Биологический каталог




Основы биохимии

Автор Ю.Б.Филиппович

значение для регуляции обмена веществ. Протеолиз выступает как особая форма биологического контроля, однонаправленно обеспечивающего инициацию определенного физиологического процесса.

В последние годы привлекли внимание протеиназы, действие которых активируется Са2 + . Их называют кальпаинами (М = 110 к Да, 2 субъединицы: каталитическая—80 кДа и регуляторная—30 кДа). Они расщепляют белки по границам их доменов, связывая минеральный обмен с регуляцией метаболизма. Их действие ингибируется кальпостатином.

Активный транспорт аминокислот через биологические мембраны.. Свободные аминокислоты, возникающие в результате гидролитического распада белков, используются в основном для ресинтеза белковых тел и лишь некоторая их часть подвергается дальней-_______

шей деструкции. Кроме того, содержание свободных аминокислот в клетке постоянно пополняется за счет их синтеза de novo, охватывающего весь спектр протеино-генных аминокислот у аутотрофов и заменимых аминокислот у гетеро-трофов. Естественно, что существуют системы транспорта аминокислот через мембраны, обеспечивающие их перенос как через внешнюю клеточную мембрану, так и через систему внутриклеточных мембран,

Рис. 89. Упрощенная схема гидролиза пептидной связи в активном центре химотрип-сина

Активный центр фермента содержит остатки серина (195-е положение в полипептидной цепи) и гистидина (57-е положение в той же полипептндной цепи). Фрагменты единой поли-пептидной цепи молекулы фермента условно показаны слева и справа изогнутой линией, в их составе отметены остатки сер и гис с их функциональными группами. В активном центре фермента точно против остатков сер н гис размешается пептидная связь гидролизуемого белка, образованная остатком фен (или тир, три, лей), благодаря контакту радикала фен (или тир, три, леи) с адсорбционным (субстратным) центром фермента, который иа рисунке не показан. Вследствие того, что электронная пара кислорода гидроксильной группы радикала сер акцептируется карбонильной группой пептидной связи, создаются условия для миграции протона от гидроксила сер к имндазольвому радикалу остатка гис н для ацилирования радикала сер с одновременным разрывом пептидной связи. Одновременно протон от имида-зольного ядра радикала гис перемешается к NH-группе дес-тр тируемой пептидной связи (I). После ацилирования радикала сер (II) в активный центр фермента входит молекула воды, инициирующая распад ацильного производного фермента (III) и восстановление исходного состояния активного центра (IV), готового принять новую молекулу субстрата или атаковать пептидную связь, образованную остатками фен, тир, три или лей в том же субстрате

S В цепь

Ш

j а цене ^«.^ jj

^Cep-O-CO \J-rnc>

Ч Ч нон й >

.В цепь

СН—СН2

IV

195

:ер-он

N__

А

Л

Гис С

263

АТФ

Глутаминовая кислота

АДФ+Н, РО.

Рис. 90. у-Глутамилтрансферазный цикл

у-Глутамилтрансфераза встроена в клеточную мембрану н осуществляет транслокацию аминокислот из внеклеточного пространства за счет реакции транспептидирования остатка у-глутаминовой кислоты с глутатиона или другого у-глутамилпептида на транспортируемую аминокислоту и переноса возникшего переносчика, а именно у-глутамиламинокислотного производного, во внутриклеточное (или внут-римембранное) пространство. Здесь благодаря действию у-глутамилциклотрансферазы переносчик распадается на свободную аминокислоту, которая таким образом оказывается перенесенной через мембрану, и пироглутаминовую кислоту, образование которой практически нацело сдвигает реакцию распада дипептида—переносчика вправо. В результате ряда ферментативных процессов (правая часть рисунка) происходит ресинтез глутатиона (или другого у-глутамилпептида, если он участвует в переносе аминокислот), н цикл может повториться снова

что обеспечивает их участие в обменных процессах, развертывающихся в ком-партментах клетки.

