II. МЕТАБОЛИЗМ

тат, гомоизоцитрат, оисалоглутарат и а-кетоадипат. В результате переаминировании образуется ?-аминоадипат, из которого при восстановлении NADPH-зависимым ферментом образуется а-амино-адипил-р-полуальдегид. При конденсации последнего с глутаматом образуется ?-?( ь-глутарил-2)-l-лизин, называемый сахарофином, поскольку он является промежуточным продуктом в синтезе лизина у Saccharomyces. В результате восстановительной и гидролитической реакций сахарофин превращается в лизин и а-кетоглутарат. Путь биосинтеза показан на рис. 20.11.

20.4.1.10. Фенилаланин и тирозин

Четыре углеродных атома ароматического кольца этих аминокислот поставляются эритрозо-4-фосфатом; остальные два углерода кольца, а также углероды баковой цепи поступают от фосфопи-рувата. Исследования, проведенные с помощью меченых предшественников, а также идентификация продуктов, накапливающихся в среде при росте мутантных штаммов, у которых оказались блокированными различные стадии синтетического пути, позволили установить общую схему биосинтеза, приведенную на рис. 20.12. Как показано на рисунке, на стадии хоризмовой (греч. — разветвляться) кислоты происходит разветвление путей синтеза ароматических аминокислот; образование антранилата ведет к синтезу триптофана (см. ниже), в то время как префенат является предшественником фенилаланина и тирозина. Последний образуется у млекопитающих путем гидроксилирования фенилаланина (разд. 21.4.2.4), эта реакция происходит также у некоторых микроорганизмов.

Два фермента, катализирующие образование первого продукта синтетического пути (рис. 20.12) 3-дезокси-2-кето-7-фосфо-о-арабЧшо-гептулозоновой кислоты, были выделены из экстрактов Е. coli. Один из них ингибируется фенилаланином и триптофаном, а другой — тирозином; последний, кроме того, репрессирует синтез тирозин-чувствительного фермента. У В. Subtilis З-дезокси-2-кето-7-фосфо-и-арабино-гептулозонат— синтаза проявляет свойства аллостерической системы, которая ингибируется префенатом и хоризматом; эта система является, следовательно, еще одним регуляторным механизмом, функционирующим по механизму обратной связи. Таким образом, первая стадия разветвленного процесса биосинтеза ароматических аминокислот является объектом множественной регуляции. Кроме того, у Salmonella typhimurium первые две реакции, специфичные для синтеза фенилаланина, а именно те, которые катализируются хоризматмутазой и префе-натдегидратазой соответственно (рис. 20.12), являются объектом торможения фенилаланином (по типу обратной связи). Реакции 2—6 (рис. 20.12) катализируются полиферментным комплексом

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. I

863

н*о=с—?

неон I

неон н2с—opio

-о о-

+ HjC=C-!iO^P=0

?* + NADH Сог*

?"

-оос

ю:н-

ЭриП)розо-4-фосфат фосфоенолпируват

нг03ро

203po' он ОН

5-фосфошикимо-вая кислота

соон I

с=о

I

носн -????*

I 2 нсон I

неон chzopo3-2

З-йезокси-2- кегпо-и-арабинп—гептц лозоновая кислота-?- фосфат

соон

. АТР

но' он он

шигсимовая кислота

но. соон

он

он

5 Эегийрохинная кислота

соон

соон

-?,??

о ? он он

5-оегиорошикимо-вая кислота

СООН

сн н' + nadph - ?,

II 2 7 '

о—с-соон

он

соо-

??, I

сн2—сн—соон

он

З-еноиллирувилшикимат 5-фосфат

сн,—с—соон

фенилаланин

??,

I

-сн—соон

он тирозин

фен и лл ировинограЗ ная кислота

-?,?

