|
|
Основы биохимии. Том 2тат—аминотрансфераза. Почти во всех реакциях одним из участников является глутамат. В качестве кофермента обычно выступает пиридоксальфосфат, который в ходе каждого реакционного цикла проходит стадию пиридоксаминфосфата. Только две аминокислоты — треонин и лизин, имеют аминогруппы изначально, а не приобретают их в результате реакции переаминирования. пириЭоксальфосфат Был предложен рациональный механизм реакции переаминирования (гл. 9). Ниже приведена последовательность стадий для оди- 846 III. МЕТАБОЛИЗМ ночного цикла функционирования фермента. ? обозначает молекулу пиридоксальфосфата, связанную с ферментом: HCNH, - I СООН ?- аминокислота 1 ? I о=сн пириЭок-сальфосфат-фврмент R. ? I I HCN=CH I соон вльйимин R. ? I I C=N—CH I I COOH ? кегли мин "l1 +н,о -* с=о + -?,? СООН ot-кето-кислота1 ? I H2NCH I ? пирийокс а мин-фосфат— фермент С=0 + ?,?—С—? ^ I I соон н ct-кето- лириЭоксамии-кислота 1 фосфат-фермент -?,? Г I C=N—С—? I I соонн кетимин R, ? I I НС—N=CH I соон альдимин -н,о HCNH, + 0=С—? (2) СООН ot-амино-кисло 2 лирийок-сальфосфат— фермент У микроорганизмов обнаружены полиспецифичные амннотранс-феразы. Две аминотрансферазы Е. coli были получены в гомогенном виде. Одна из них является в основном аспартатаминотранс-феразой, однако ее субстратами могут служить также ароматические аминокислоты. Другой фермент является трансферазой ароматических аминокислот. Величины VWkc и Km для общих субстратов и Km для пиридоксальфосфата этих ферментов различны, они отличаются также по термостабильности и оптимальному значению рН. Ферменты имеют сходный аминокислотный состав; каждый из них состоит из двух субъединиц. Сведения о свойствах аминотрансфераз .из растительных тканей относительно ограничены. Как и у микроорганизмов, наиболее активно происходит переаминирование между аопартатом и а-кето-глутаратом, а также между аланином и ?-кетоглутаратом. Две формы высокоочищенной аспартатаминотрансферазы были выделены из зерен овса. Одна из форм (М 130 000) по свойствам, по-видимому, сходна с аминотрансферазой из тканей млекопитающих (разд. 21.4.1). Другая форма имеет близкую молекулярную массу, но отличается по аминокислотному составу. 20.3.2.1. Алании Алании образуется в результате переаминирования между глу-таматом и пируватом, который, подобно ?-кетоглутарату, образуется в ходе главных путей углеводного обмена. Глутамат + пируват ;? ?-кетоглутарат + ал анин 20.3.2.2. Серин Образование серина начинается с окисления 3-фосфоглицерата (с участием NAD+). Образующийся 3-фосфооксипируват вступает 20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I 847 переаминиро- „ >^АГ>+ вание глюкоза->-» сн2—сн—соон « » сн.,—с—соон . I Н* + NADH I - н203ро он н2о3ро о З-сросфоглицеринопая 3 фосфопировинограЗная кислота кислота . сн,—сн—соон -i» сн,—сн—соон I - ! | ' ? н203ро nk, он nr, 3-фосфосерин серии Рис. 20.3. Путь биосинтеза серина. в реакцию переаминирования с глутаматом, это приводит к образованию 3-фосфосерина, который далее гидролнзуется серинфосфа-тазой. В бактериальных системах серии выступает как отрицательный эффектор по отношению к 3-фосфоглицератдегидрогеназе и к фосфатазе (рис. 20.3). 20.3.2.3. Глицин Образование глицина происходит в результате относительно простой реакции, а именно путем удаления ?-углерода серина. сн,—сн—соон <—? сн,—соон + Cj I ! ! он NH2 NH2 серии глицин Этот процесс не только поставляет глицин, необходимый для синтеза белков, но и является также источником активных одноуглеродных соединений (на уровнях окисления СН3ОН, НСНО или НСООН). В результате соответствующих превращений последних оказывается возможным присоединение групп —'СН3, СН2ОН и —СНО к различным соединениям. Метаболизм одноуглеродных соединений будет рассмотрен подробнее в гл. 22. 20.3.2.4. Аспарагин В микроорганизмах синтез аспарагина, катализируемый аспара-гинсинтетазой, осуществляется из апарагиновой кислоты и NH3 за счет энергии АТР. NH2 I Mg2+ ноос— сн2—сн-соон + АТР + NH3 ->¦ аспарагиновая кислота NH2 -*- H2NOC-CH2—сн-соон + AMP -4- Pj аспарагин В противоположность ферментам тканей млекопитающих (разд. 21.4.3.3) большинство бактериальных ферментов не могут использовать вместо NH3 глутамин. 848 III. МЕТАБОЛИЗМ НООС -СН,—СН,—СН—СООН + АТР -> I NH2 глутаминовая кислота V" ? ???? -4. ?* ->¦ О—?—о—с—сн.,—сн,—сн соон -- о=с-сн2-сн,-сн-соон II и - - ? ???· 2 I О О ??, ??, ? глутамилфосфат глутамилгашуальЭегиЭ ?2?—CH2—СН2—СН2—СН—СООН ' ??, орнитин Н,С-СН2 Н2С-СН2 н.с нс-соон -NADH + H', НС нс-соон - у NAD* ^ ? N ? пролин А1-пирролин-5карйоновая кислота Рис. 20.4. Взаимосвязь путей синтеза орнитина и пролина. Вопрос о биосинтезе асларагина в растениях еще не изучен полностью, известно, однако, что некоторые растения используют для этой цели аспартат. Некоторые растения синтезируют весьма большие количества аспарагина. Например, в семенах люпина при определенных условиях роста растения может накапливаться (в расчете на сухую массу) более 20% аспарагина. 