Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

тат—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

страница 63
< 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
(12.11.2019)