О II

н,—с—соон

он

хоризмовая кислота

о| глутамин. Мд

соон

??2,

антраниловая кислота

НООС CHj—с—СООН

префеновая кислота

л-оксифенилпиро-винограВная иислвта

Рис. 20.12. Пути синтеза фенилаланина, тирозина и антраниловой кислоты (предшественника триптофана, разд. 20.4.1.11). Ферменты и реакции обозначены стоящими около стрелок номерами: / — 3-дезокси-2-кето-С>-арабцно-гептулозонат-7-фосфат—синтаза; 2 — дегидрохинатсинтаза; 3 — 5-дегидрохинат — дегидратаза; 4 — шикиматдегидрогеназа; 5 — шикиматкиназа; 6 — З-енолпирувилшикимат-5-фосфат—синтаза; 7 — хоризматсинтаза; 8 — хлоризматмутаза; 9—антранилат-синтаза; 10— префенат дегидратаза; //— префенатдегидрогеназа; 12 — фенилал-анинаминотрансфераза; 13 — тирозинаминотрансфераза.

864.

III. МЕТАБОЛИЗМ

(?? 200000), который был выделен из нескольких видов дрожжей. Пять ферментных компонентов этого комплекса ассоциированы за счет нековалентных взаимодействий. В ходе реакции 9, катализируемой антранилатсинтазой, образуется, вероятно, ?-глута-милфермент. У В. Subtilis антранилатсинтаза катализирует также реакцию

Мег2+

NH3 -f - хоризмовая кислота -*¦ антраниловая кислота -(- Н20

Альтернативный путь синтеза тирозина у млекопитающих, а именно его образование из фенилаланина, рассматривается в следующей главе.

20.4.1.11. Триптофан

Путь синтеза триптофана у высших растений неизвестен. У Е. coli синтез триптофана (рис. 20.13) начинается с антранилата, который образуется в ходе реакций, ведущих к образованию и других ароматических аминокислот (рис. 20.12). Два участвующих в синтезе триптофана фермента — индолглицерофосфат-синтаза и триптофансинтаза — были получены в кристаллическом виде. Первый из них (?? 44 000) образован одиночной полипептидной цепью. Триптофан-синтаза (?? 148 000) является пиридоксальфос-фатзависимым ферментом, который катализирует завершающие реакции последовательности, ведущей к синтезу триптофана.

Реакции, которые может катализировать этот фермент, следующие: ,

индол-3-глицерофо:фат < >, индол + З-фосфо-О-глицериновый альдегид (1)

пиридоксальфосфат

индол -f- L-серин--*- L-триптофан -f - Н20 (2)

индол-З-глицерофосфат -f- L-серин < > < > L-триптофан -f- З-фосфо-Б-глицериновый альдегид (3)

Весьма вероятно, что при образовании триптофана из индолгли-церофосфата [реакция (3)] осуществляются реакции (1) и (2); при этом промежуточным продуктом ЯЕЛяется связанный с ферментом пндол.

Изучение генетических изменений структуры триптофансинта-зы и соответствующих функциональных характеристик позволило получить важные данные о генетических механизмах (гл. 26). Фермент из Е. coli состоит из четырех полипептидных цепей, которые образуют две неидентичные легко разделяемые субъедивицы ? и ?; была установлена аминокислотная последовательность цепей. ?-Цепь получена в виде мономера, а ?-цепь — в виде димера 02· Полностью ассоциированный белок имеет состав агРг- Реакция

20. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. 1

86Б

он

о

О—?—???,-2 I

он

он он

5-фосфорибозил - 1-Бирофосфаш Н.ОзРО-СН^/О »_^J]

НООС^\

антранмловая кислота

\н н А н\| L/H

н

илв

1·

он он

?-5-фосфорибозиламтраниловая кислота

он <

^А-С=С-

он он

N—С=С-С-С—СН20—р03-2

? ? ? ?

1(с-карбоксиФениламино)-1-аезоксибулозо-5-фосфат

-СН—СН—CH,OFO,-* ' I . I

ОН ОН

инЭол-З-глицерофосфат

сн.он + h|nh, соон серии

СО

-сн,—сн—соон * I

NH,

N' ?