20.3.2.5. Пролин и орнитин У большинства микроорганизмов непосредственным предшественником пролина и орнитина является 5-углеродная цепь глутаминовой кислоты. Последовательность реакций начинается с восстановления у-карбоксильной группы глутаминовой кислоты. Оно осуществляется в результате реакции, аналогичной обратимому взаимопревращению 3-фосфоглицеринового альдегида и 3-фосфоглице-риновой кислоты, происходящему в ходе гликолиза, при этом образуется глутамил-у-полуальдегид. В результате замыкания кольца образуется А'-пнрролин-Б-карбоновая кислота, далее следует восстановление (за счет NADH), и образуется пролин (рис. 20.4). Таким образом, в рассмотренной последовательности реакций происходит гидролиз АТР и осуществляются две восстановительные стадии. Переаминирование глутамил-у-полуальдегида со второй молекулой глутаминовой кислоты могло бы явиться простым путем образования орнитина (обеспечиваемым как гидролизом АТР, так и стадией восстановления). Если, однако, такой путь и осуществляется, то он, по-видимому, не играет большой роли у микроорганизмов и высших растений. Доминирующими являются, вероятно, два 20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I 849 других сходных пути. У Е. coli глутаминовая кислота перед реакцией с АТР подвергается ?-ацетилированию с образованием tx-N-ацетилглутаминовой кислоты. Это предотвращает спонтанное замыкание кольца при восстановлении ?-?-ацетилглутамилфосфа-та до соответствующего у-альдегида. После переаминирования ацетильная группа удаляется путем гидролиза (рис. 20.5,а). Таким образом, эффективное протекание процесса обеспечивается не только энергией восстановления и энергией гидролиза АТР, но также и энергией гидролиза ацетил-СоА. У высших растений, однако, процесс осуществляется более экономично. Наряду с глутамат-ацетилазой у них функционирует также орнитин-глутамат—транс-ацетилаза. В этом случае при синтезе орнитина ацетилироваиие глутамата происходит не за счет молекулы ацетил-СоА, а в результате переноса ацетильной группы от ?-?-ацетилорнитина (рис. 20.5,6, реакция 4); при этом завершается синтез одной молекулы орнитина и одновременно начинается синтез следующей. Этот путь позволяет клетке экономить энергозатраты, поскольку после запуска процесса дальнейшая потребность в ацетил-СоА отпадает. Орнитин не включается в белки. Он является лишь промежуточным соединением в синтезе аргинина. Вероятно, поэтому у бактерий именно аргинин подавляет синтез ферментов, функционирующих на пути, начинающемся с ацетилирования глутамата; аргинин действует также на эти ферменты как прямой отрицательный эффектор (по механизму обратной связи). В то же время восстановление глутамата до соответствующего полуальдегида тормозится не аргинином, а пролином. NH. '2 а НООС—CHj,—СН2—СН—СООН ОН HN—СОСН, I I НО—Р—с—сн2—сн2—сн—соон H2N—CHj—CH2—СН2- орнитин сн—соон о й-М-ацетилглутамилфосфат 6 HN—СОСН, I H2N—сн2—сн2—сн2—СН—СООН ? - N - ацети лорнитин переамини-рование 2 ??—СОСН, н ? 3 о=с—СН2—Ш2—СН—СООН ?-ацетилглугпамил-у-полуальЭегиЭ Рис. 20.5. Пути синтеза орнитина в микроорганизмах (а) и в высших растениях (б). / — ацетилаза; 2—аминотрансфераза; 3— ацетилорнитиназа; 4 — орнитин-глутамат—трансацетилаза. 850 III. МЕТАБОЛИЗМ Прямое превращение аргинина в пролин и NH3, обнаруженное у Clostridia, катализируется орнитинциклазой; перед циклизацией •происходит дезаминирование ?-аминогруппы орнитина, как показано ниже. Предполагают, что эта реакция протекает следующим образом: орнитин -> H2N—СН2—СН2—СН2—СО—СООН + NH3 2-оксо- 5-аминопентановая кислота Н2С—сн2 I I nadh + н* НООС—C^ JCH, -» пролин Л'-пирропин-г-карбоновая кислота Связанный с ферментом орнитин окисляется связанным с ферментом NAD+ в 2-01Ксо-5-аминопентановую кислоту с освобождением NH3. В связанной оксоаминопентановой кислоте происходит замыкание кольца с образованием А'-пирролин-2нкарбоновой кислоты; затем пирролиновое кольцо восстанавливается связанным NADH и образуется пролин, который покидает фермент. Отметим, что в рассматриваемом процессе интермедиатом является пирролин-2-карбоновая кислота, в то время как в рассмотренном выше процессе интермедиатом служило соответствующее производное по 5-положению. 20.4. Фиксация серы 20.4.1. Синтез цистеина Для образования цистеина растениями и микроорганизмами необходим H2S. Однако в окружающей среде обычно имеется SO4 ; встречается также S203~ (тиосульфат), а в некоторых случаях и элементарная сера. Известны микроорганизмы, которые могут осуществлять восстановление SOl~, S203~ и элементной серы, используя их, подобно NO3, вместо 02 в качестве конечных акцепторов цепи транспорта электронов. В этих случаях поток электронов от восстановленных пиридиннуклеотидов (через флавопротеиды и цитохромы) обеспечивает образование АТР. Высшие растения при синтезе цистеина должны использовать |
< 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] |