Биологический каталог




Основы биохимии. Том 2

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

ательно, хотя рассмотренные реакции и протекают у млекопитающих, их нельзя рассматривать как эквивалентные синтезу глутамата в растениях; по-видимому, метаболически эквивалентным следует считать процесс переаминирования.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

885

21.4.2.2. Аспарагиновая кислота и алаиин

По-видимому, никогда не ощущается недостатка в этих двух аминокислотах; они образуются непосредственно из оксалоацетата и пирувата соответственно в результате переаминирования с глутаматом.

21.4.2.3. Цистеин

Источником атома серы цистеина может служить только незаменимая аминокислота метионин. Если организм получает достаточное количество метионина, то не возникает дополнительной потребности в цистеине. Реакции биосинтеза цистеина (все они протекают в печени) следующие:

1. Деметилирование метионина в гомоцистеин (гомолог цистеина) :

—сн3

СН3—S—СН2—СН2—СН—СООН -у HS-CH2—CH2—СН—СООН

NH2 NH2 метионин гомоцистеин

Деметилирование метионина будет рассмотрено также позднее в связи с процессом переметилирования.

2. Гомоцистеин конденсируется с серином в реакции, катализируемой пиридоксальфосфатзависимым ферментом цистатионин-$-синтазой; продуктом реакции является цистатионин:

НООС—СН—СН2—СН,—SH + СН2—СН—СООН -*¦

I 2 II

NH2 ОН NH2

гомоцистеин серии

-»- НООС—СН—СН2—СН2—S—СН2—СН—СООН + Н20

I I

NH2 NH2 цистатионин

3. Расщепление цистатионина катализируется цистатионин-у-лиазой, также являющейся пиридоксальфосфатзависимым ферментом:

цистатионин + Н20 -НООС—СН—СН2—SH + СН3—СН2—С—СООН + ??„

I II

??2 О

цистеин ?-кетомасляная кислота

Суммарным результатом приведенных выше реакций является замена гидроксидной группы серина на сульфгидрильную группу гомоцистеина. Таким образом, углеродная цепь и аминогруппа цистеина имеют источником серии, а сера поставляется метионином.

886

III. МЕТАБОЛИЗМ

Цистеин является аллостерическим ингибитором циетатионин-?-лиазы; он подавляет также синтез цистатионин-р-синтазы. Это обстоятельство позволяет объяснить уменьшение потребности в метионине для растущих крыс, находящихся на синтетической диете, содержащей достаточное количество цистеина (или цистина). На такой диете потребность в метионине оказывается сниженной более чем в два раза по сравнению с потребностью при нахождении на диете, не содержащей цистеина. Подавление последним синтеза цистатионин-р-синтазы в печени должно замедлять превращение гомоцистеина в цистатионин.

Цистатионин является ключевым промежуточным продуктом в приведенных выше реакциях; у млекопитающих его единственная функция заключается в выполнении роли промежуточного продукта при переносе серы от метионина на цистеин. Остается неясным, какую роль играет цистатионин в мозге, где ои находится в высокой концентрации (гл. 37). Недостаток цистатионазы является наследственным заболеванием (разд. 23.2.7.3), он проявляется в задержке умственного развития. Неиспользованный в ходе метаболизма гомоцистеин экокретируется с мочой в виде гомоцистина; это состояние называют гомоцистинурией (разд. 23.2.7.3). При другом наследственном заболевании с мочой экекретируется цистатионин; это состояние называют цистатионинурией (разд. 23.2.7.3).

Хотя метаболическая равноценность цистеина и цистина установлена, в тканях млекопитающих не найдено системы, катализирующей их взаимопревращение. NAD-зависимая цистинредуктаза имеется в дрожжах и высших растениях. Как описано ниже, восстановленный глутатион может неферментативно восстанавливать цистин в цистеин.

Свободный цистин в клетках имеется либо в незначительном количестве, либо он вообще отсутствует. Цистиновые остатки в белках образуются в результате окисления цистеиновых остатков после включения последних в состав полипептидных цепей. Однако в присутствии 02 и таких катионов, как Fe2+ или Си2+, цистин может образовываться из цистеина неферментативным путем. Если это происходит, обратный процесс может осуществляться при участии гяутатионредуктазы. Глутатион, представляющий собой у-глу-тамилцистеинилглицин (GSH), реагирует неферментативно с различными дисульфидами, например цистином, с образованием смешанного дисульфида.

GSH + R'SSR" ч=>: GSSR"-bR'SH

Затем вторая молекула глутатиона реагирует со смешанным дисульфидом, образуя окисленный глутатион (GSSG)

GSH + GSSR" -> GSSG + R"SH

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

887

Глутатионредуктаза является флавопротеидом, она катализирует реакцию

Таким образом, если происходит образование цистина (R'SSR'' в приведенных выше реакциях), он может быть вновь восстановлен в цистеин и использоваться клеткой.

21.4.2.4. Тирозин

Биосинтез тирозина у млекопитающих происходит путем гидроксилирования незаменимой аминокислоты фенилаланина. Значительная доля потребности в фенилаланине в действительности обусловлена использованием его для синтеза тирозина. При введении последнего в диету потребность в фенилаланине значительно снижается. В этом смысле тирозин находится в таком же положении по отношению к фенилаланину, как цистеин к метионину. В условиях нормального метаболизма единственно известная роль фенилаланина, помимо его использования для синтеза белка, — это превращение в тирозин.