Проблему активного переноса аминокислот через биологические мембраны интенсивно разрабатывали многие исследователи. А. Майстер (1973) предложил гипотезу переноса аминокислот через мембраны при посредстве у-глутамилтрансферазного цикла, сущность которой ясна из рассмотрения рис. 90. Согласно этой гипотезе, центральную роль в данном процессе играет фермент у-глутамилтрансфераза. Естественно, что транслокация аминокислот через биологические мембраны осуществляется также белками-переносчиками

264

71

(см. рис. 43). Такие системы переноса изучены для гистидина, лейцина, изолей-цина и валина.

Превращения аминокислот. Соотношения аминокислот в распадающихся белках и новообразуемых за их счет протеинах, как правило, различны. Поэтому известная доля свободных аминокислот, возникших при гидролизе белков и пептидов, обязательно должна быть преобразована либо в другие аминокислоты, либо в более простые соединения, выводимые из организма. Все это осуществляется в результате процессов, которые можно объединить общим названием—превращения аминокислот.

Известны три типа реакций аминокислот в организме: по а-аминогруппе, карбоксильной группе и радикалу аминокислоты.

Реакции по а-аминогруппе однотипны у всех аминокислот, это в основном реакции дезаминирования и переаминирования. Столь же однообразен набор химических процессов по карбоксильной группе аминокислот: это главным образом декарбоксилирование и образование аминоациладенила-тов. В отличие от первых двух типов превращений аминокислот преобразования в радикалах аминокислот исключительно разнообразны, многочисленны и, как правило, уникальны для каждой отдельной аминокислоты. Наконец, есть тип превращений аминокислот, который состоит в образовании пептидной связи между а-аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой. Он осуществляется сложным путем и приводит к синтезу пептидов и белков. Здесь рассматриваются лишь первые три типа превращений аминокислот, а синтез из них пептидов и белков—ниже, в этой же главе.

Реакции по аминогруппе. Наиболее распространенной и важной реакцией аминокислот по а-аминогруппе является дезаминирование. Оно может идти четырьмя путями:

-R-CO-COOH+NH3

Кетокнслота (окислительное дезаминирование)

—. R - сн2 - соон+NH3

Предельная кислота (восстановительное дезаминирование)

R-CH-COOH + NH3 I

он

Оксикислота (гидролитическое дезаминирование)

R - СН = СН - СООН + NH3

Непредельная кислота (внутримолекулярное дезаминирование)

Все перечисленные реакции действительно осуществляются в организмах и каждая из них ускоряется специфическим ферментом; однако распространение их в природе совершенно различно: очень широко распространена 1-я реакция, а остальные три встречаются крайне редко, лишь у отдельных групп организмов.

1. R-CH-COOH+l/202

NH2

2. R-CH-COOH+2H—

I

NH2

3. R-CH-COOH+H20-

NH2

H I

4. R-C-CH-COOH-

I I H NH2

265

Так как преобладающим является окислительное дезаминирование, рассмотрим его подробнее. Процесс этот осуществляется в две стадии. Сначала аминокислота окисляется в иминокислоту при участии специфической дегид-рогеназы с НАД+ или НАДФ+ в качестве кофермента и акцептора водорода. Затем иминокислота спонтанно гидролизуется на кетокислоту и аммиак:

СООН НАД(Ф)+ НАД(Ф)Н + Н+ 900Н 9ООН

сщ « ^ ^-fc сн2 ¦ ^ * сн2

Глутаматдегилрогеназа | I

CHNH, C=NH NH3 t=0

1 I •

соон соон соон

Глутаминовая Иминоглутаровая а-Кетоглутаровая

кислота кислота кислота

Обе реакции обратимы, и таким путем из а-кетоглутаровой кислоты и аммиака в организме образуется глутаминовая кислота.

В некоторых случаях дегидрогеназы аминокислот представлены флаво-протеинами. Так, из грены шелкопряда выделена дегидрогеназа ос-аминокислот, отличающаяся очень высокой активностью и несущая флавиновую группировку в составе кофермента.

