, функционирующих в их клетках.

20.3.2. Переаминирование

Процесс переноса аминогруппы глутамата на другие углеродные цепи называют переаминированием; прототипом этого процесса является реакция синтеза аспартата, приведенная в разд. 20.3.1. Катализирующие процесс ферменты называют аминотрансферазами; их полные названия включают названия обеих участвующих в реакции аминокислот, например глутамат-аспар

страница 62
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126

Скачать книгу "Основы биохимии. Том 2" (8.40Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(21.10.2019)