Фенилаланин-гидроксилазная система (фенилаланин-4-моноок-сигеназа) печени млекопитающих является оксигеназой со смешанной функцией (разд. 13.5.5.4); при осуществлении двухстадийной реакции она использует NADPH и донор электронов тетрагидробиоптерин, — восстановленное производное птеридина, имеющее сходство с фолиевой кислотой (разд. 21.4.2.8).

Реакция (1) катализируется фенилаланин-гидроксилазой, а реакция (2) — дигидроптеридин-редуктазой. Последняя реакция позволяет повторно использовать кофермент, который в итоге переносит восстанавливающие эквиваленты от NADPH (донора электронов) к акцептору электронов — одному из атомов кислорода 02.

GSSG +NADPH+ Н+

2GSH -f NADP+

L-фенилаланин -f- тетрагидробиоптерин -f- 02 —

-»- L-тирозин -j- дигидробиоптерин -f- Н20

дигидробиоптерин -f- N.ADPH + Н+ ->¦ тетрагидробиопте

?

?

ЭигиЗробиопгперин

тегпрагийробиопгперин

«88

III. МЕТАБОЛИЗМ

Фенилаланин-гидроксилаза печени крысы сильно активируется в присутствии фосфоглицеридов, а также в результате ограниченного протеолиза. Активность крысиной фенилаланин-гидроксилазы регулируется механизмом, включающим фосфорилирование и де-фосфорилирование фермента; эти реакции катализируются соответственно с АМР-зависимой протеинкиназой и фосфопротеин-фос-фатазой.

Врожденное отсутствие фенилаланин-гидроксилазы приводит к фенилкетонурии. Носителем рецессивного гена у европейцев является (приблизительно) 1 из 80 человек. В отсутствие этого фермента становятся выраженными минорные пути метаболизма фенил-.аланина, мало используемые у здоровых людей. В результате переаминирования из фенилаланина образуется фенилпировиноградная кислота; последняя экскретируется с мочой в количестве, достигающем 1—2 г/сут. У детей, страдающих фенилкетонурией, рано отмечаются признаки выраженной умственной отсталости; ограничение количества фенилаланина в диете таких детей снижает уровень фенилаланина в крови, прекращает экскрецию фенилпировиноград-ной кислоты и в значительной степени предотвращает развитие умственной отсталости. Накопление фенплпировиноградной кислоты приводит к образованию и экскреции с мочой фенилмолочной кислоты, о-оксифенилмолочной кислоты и фенилукусусной кислоты; последняя экскретируется в составе фенилацетилглутамина (разд. 20.3.2).

21.4.2.5. Пролин и орнитин

Глутаминовая кислота является предшественником для синтеза пролина и орнитина. Последний не входит в состав белков, но является предшественником аргинина (см. ниже). 5-Углеродная цепь глутаминовой кислоты превращается в ?-глутамилфосфат, который восстанавливается в глутамилполуальдегид. В результате переаминирования из последнего образуется орнитин; если же происходит замыкание кольца, то образуется А'-пирролин-5-карбоновая кислота. При восстановлении последней с помощью NADH образуется пролин. Последовательность реакций приведена на рис. 20.4.

21.4.2.6. Серин

Углеродная цепь серина поставляется образующейся в ходе гликолиза 3-фосфоглицериновой кислотой. Последняя окисляется в 3-фосфооксипируват в ходе NAD-завпсимой реакции, катализируемой 3-фосфоглицератдегидрогеназой. В результате переаминирования с глутаматом образуется 3-фосфосерин; после гидролиза серинфосфатазой освобождается серин. З-Фосфоглицератдегидро-геназа и серинфосфатаза ингибируются серином; это обеспечивает

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

889

регуляцию образования серина. Последовательность реакций приведена на схеме (разд. 20.3.2.3). Серин может также образоваться из глицина (см. ниже).

Рассмотренные выше ферменты биосинтеза серина, а именно дегидрогеназа, аминотрансфераза и фосфатаза находятся под гормональным контролем. Введение тестостерона (гл. 44) значительно увеличивает активность этих ферментов в печени, почках и предстательной железе. Активность трансаминазы печени увеличивается после введения кортикостероидов (гл. 45). Различные метаболические функции серина (гл. 23), а также его роль как первичного источника одноуглеродных единиц (см. ниже) значительно повышают роль механизмов, регулирующих синтез серина.

21.4.2.7. Глицин

Главным источником глицина является серин; в реакции, катализируемой пиридаксальфосфатзависимой серин-трансоксиметила-зой, происходит перенос ?-углеродного атома серина на тетрагидрофолат (см. ниже).

Поскольку эта реакция обратима, она обеспечивает дополнительный путь биосинтеза серина.

Серин является первичным источником одноуглеродных единиц (см. ниже). Дополнительным источником служит ?-углеродный атом глицина (реакция катализируется глицин-синтазой, разд. 23.2.6). Значение этого последнего источника как донора одноуглеродных единиц не установлено.

21.4.2.8. Сггруппы

В рассмотренном выше превращении серина в глицин акцептором ?-углеродного атома серина служит тетрагидрофолиевая кислота. Последняя является метаболически важной формой витамина— фолиевой кислоты (гл. 50), которая функционирует как

страница 71
< 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
(15.11.2019)