. В печени крыс деградация лизина происходит главным образом в митохондриях; при этом, по-видимому, осуществляются реакции, обратные тем, которые имеют место при синтезе лизина (разд. 20.4.1.9).

NH,

I

?,?—сн,—сн2—сн2—сн,—сн—соон

H2N—CH2—CHj—сн2—сн2—с—соон

ог-кето-Е-аминокагфоновая кислота

соон

H2C—NH—CH

I I

сн2 сн2

сн, сн,

сн2

HCNH,

I

соон

I

соон

сахаросрин

"?' чСООН

Д -пиг,ери8еин-2-карооновая кислота

ЛГ^СООН ?

липеколиноваа кислота

->Г "СООН Л!-пипериВеин-Ь-карбоновая кислота

?

0=С—СН2—СН,,—CHj—сн2—СООН NH2

ot-аминоаЭипил -S-полуа льЭегиЭ

1

НООС—СН2—СН2—СН2—СН—СООН NHj,

ci-аминоаЭипиновая кислота

1

НООС—СН2—СН2—СН2—COSCoA глутарил -СоА

-со,

NAD* СоА5Н

НООС—CHj,—СН2—СН2—С—СООН ct-кетоаЭипиновая кислота

НООС—СН2—СН=СН—COSCoA глутакони л- СоА

-со,

CHS—СН=СН—COSCoA кротонил-СоА

2 СН3—С—СоА О

2 ацетилгСоА

HP J NAD*

СН3—С—СН,—COSCoA

аЦепгаацетил-СоА

Рис. 23.9. Предполагаемые пути метаболической деградации лизина.

27*

956

III. МЕТАБОЛИЗМ

В ходе деградации лизина образуется сахарофин (разд. 20.11), далее открывается прямой путь (обходящий циклические промежуточные соединения) к а-аминоадипил-е-полуальдегиду (рнс. 23.9). Этот полуальдегид образуется также и в ходе другого пути деградации лизина (рис. 23.9), начинающегося окислительным дез-аминированием, которое катализируется оксидазой L-амннокислот печени. Образующаяся кетокислота спонтанно циклизуется в А'-пи-перидеин-2-карбоновую кислоту; восстановление последней ферментом, функционирующим как с NADH, так и с NADPH, приводит к пипеколиновой кислоте. Последняя окисляется в ?'-пипери-деин-6-карбоновую кислоту, которая в присутствии АТР и Mg2+ окисляется митохондриями печени до ?-аминоадипиновой кислоты (через стадию полуальдегида). Печень содержит пиридиннуклео-тидзависимый фермент, катализирующий окисление а-аминоади-пил-е-полуальдегида в ?-аминоаднпиновую кислоту. Последняя путем переаминирования переходит в ?-кетоадипиновую кислоту, из которой в результате окислительного декарбоксилирования образуется глутарил-СоА; дальнейшие превращения приведены на рис. 23.9.

Третий путь деградации лизина в тканях млекопитающих, а также у дрожжей протекает через стадии образования ацнлнро-ванных промежуточных соединений и, таким образом, обходит путь, включающий стадию циклизации кетопроизводного лизина

СН,

снч

NH2 I

H2N—(СН2)4СНСООН

лизин

NH,

с=о

? ? -

HN—(СНг)4СНСООН

?-?- ацетиллизин

О

О

II

NH2(CH2)4CCOOH —

rt-кето-е-аминокап-роновая кислота

Д^пилерчЗеин-

2- карбон овая кислота

и т.о.

с=о I II HN—(СН2)4С—СООН

о4-кето-Е-ацетами9о-капроновая кислота

ОН

HN—(СН2)4СНСООН

оС-окси-ь-ацетамиЭо-капроновая кислота

НООС(СН2)3СООН

•глутаровая кислота

ОН

I

• H2N(CH2)4CHCOOH

оС-окси- ь-аминокапро-ноаая кислота

Рис. 23.10. Ацилированные промежуточные соединения, образующиеся в процессе

деградации лизина.

23. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. IV

957

NH,

СН2—СН2—СН;—СН2—СН—СООН СН2—СН,—СН,—СН,—СН—СООН ¦—> ??, ??, ??,

d-лиэин l-лизим

Н..О переаминиро-

СН,—СН,—СН,—СН,—С—??, СН,—СН,—СН,—СН,—СООН ,

j^^" - ванне

??2 О NH,

б - аминовалериановая г-аминовалерамиЭ кислота

? NAD*

CoASH , ,„ __, ^-, , „ , -?20 ,

0=C—CH,—CH,—CH,—COOH > НООС—СН,—СН,—СН,—С—S—СоА

глутаровый

полуалВегив глутарил-СоА

?,? О

НООС^СН,—СН=СН—С—S—СоА С°2 > СН3—СН=СН—С—S—СоА-> Acetyl СоА

О О глутакопи л - СоА кротонил - СоА

Рис. 23.11. Катаболизм лизина микроорганизмов.

в пипеколиновую кислоту. Фермент печени катализирует образование е-А/-ацетнллизина. Ацильный остаток сохраняется на стадиях, ведущих к а-окси-е-ацетамидокапроновой кислоте (рис.23.10), из которой (после деацилировання) образуется глутаровая кислота. Если же деацнлнрование осуществляется на более ранней стадии, то возникает возможность метаболических превращений по пипеколатному пути (рис. 23.10).

Катаболизм лизина у микроорганизмов протекает через стадии образования промежуточных соединений, показанных на рис. 23.11. Взаимопревращение D- и L-лизина катализируется пиридоксальфосфатзависимой рацемазой. При действии t-лизин-оксигеназы (М 191 ООО) из L-лизина образуется ?-аминовалерамид. Молекула этой оксигеназы содержит две молекулы FAD и, по-видимому, катализирует окисление, дезаминирование и декарбоксилирование. Образовавшийся амид превращается затем дезамидазой в ?-аминовалериановую кислоту. Из последней в результате переаминирования образуется глутаровый полуальдегид; далее через стадии глутарил-СоА, глутаконил-СоА, кротонил-СоА происходит образование ацетил-СоА. Следует отметить, что переаминированне ?-аминовалерата с образованием полуальдегида и последующее окисление до глутарата происходит также у крыс.

Некоторые Clostridia сбражявают лизин; при этом первоначально происходит обратимое превращение L-лизина в ?-?-лизин, катализируемое пиридоксальфосфатзависимой аминомутазой {М 285 ООО):

NH2

!

H2N—СН2—СН2—СН2—СН2— С ?—С ООН <—> L-а-лизян

??2

-*¦ ?2?—СН2—СН2—СН2—СН—СН2—СООН

L-?-лизин

958

III. МЕТАБОЛИЗМ

В ходе этого превращения происходит перенос аминогруппы от а- к ?-углеродно-му атому и атома водорода (в противоположном направлении). При окислении ?-?-лизина образуются конечные продукты ферментации, а именно ацетат, бути-рат и NH3.

23.2.13. Аргинин

Катаболизм аргинина у млекопитающих, приводящий к образованию орнитина и мочевины, был описан выше (разд. 21.4.4). Был также рассмотрен путь дальнейших превращений аргинина (разд. 23.2); этот путь характерен также для В. subtilis и Е. coli.

У других микроорганизмов осуществляются различные пути катаболизма ар-гииииа. В ходе одного из таких путей происходит деградация до агматииа (разд. 22.6.1.1.) и 1,4-диаминобутаиа, далее образуются спермин и спермидин (разд. 22.6.2); в ходе другого пути образуется цитруллин, а из последнего — орнитии; еще одни путь включает последовательность превращений: ?-гуаиидинобутир-амид—»-у-гуанидиномасляиая кислота—унитарный полуальдегид; наконец, деградация по пути: ?-кетоаргпнин—«-у-гуанидпнобутнральдегнд—>-у-гуаниднномасля-ная кислота—>-у-аминомасляиая кислота+мочевииа.

23.2.14. Гистидин

Из гистидина в результате переаминирования может образоваться соответствующий имидазолпируват; однако главный путь деградации гистидина начинается катализируемым гистидин — аммиак-лиазой, а, ?-элиминированием молекулы NH3 с образованием урокановой кислоты. Механизм этой реакции включает промежуточное образование аминофермента.

