Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

S01".

Начальной стадией утилизации SO4" является образование 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата, который является универсальным реагентом при образовании эфиров сульфата со спирта-

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I

851

ми и фенольными соединениями, а также с полисахаридами в большинстве живых организмов, включая млекопитающих.

-НО3РО ОН

3'-фосФ°ааенозин-5-фосфосу1]Ьфэт

Это соединение образуется в результате двухстадийиого процесса. Первая стадия катализируется АТР-сульфурилазой. Фермент специфичен по отношению к АТР или dATP; оптимальным катионом для фермента из бактерий является Mg2+, а для фермента млекопитающих — Мп2+.

Mg2+

SO|" + -*~ аденозин-5'-фосфосульфат (аденилилсульфат) + PPi

АТР — сульфурилаза (М 430 ООО) из Penicillium chrysogenum была получена в гомогенном состоянии; она состоит из восьми идентичных субъединиц (М 56 000). Приведенная выше реакция протекает, по-видимому, по упорядоченному механизму, в ходе которого происходит нуклеофильное замещение сульфатом ?-атома фосфора в комплексе фермент-АТР—Mg2+ с образованием адени-лилсульфата и РРь Хотя равновесие реакции сдвинуто влево, однако предполагают, что благодаря действию неорганической пиро-фосфатазы в системе происходит образование аденилилсульфата.

На второй стадии происходит образование 3'-фосфоаденозин-5'-фосфосульфата; при этом аденилилсульфат фосфорилируется по З'-положению своего рибозного остатка; реакция катализируется аденилилкиназой

Mg2+

аденилилсульфат -f- АТР -*- 3'-фосфозденозин-5'-фосфосульфат -f- ADP + Н+

20.4.1.1. Образование SO|-

Сульфит может образоваться из 3'-фосфоаденозин-5'-фосфо-сульфата (PAPS) в результате последовательности реакций, ката-

852

III. МЕТАБОЛИЗМ

лизируемой в дрожжах тиоредоксиновой ферментной системой (разд. 13.2).

SH .SH 'APS + Th -Р&"ВД"ЬФ°> Th + Н+ + З'-фоСсроавенозин-Ь-фосфосульфат

\нтрансфсраза xs-so32- '

о? /Т

— т\| +

SH

Th -* Th I + so32-

s-so32- s

S SH v/\ + NADPH + W Th( + NADP+

xs SH

Обозначения

-rj1/l —окисленный Th —восстановленный

^Jj тиорейоксин \^ тиоредоксин

В растениях и водорослях по сходному механизму происходит, вероятно, восстановление аденилилсульфата, а не PAPS.

Восстановление сульфита до сульфида катализируется сульфит-редуктазой, как описано в разд. 13.5.2. Образование фермента подавляется цистеином и цистином. Некоторые организмы могут осуществлять также восстановление сульфита до S3Ol" (тритионат), S203~ (тиосульфат), а также до H2S и элементной серы. В .противоположность рассмотренным выше процессам у серных бактерий осуществляется аэробно окисление H2S, S, S20|~ и SO|_ до сульфата, которое используется как источник энергии.

20.4.1.2. Цистеин

Описано несколько механизмов фиксации H2S микроорганизмами. У некоторых из них функционирует цистеинсинтаза, использующая в качестве кофермента пиридоксальфосфат; она катализирует реакцию

??2 ??.

I I ch2—ch—cooh -j- h2s =*=^ ch2—ch—cooh + h20

он sh

L-серин L-цистеин

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ I

?53?

Равновесие этой реакции сдвинуто, однако, влево. Другие микроорганизмы и растения могут использовать H2S для образования" цистеина по следующим реакциям:

серии -J- ацетил-СоА < > О-ацетилсерин -J- СоА (1)· О-ацетилсерин -J- H2S < > цистеин -1- ацетат + Н20 (2)

Реакция (1) катализируется серин-трансацетилазой, реакция (2) — 0-ацетилсерин-сульфгидрилазой. Оба фермента входят в состав бифункционального белкового комплекса, содержащего одну молекулу трансацетилазы и две молекулы сульфгидрилазы. Однако характер реакции (2) указывает на возможность участия в комплексе помимо двух указанных выше еще и других ферментов. Поскольку образование одной молекулы цистеина связано с гидролизом одной молекулы ацетил-СоА, суммарный процесс является благоприятным для образования цистеина.