Полная эпимолекула глутаматдегидрогеназы (М = 336 ООО) составлена из 6 субъединиц с М = 56000 (см. рис. 46). Каждый из протомеров имеет центры связывания субстрата, кофермента и эффекторов (АДФ и ГДФ активируют, а АТФ, ГТФ и пиридоксальфосфат ингибируют фермент). Первичная структура субъединиц ряда глутаматдегидрогеназ, выделенных из разных объектов, отличается высокой степенью гомологии.

Дегидрогеназы L-аминокислот (в отличие от дегидрогеназ D-амино-кислот) в тканях животных и растений представлены слабо, и только дегидрогеназа L-глутаминовой кислоты проявляет себя исключительно ярко. Поэтому допускают, что большинство L-аминокислот дезаминируется в организме путем переаминирования с а-кетоглутаровой кислотой по уравнению:

соон СООН

I I

CH2 R R сн2

¦^аминокислота:

CH2 + CH<-NH2 =>0=0 + CH2

I оксоглута- ]

С=0 СООН Ра^аза" COOH CH-NH2

I I

соон соон

а-Кетоглутаровая Аминокислота Кетокислота Глутаминовая

(2-оксоглутаровая кислота кислота

Вслед за этим глутаминовая кислота претерпевает окислительное дезаминирование, а выделяющаяся при этом а-кетоглутаровая кислота снова вовлекается в реакцию переаминирования с ос-аминокислотами.

Выделены специфические трансаминазы, ускоряющие реакцию переаминирования между почти всеми белковыми аминокислотами и а-кетоглутаровой

266

кислотой. Механизм реакции переаминирования детально рассмотрен в гл. III. Реакция переаминирования между L-аминокислотами и а-кетоглута-ро'вой кислотой обратима, поэтому при определенных условиях она служит для синтеза L-аминокислот из кетокислот и глутаминовои кислоты. Таким образом, реакцию переаминирования нельзя сводить только к дезаминирова-нию аминокислот; ее роль в организме гораздо шире.

Главным продуктом дезаминирования аминокислот являются а-кетокис-лоты. Лишь в некоторых, особых и мало распространенных случаях в качестве конечных продуктов дезаминирования аминокислот отмечены предельные или непредельные жирные кислоты, а также оксикислоты.

Дезаминирование некоторых аминокислот идет своеобразно. Так, серосодержащие аминокислоты (цистеин и метионин) дезаминируются путем отщепления аммиака и сероводорода или метилмеркаптана (CH3SH) соответственно; оксиаминокислоты (серии и треонин)—путем отщепления аммиака и воды; гетероциклические аминокислоты—путем дегидрирования по кольцу (пролин) с дальнейшим преобразованием продукта дегидрирования и т. д. Однако и в этих случаях конечными продуктами дезаминирования остаются кетокислоты и непредельные кислоты.

Реакции по карбоксильной группе. Превращения аминокислот по СООН-группам сводятся в основном к декарбоксилированию и образованию амино-ациладенилатов. Декарбоксилирование аминокислот осуществляется сравнительно легко в тканях животных и растений, но особенно широко оно представлено у микроорганизмов. Во всех случаях процесс идет по одной и той же схеме:

Декарбоксвлаза

R—СН —GOOH-.R-CH2-NH2+C02

NH2

Простетической группой декарбоксилаз L-аминокислот служит пиридок-сальфосфат, комплекс которого с различными специфическими белками дает начало всем многообразным и высокоспецифичным декарбоксилазам L-аминокислот. Выделены и изучены декарбоксилазы аспарагиновой и глутаминовои кислот, валина, лизина, аргинина, гистидина, тирозина, триптофана и ряда других аминокислот. Механизм действия их ясен из схемы, приведенной на с. 127, и уравнений реакций на с. 133.

В подавляющем большинстве случаев продуктами декарбоксилирования аминокислот являются амины. Так как они образуются в качестве продуктов жизнедеятельности и обладают высокой физиологической активностью, их называют биогенными аминами. Приведем некоторые примеры.

При декарбоксилировании гистидина возникает гистамин:

Гистидиндекар-

N-jj-CHj—СН-СООН боксилааа > CQ + N-гг—СН2—CH2NH,

U У J,H (L-гистндив- 2 У У

XN ' карбокси-лиааа; N

i М=110000,димер) i

н н

Гнстидии Гистамин

Он вызывает усиление деятельности желез внутренней секреции и снижает кровяное давление.