?

? ??2 ? ilH2

HC=C—C-CH-COOH + ? — НС=С—CjrCH-COOH N„ NH н ?*. .?? ?~

Я с л

н н он

гистиЭин

?

Н20 + НС=С-С=СН-СООН + ??2—? ?^/??

Н NH3 + ?

урокановая кислота

Гистидин — аммиак-лиаза печени крысы является ферментом, нуждающимся в сульфгидрильных соединениях. В активном центре фермента (?? 200 ООО) находится остаток дегидроаланина

23. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ 1\

959

??

I

(СН2=-С—СО—). Активность фермента в печени крысы значительно увеличивается в период, предшествующий половой зрелости, достигая уровня, который сохраняется у взрослого животного. Увеличение активности у молодых животных ускоряется при гипо-физэктомии, что указывает на тормозящее влияние гипофизарных гормонов на активность и (или) синтез фермента. У лиц с врожденным заболеванием гистидинемией гистидин — аммиак-лиаза отсутствует; это приводит к повышению содержания гистидина в крови и моче.

Уроканатгидратаза катализирует трансформацию урокановой кислоты в имидазолон-3-пропионат. Эта реакция характеризуется вовлечением элементов воды и осуществлением процессов внутримолекулярного окисления и восстановления; ее механизм еще не установлен. Далее имидазолонпропионат-гидролаза осуществляет гидролиз до гх-формиминоглутаминовой кислоты. Формиминовая группа может быть перенесена специфической трансферазой в К5-положение тетрагидрофолиевой кислоты. Ы5-Формиминотетра-гидрофолиевая кислота гидролизуется, циклизуется в Г\т5,№°-мете-нилпроизводное; далее может образоваться Ы10-формил- или №,Г\[10-метилентетрагидрофолиевая кислота (рис. 21.2). Таким образом, атом С-2 имндазольного кольца гистидина возвращается в пул одноуглеродных фрагментов. Животные и люди с недостатком фолиевой кислоты или витамина В[2 выделяют большие количества формиминоглутаминовой кислоты; это свидетельствует о том, что главным путем метаболизма формиминогруппы является ее превращение в метальную группу.

Небольшое количество имидазолон-3-пропионата может окисляться до гидантоин-5-пропионата, который не подвергается дальнейшим превращениям, а выделяется с мочой. Пути метаболизма гистидина приведены на рис. 23.12.

У некоторых микроорганизмов формиминоглутаминовая кислота подвергается гидролизу либо до глутамата и формамида под действием формиминоглутамат-гидролазы. либо до формилглутамата и ??4 под действием N-формил-ь-глутамат-иминогидролазы. Последний фермент (?? 100 ООО) состоит из двух одинаковых субъединнц. Исследования, проведенные на микроорганизмах, позволили выяснить регуляторные механизмы, функционирующие иа пути деградации гистидина. У Klebsiella aerogenes гистидин —аммиак-лиаза. уроканатгидратаза и формими-ноглутамат-гидролаза индуцируются гистидином и урокановой кислотой, а репрессируются глюкозой и глицерином.

Эрготионеин — бетаин 2-меркаптогистидина находится в высокой концентрации в эритроцитах человека (20—30 мг/100 мл цельной крови) и обнаружен также в печени и мозге; его содержание высоко в семенной жидкости кабана. Этот бетаин, возможно, выполняет у млекопитающих определенные метаболические

III. МЕТАБОЛИЗМ

HC=C—СН,—CH2

I I I ?^,,?? ??2

?

гистамин

HC=C—СН,—СН,

I

-?—СН, ??,

1- метилгиотамин

НС=С—СН,—СН—СООН'

J. г.

?

НС=С—СН,—СН—СООН

I I 2 I

N^C^N-CH3 NH2 ?

ГметилгистиЭин

гистиЭин

НС==С—СН2—С—СООН I I II

?^?? О

им иЭазсл пировинограЭна" кислота

H3C-N^N ?

??,

Зметилгиг.тиЭин

НС=С—СН2—СООН

?^??

м иВазо л уксусная кислота

нс=с—сн=сн—СООН I I

?^?? ?

урокановая кислота

о=с