лфИллгафан

сно I

нсон

HjC—о—ро3-=

глииеральЭегиЭ-3-фосфат

Рис. 20.13. Путь синтеза триптофана у Е. coli. Ферменты обозначены номерами, стоящими около стрелок: 1 — аитранилат-пирофосфорилпирофосфат—трансфера-за; 2 — И-5'-фосфорибозилантранилат-изомераза; 3 — индол-3-глицерофосфат— синтаза; 4 — триптофансинтаза.

.(1) может катализироваться только ?-цепью; при этом, однако, скорость реакции весьма невелика по сравнению со скоростью, наблюдаемой для полностью ассоциированного фермента; реакция (2) может катализироваться Рг-комплексом. Мутантные а-субъеди-ницы активируют действие Рй-комплекса в реакции (2), и большинство мутантных р2-комплексов активируют действие «нормальной» ?-еубъединицы в реакции (1). Ферментные комплексы, образованные либо нормальными ?-субъединицамн и мутантными ?-субъеди-

866

III. МЕТАБОЛИЗМ

ницами, либо мутантными ?-субъединицами и нормальными ?-субъ-единицами, не способны катализировать реакцию (3).

Активность аитранилат-синтазы из Е. coli (рис. 20.12) ингибируется триптофаном; у дрожжей триптофан ингибирует и репрессирует фермент. Как уже упоминалось, у Е. coli триптофан подавляет также фермент, который катализирует начальную реакцию пути биосинтеза ароматических аминокислот.

Триптофан-синтаза из Neurospora образована одиночной полипептидной цепью.

20.4.1.12. Гистидин

Первая стадия синтеза гистидина катализируется аллостерическим ферментом АТР-фосфорибозилтрансферазой, .в результате реакции углеродная цепь рибозы оказывается связанной с атомом азота адениловой кислоты (рис. 20.14). При взаимодействии С-1 атома фосфорибозиллирофосфата с N-1 АТР (при этом освобождается пирофосфат) происходит превращение ?-конфигурации связи в ?-конфигурацию. Далее происходит раскрывание пуринового кольца АМР. После поступления атома азота от глутамина структура распадается с образованием имидазолглицерофосфата, в котором имидазольное кольцо гистидина уже полностью сформировано и присоединено к трехуглеродной цепи, и 5-аминоимидазол-4-карбоксамид-рибонуклеотида — промежуточного продукта в синтезе пуринов (разд. 24.1).

При синтезе имидазолглицерофосфата источником атомов углерода боковой цепи и двух «соединяющих» углеродов кольца являются пять углеродных атомов рибозы 5-фосфорибозил-1 -пирофосфата. Фрагмент —N=C— поставляется пиримидиновой частью раскрываемого пуринового ядра. Поскольку углеродный атом этого фрагмента в ходе синтеза пуринов поступает от 1М10-формилтет-рагидрофолата (разд. 21.4.2.8), то в конечном счете его источником является ?-углерод серина или другие доноры одноуглеродных единиц. Атом N на заключительном этапе поступает от глутамина (амидный азот). Таким образом, гистидинсинтезирующая система использует часть пуринового ядра; при этом остающийся фрагмент (аминоимидазолкарбоксамидорибонуклеотид) вновь используется

Рис. 20.14. Путь синтеза гистидина. RPPP — рнбозотрифосфат; RP — рибозо-Б-фосфат; PPi — пирофосфат; ? — ортофосфат. Цифры около стрелок обозначают ферменты, катализирующие реакций: / — АТР-фосфорибознл—трансфераза, 2 — пирофосфогидролаза; 3 — фосфорибознл-АМР-циклогндролаза; 4 — фосфорибозил-формимино-5-аминоимидазолкарбоксамидрибонуклеотид—изомераза; 5 — глута-мин-амидотрансфераза; 6 — нмидазолглицерофосфат-дегидратаза; 7— L-гистиди-нолфосфат-глутамат—аминотрансфераза;