У млекопитающих образование цистеина происходит главным образом из метионина (разд. 21.4.2.3).

20.4.1.3. Синтезы из аспарагиновой кислоты

У бактерий и растений три аминокислоты метионин, треонин и изолейцин получают либо все углеродные атомы, либо часть их от аспарагиновой кислоты. У бактерий (но не у грибов, дрожжей и,, вероятно, растений) из аспарагиновой кислоты синтезируется также лизин. Первой стадией во всех этих синтезах является образование ?-аспартилфосфата за счет АТР в реакции, катализнруемой" аспартаткиназой. При изучении механизмов регуляции этого фермента у Е. coli и ее мутантов было установлено, что имеются три различные аспартаткиназы, очень сильно различающиеся по свойствам. Аспартаткиназа I ингибируется треонином по механизму обратной связи, синтез аспартаткиназы II репрессируется метиони-ном, а аспартаткиназа III аллостерически ингибируется лизином. ADP

АТР +

СООН

I

сн, I

HCNH2

I

СООН

аспарагиновая кислота

+ о

II

С—о—ро3н„ 1

сн2 I

HCNH2

соон

?-аспартилфос-фат

NADH

Pi

+

сно I

сн2

NADH -*-

HCNH2 I

соон

?-аспартилполу-альдегид

сн2он I

сн2 I

HCNH2 I

соон

гомосерин

Образование ?-аспартилполуальдегида сходно с образованием глутамилполуальдегида. Превращение ?-аспартилполуальдегида в

«54

IH. МЕТАБОЛИЗМ

гомосерин катализируется гомосериндегидрогеназой. На уровне гомосерина происходит разветвление путей образования метионина, треонина и изолейцина. Гомосериндегидрогеназа бактерий сильно ингибируется треонином.

20.4.1.4. Метионин

Синтез метионина начинается с превращения гомосерина в О-сукцинилгомосерин в результате ацильного переноса (донор — сукцинил-СоА), катализируемого гомосерин-сукцинилазой. Ингибирование фермента метионином (по механизму обратной связи) является специфической регуляторной стадией на пути синтеза метионина. Реакция О-сукцинилгомосерина с цистеином катализируется цистатионин-у-синтазой; при этом образуется цистатионин — смешанный тиоэфир. Из последнего в результате реакции, катализируемой цистатионин-р-лиазой, образуются гомоцистеин, пирови-ноградная кислота и NH3. У Neurospora в биосинтезе метионина вместо О-сукцинилгомосерина может функционировать ?-ацетил-гомосерин; последний образуется в результате реакции между го-мосернном и ацетил-СоА, катализируемой гомосерин-трансацетил-азой.

О II

1Н,С—С—О—СН, SH

н,с сн., сн, ^1 ? - + ? -

СООН HCNK, HCNH,

I ¦ L

СООН СООН

О-сукцинилгомосерин цистеин

янтарная кислота +

СН.,—S—СН.,

I " I *

СН., HCNH,

? - ? -

HCNH., СООН

? -

СООН цистатионин

СН,—SH

? -сн,

? -

HCNH.,

? -

СООН

сн,

+ С=0 + NH,

I

СООН

2

гомоцистеин пировино грайная кислота

У Е. coli метионин-синтаза (гомоцистеин-метилтрансфераза) катализирует перенос метильной группы на гомоцистеин, завершая синтез метионина. Простетической группой фермента является восстановленное производное кобаламина (гл. 50). Метильную группу поставляет №-метилтетрагидрофолат (разд. 21.4.2.8).