При декарбоксилировании тирозина и триптофана образуются соответственно тирамин и триптамин:

267

^>-СН2—СН2—NH2 Тирамин

СН2—СН2—NH2

Триптамин

Последний легко переходит в 5-окситриптамин (серотонин)—соединение, обладающее многогранным физиологическим действием, имеющее, в частности, отношение к возникновению болевых ощущений при воспалительных процессах.

Декарбоксилирование лизина и аргинина сопровождается образованием кадаверина и агматина:

H2N-(CH2)S-NH2 H2N-C-(CH2)4-NH2

Кадаверин

NH

Агматин

В последнее время важное значение придают тетраметилендиамину (пут-рёсцин), возникающему при декарбоксилировании аминокислоты—орнитина:

H2N -(СН2)3 - СН - СООН ¦

Орнитин-

декарбоксилаза

NH,

> H2N-(CH2)4-NH2+C02

Путресшга

ррнитвв

Тетраметилендиамин служит в организме исходным соединением для синтеза спермидина и спермина (см. с. 211). Оба эти вещества—полиамины, обеспечивающие наряду с диаминами определенные структурные особенности и функциональную активность рибосом.

Не только амины и диамины являются продуктами декарбоксилирования аминокислот. При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется у-аминомасляная кислота:

НООС - СН - (сн2)2 - СООН

Глутамат-декарбоксилаза

H2N - СН 2 - (сн2)2 - СООН+со2

NH2

Глу г а минован кнслота

у-Аминомасляная кнслота

Она накапливается в мозговой ткани и представляет собой нейрогуморальный ингибитор. Аналогично этому из аспарагиновой кислоты получается Р-аланин:

Аспартат-

ноос - сн - сн2 - соон-. H2N - сн2 - сн2 - соон+со2

декарбохсилаза

NH2 Р-Аланин

Аспарагиновая кислота

Он принимает участие в синтезе пантотеновой кислоты (см. с. 162).

Второй важной реакцией аминокислот по карбоксильной группе является образование ими аминоациладенилатов. Эта реакция была отмечена ранее при рассмотрении ферментов, относящихся к классу лигаз (см. с. 137), и будет подробно освещена ниже, в этой главе.

268

Превращения аминокислот, связанные с реакциями по радикалу. Напомним прежде всего, что радикалом аминокислоты принято называть ту часть ее молекулы, которая не принимает участия в формировании хребта полипептидной цепи. По своей химической природе радикалы аминокислот исключительно разнообразны, что служит материальной основой для многообразия присущих им химических реакций. Естественно, что многие из этих реакций осуществляются в процессе обмена аминокислот.

Важнейшим типом превращений аминокислот, протекающих с видоизменением радикалов, является переход одних аминокислот в другие. Благодаря этому в организме значительно усиливаются возможности для синтеза аминокислот. Приведем некоторые примеры.

При окислении фенилаланина образуется тирозин:

НС

.хн

.^/НАДФН+Н+ НАДФ+

HQ 1 §СН

\

н2

H2N—СН—СООН Фенилаланин

Ф иилалаиин-4-гидроксилаза

—v

н,о

он

^,С

нС^ сн

I II

НС. сн

?

^н2

H2N—СН—СООН Тирозин

Гидролиз аргинина приводит к образованию аминокислоты—орнитина:

H2N—С—NH—(СН2)Э—СН—СООН

Н20

V

NH

I

NH2

H2N— (CH2)v—СН—СООН + H2N—С—NH, AprHHflja I II

Аргинин

NH2 Орнитин

О

Мочевина

Из последнего, в свою очередь, возникает либо глутаминовая кислота, либо прелин:

NH, I

fJH2

сн, сн,

СН—NH,

соон

Ориитин

•/го2

Окислительное

->

дезаминирование

^NH,

Полуальдегид глутаминовои кислоты

соон

сн,

страница 44
< 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

Скачать книгу "Основы биохимии" (16.9Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [обратная связь]

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.09.2018)