ин) —^-.глицин.

918

III. метаболизм

холин

метионин

S-аОенозилметионин

vjjjj^ бетаинальЭегиЗ

бетаин

гомоцистеин +¦ п^-метил-Нгфолат Эиметилглицин

креатин, Б-аоенозилгомоцийтеин

холин и т.Э.

N5,10- метилен-Н.-фолат^монометилГлИЦЯ1

/»л ^_пйровинограЭна^

2 кислота

¦ серии ¦

(?

глицин

Рис. 22.1. Некоторые аспекты метаболизма метильных групп. Н4-фолат — тетрагид-

рофолиевая кислота.

Конечная судьба Q-единиц у животных не вполне ясна. При введении животному метионина или саркозина, меченных 14С по •метальным группам, изотоп попадает в ожидаемые положения рассмотренных выше соединений. Однако значительная доля введенного изотопа появляется также в виде 14С02 — это окончательный .вид меченого углерода: лишь небольшое количество его выделяется с мочой в составе креатинина, Ы'-метилникотинамада и т. д. В метаболизме животного не обнаружена реакция, в результате которой происходит прямое превращение углерода Ci-произ-водного тетрагидрофолиевой кислоты в двуокись углерода, однако у других организмов это главный путь метаболизма Срединиц. Наиболее вероятный путь окисления Ci-единиц в С02 — рекомбинация N5- 10-метилентетрагидрофолиевой кислоты с глицином, приводящая к образованию серина (разд. 21.4.2.6), который далее при действии сериндегидратазы (разд. 23.2.5) превращается в пирови-ноградную кислоту. При окислении пировиноградной кислоты в цикле лимонной кислоты из углерода, ранее входившего в состав Ci-пула, образуется С02. Некоторые рассмотренные процессы приведены на рис. 22.1, а также на рис. 21.2.

22.4. Синтез порфиринов

Структурные особенности порфиринов и функции некоторых специфических классов порфиринов в процессах биологического окисления рассмотрены в гл. 12.

22. метаболизм аминокислот. III

919

Сведения о реакциях биосинтеза порфиринов были первоначально получены в исследованиях, в которых следили за синтезом меченного изотопами протопорфирина гемоглобина либо после введения экспериментальным животным (а также людям) меченого глицина, либо в опытах in vitro путем инкубации содержащих ядра эритроцитов (кур или уток) или их гемолизатов с меченным изотопом глицином.

22.4.1. Синтез протопорфирина

Первая стадия в последовательности реакций, ведущих .к синтезу протопорфирина, непосредственного предшественника гема, катализируется ?-аминолевулинат-синтазой. Очищенный фермент {?? 3+5-105) из печени крысы абсолютно специфичен к субстратам — глицину и сукцинил-СоА; кофакторами его являются пири-доксаль-5'-фосфат и Mg2+ (рис. 22.2). Глицин реагирует со связанным с ферментом кофактором, образуя шиффово основание; в результате стабилизации анионом ?-углеродный атом глицина становится более сильным нуклеофилом. Далее следует нуклео-фильная атака на сукцинил-СоА и образуется связанная с ферментом и-амино^-кетоадипиновая кислота; при декарбоксилировании последней образуется ?-аминолевулиновая кислота.

Как ?-аминолевулинат-синтаза, так и ?-аминолевулинат-дегид-ратиза (см. ниже) являются регулируемыми ферментами; они ин-гибируются гемом, гемоглобином и другими гемопротеидами. б-Аминолевулинат-синтаза, катализирующая первую реакцию рассматриваемого лути, является ферментом, определяющим скорость всего процесса; она сама претерпевает быструю деградацию, период ее полураспада (в печени млекопитающих) около 1 ч. После введения аллилизопропнлацетамида количество этого фермента в печени может увеличиться почти в 50 раз; это приводит к экспериментальной порфирии, которая напоминает заболевание человека — острую перемежающуюся порфирию (гл. 32). У таких больных активность фермента повышена; заболевание наследуется по аутосомному рецессивному типу.

Имеются данные о том, что некоторые лекарственные препараты и гормоны, особенно метаболиты стероидных гормонов с избирательно насыщенным кольцом А (гл. 45), также индуцируют синтез печеночной ?-амннолевулинат-синтазы.

Репрессорное действие гема на синтез фермента проявляется, по-видимому, либо на посттранскрипционной стадии, либо иа стадии транскрипции.

У растений ?-аминолсвулиновая кислота образуется пе из глицина исукцинил-СоА, а из глутаминовой кислоты; при этом используется целиком се 5-углерод-ный скелет. Имеются данные, что промежуточным продуктом является а-кетоглутарат, образующийся из глутамата в результате переаминирования. Гипотетиче-

920

III. МЕТАБОЛИЗМ

C-H

Е+рн2с^д. он

? ? + H2N—СН2—СООН

пириЭоксаль- \ — QH

5-фосфагп

н—c=n—сн2—соо-он

J5

h-c-n—сн,—соо-

он

сн3

шиффово основание,, связанжэе с ферментом

N сня

/с-

? ?

?

?—c=n—сн—соо-

ХРН.

(сн2)2

s+c=o-.-Mg2T ?—ciPc—?-

У г

-рн,с

о ii

с-

^№2сХон

XX

СоА

сукцинил-СоА

?

с-^он I

сн, I

сн.

-рн,с.