Цистатионин может рассматриваться как S-замещенный цистеин (тиоэфир). Ряд тиоэфиров был идентифицирован среди небел-

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I

855

ковых азотсодержащих компонентов растений. Ферменты, подобные цистатионин-р-лиазе — пиридоксальфосфатзависимые алкил-цистеинил-лиазы, имеющиеся у некоторых видов высших растений, расщепляют тиоэфиры путем ?-элиминирования.

+??3

R— S-CH2—СН-СОСГ + Н20 -* RSH + СН3-СО—СОО" + NHJ"

20.4.1.5. Треонин

Синтез этой аминокислоты начинается с фосфорилирования го-мосерина АТР, катализируемого гомосеринкиназой. Пиридоксаль-фосфатзависимая треонинсинтаза катализирует превращение О-фосфогомосерина в треонин. Реакция приводит к превращению соединения с ?-гидроксидной группой в соединение с ?-гидроксид-ной группой. Это показано на рис. 20.6.

Альтернативный путь биосинтеза треонина катализируется пи-ридоксальфосфатзависимой серин-трансоксиметилферазой (разд. 21.4.2.7)

ацетальдегид -f- глицин ->¦ треонин

Источником ацетальдегида, участвующего в этой и приводимых ниже реакциях, является пируват (разд. 14.4.3).

20.4.1.6. Изолейцин

Источником четырех из шести углеродных атомов изолейцина является треонин. Начальная стадия процесса катализируется тре-онин-дезаминазой, использующей в качестве кофермента пиридоксальфосфат. В ходе одностадийного процесса образуется а-кетобу-тират (рис. 20.7).

Далее ?-кетобутират конденсируется с ацетальдегидом, поставляемым ?-оксиэтилтиаминпирофосфатом (разд. 12.2.1), в результате образуется ?-ацето-а-оксибутират; последний восстанавливается пиридиннуклеотидом до а^-диокси-р-метилвалерата. Как показано на рис. 20.7, редко встречающаяся среди биохимических реакций пинаколиновая перегруппировка (стадия 4), за которой следует переаминирование с глутаматом, завершает путь биосинтеза. Наиболее эффективно специфическая регуляция этого пути биосинтеза может осуществляться, по-видимому, на стадии треонпндез-аминазы, поскольку остальные стадии катализируются относительно менее специфичными ферментами, участвующими также в синтезе валина. Известно, что дезаминаза ингибируется и репрессируется изолейцином.

«56

III. МЕТАБОЛИЗМ

??

о

II

сн

?=?— о—сн,—сн2—сн—соон + но^ сн2оро3н,

О-фосфогомосерин фермент - пириЭоксальфосфат

сн2=сн—с—соон о-

II I

N о=р—О—СН2—сн2—С—СООН

L ? II

CH О" N

но^До:н2ОРОзН2 «-^- ^

J._E НО JC,СН2ОР03Н2

н3с

? ^K. J -?

X..J-

h,c

?

нсн2—сн=с—соон он

I * I

n нсн2—сн—с—cooh

II ·- J,

сн он- n

hqJ^ch2opo3h2 ~ сн

? ? г hq_A_ch2opo3h2

XX*

н3с

?

н3с "?'

?

он I

HCHj—CH—CH—COOH A* ' I OH

n

?

ch

CH

но^^ч,сн2ОР03н2

?-------- JU-*

nh, h,c n

JU-

треонин

?

h3c "? ?

Рис. 20.6. Механизм реакции, катализируемой треонинсинтазой. Субстрат О-фосфогомосерин связывается комплексом пиридоксальфосфат — фермент, образуя шиффово основание, при этом лабилизуется ?-водородный атом. Элиминирование фосфата осуществляется негидролитическим путем с расщеплением С—О-связи. ?-Водородный атом, ближайший к сопряженным двойным связям, лабилизуется и элиминируется в виде протона вместе с фосфатной группой. Протон из среды присоединяется в ?-положение; в результате последующе

страница 64
< 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)