?" СН,

с=о I

сн, I

??2

У-аминолевцлинова»; кислота

Рис. 22.2. Предполагаемый механизм действия б-аминолевулинат-синтазы. В качестве катиона указан Mg2+; однако вместо него могут функционировать также Мп2+ и Со2+ (эти катионы менее активны). Благодаря участию в реакции катионов нуклеофильная атака полуацетали становится более эффективной, что ускоряет образование шиффова основания с глицином; катионы могут также активировать последующую конденсацию либо путем увеличения положительного характера карбонильной группы тиоэфира сукцинил-СоА, либо путем экранирования отрицательного заряда атакующего нуклеофила. Образование б-аминолевулиновой кислоты завершается на стадии ее освобождения из связи с ферментом. ? — эте-рифицированный ортофосфат.

22. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. Ill

921

ский иитермедиат между а-кетоглутэратом и 6-аминолевулинатом,— а именно ?,?-диоксовалерат, из которого при переаминировании мог бы образоваться рассматриваемый продукт, до настоящего времени не идентифицирован.

В реакции, катализируемой Ь-аминолевулинат-дегидратазой, при конденсации двух молекул б-аминолевулината образуется пор-фобилиноген. Фермент из печени быка был получен в кристаллическом виде; его ? 290 ООО, он состоит из восьми идентичных поли-поптидных субъединиц; он тормозится по принципу обратной связи гемом и упомянутыми выше гемсодержащими соединениями.

г

соон I

сн, I

CHj,

?—КН2 + 0==р

сн,

I

??,

I

соон I

сн,

?

-?,?

и

соон I

сн,

? -

сн.

=с

соон

? —

сн, I

??,

I

н

?

?--?+

I ir

COOH

соон j 1 сн»

сн. ?»

Q —с

I —^_ I

r

COOH

CH,. H—с—

? —

NH,

N

I

?

n2c

CH, I 2 NH,

II

COOH I

04

CH,

I z

—C-OH I

CH,

/ 2

NH,

ir

COOH I .

соон сн:

I

I II

COOH

I

COOH CH.,

? ? -

CH2 CH,

I I 2 с-с

II II

С. /СН

CH^N^ I I NH2 ?

порфобилИНогеН

Рис. 22.3. Механизм конденсации двух молекул ?-аминолевулииовой кислоты, приводящей к образованию порфобилиногеиа; ?—??2 обозначает дегидратазу б-аминолевулината и ее функциональную аминогруппу; I н II обозначают молекулы <5-амииолевулиновой кислоты, участвующие в реакции конденсации (см. текст).

25—1358

922

III. МЕТАБОЛИЗМ

Механизм катализируемого дегидратазой образования порфобили-ногена приведен на рис. 22.3. Одна молекула ?-левулината образует шиффово основание с ферментом; затем следует нуклеофильная атака образовавшимся промежуточным анионом карбонильного углерода второй молекулы ?-аминолевулината. При альдольной 'Конденсации выделяется молекула воды, и свободная аминогруппа второй молекулы субстрата вытесняет аминогруппу фермента путем транс-реакции Шиффа; в результате образуется порфобилино-ген.

22.4.1.1. Превращение порфобилииогеиа в протопорфирин

Путь превращения порфобилиногена в протопорфирин и процесс синтеза гема приведены на рис. 22.4. Поскольку в синтезе порфирина используются четыре молекулы порфобилиногена, все азоты порфирина имеют своим источником глицин. Исследования с применением изотопов показали, что в синтезе каждого порфи-ринового ядра используется восемь метиленовых углеродных атомов глицина. Из числа этих восьми атомов углерода четыре занимают положение 2 в каждом из пиррольных колец, т. е. они находятся в кольце рядом с атомом азота, другие четыре атома оказываются в метеновых мостиках между кольцами. Остальные 26 углеродных атомов порфиринового ядра поступают из сукцн-нил-СоА.

Ферментные препараты, использующие порфобилиноген для синтеза порфирина, были выделены из растений, микроорганизмов и тканей животных. Синтез гема и хлорофилла осуществляется по общему пути, ведущему к образованию протопорфирина IX (рис. 22.4). Внедрение в последний железа, приводящее к образованию гема, катализируется феррохелатазой. У растений наряду с синтезом гема в протопорфирин IX внедряется магний, образуя магиийпротопорфирин, который в пластидах превращается в хлорофилл.

Синтез протопорфирина начинается с конденсации четырех молекул порфобилиногена, катализируемой порфобилиноген-дезами-назой; при этом постулируется образование промежуточного соединения— полипиррилметана, который превращается в уропор-фирнноген I. Этот бесцветный хромоген может либо претерпевать аутоокисление, образуя один из мочевых пигментов — уропорфн-рин I (рис. 22.4), либо декарбоксилироваться, образуя копропор-фириноген I, который в свою очередь может окисляться в копро-порфирин I. Возможен также другой путь превращений полипиррилметана; в присутствии изомеразы может образоваться уропор-фирииоген III, который сходным образом может превратиться в уропорфирин III, копропорфириноген III или копропорфирин III. Копропорфириноген III в результате окисления и декарбоксили-

22. .МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. Ill

923

соон

?

ноос сн, нгс сн2

?? порфооилиногея

I порфабилиноген-J Йсэаминаза

«опропорфирин 1U кспропорфирмноген 111 копропорфириноген I гюпропорсрир I

оксидаэа

Тратопорфирин Ш [???) гем

Рис. 22.4. Путь синтеза гема и других порфирннов нз порфобилиногена. А — уксусная кислота; ? — пропионовая кислота; ? — метил; V — внннл.

25*

924

III. МЕТАБОЛИЗМ

рования может превратиться в протопорфирин III (IX). Ферменты, выделенные из печени быка, синтезируют преимущественно порфирипы III серии.

При синтезе тема внедрение железа происходит после з