Биологический каталог




Биологическая химия

Автор Д.Г.Кнорре, С.Д.Мызина

фата являютс предшественниками ряда ли пейных и циклических гидр" фобпых структур.

Ниже основное внимапи

будет уделено чрезвычайно важному для животных и человека и наиболее слож ному пути превращения этих предшественников — биосинтезу стероидов.

Процесс начинается с взаимодействия пзопептепил- и диметилаллилпирофос фатов но реакции 382

-о о

СН,

I

-с-сн,соо-

O-POj

о

II

СН,

~0-Р-0-Р-ОСН,СНгС=СН, + "О о

130

CO, ¦ PP-Ado + HPO?

Сь)

II ^CH, O-P-0-P-O-CHrCH=CC" I I 2 ^CH,

О "О

131

о о сн3 Q О /СН3 -04_о4-осн2снгс=сн2 + -0-P-0-f-OCH2CH< -

-А -о -о "О

130 131

J_0-^-OCH,CH=C-

з /СН3

—> -о-р'-о-Р-оснгсн=с-сн2сн2сн=с' " + РР<

-О -о ХсНз 132

которая приводит к образованию геранилпирофосфата (132) и катализируется диметилаллилтрансферазой. Далее совершенно аналогичная реакция с еще одной молекулой изопентенилпирофосфата, катализируемая геранилтрансферазой, приводит к фарнезилпирофосфату (133):

.СН

8 8 9НЭ сн3 <

о-р-ю-р-осн2сн=с-сн2сн2сн=с-сн2сн2сн=б -А -6 сн3

133

Дальнейшее превращение состоит в соединении двух углеводородных остатков фарнезилпирофосфата с образованием углеводорода сквалена. Схема процесса образования сквалена приведена на рис. 107.

? ? ? "

сн, сн, ен,-сн

9 9 0 9 ? Сз; ? ?

0=»-0* ¦ 0=р-0~—*-рр| ¦ о=р-о" -— сн=сн ¦ РР, у ? * сн,—сн,

II I ( > 135

9 9^ 1 NADPH NADP*

0={>-0~ 0=р-0" 0=р-0"

А- о- А-

134

?4* г4'

где R=-CH=C-CH,CH,CH=C-CH,CH,CHeCРис. 107. Схема образования сквалена Промежуточным соединением является прескваленнирофосфат (134)'

СИ» C1U СИ

э

СН2—СН=С—С112С11аСЯ1=С—С112С112С11=С—С1Ц СН2-CI1==C—CII2CH3C1I=C—CII2CII3CII—С—СНа

СИз СНа 0,1

з

135

383

Рис. 108. Структура сквалена (135), 2,3-эпоксмсквалена (136) и ланогтерина. (137) п нумерация атомов С в сквалене и стероидах

который образуется при участии фер мента прескоаленсинтази. В своей полимерной форме этот фермент спо собеп также проводить реакцию вое становления двойной связи в пресква-лене с помощью ? ?131* - II, что приводит к образованию скоплена.

Характерная для стероидов цикло-пептап перги дрофепаптреиовая структура образуется в результате сложного процесса, который претерпевает 2,3-эпокепсквален (136), превращающийся при этом в соединение, имеющее характерную для стероидов систему конденсированных гетероцшиюв — ланосте-рип. Па рис. 108 представлены углеродные скелеты сквалена (135), 2,3-эпок-сисквалеиа (136) и ланостерипа (137). У последнего нумерация атомов приведена в виде, принятом для стероидов, и поэтому пе совпадает с естественной нумерацией для сквалена. Из сравнения приведенных структур видно, что в ходе реакции, катализируемой сквале-поксиднцпклазон, происходит атака атома С2 сквалена на атом С7, атома С6 на атом СП, атома СЮ на атом С15 и атома СИ па атом С18. Этот процесс нетрудно представить себе как последовательное или синхронное взаимодействие карбокатпопов, образующихся при атакующих атомах, и индуцированное Однако, судя по конечному итогу,

протонированием эпоксидного кольца, циклизация дополнительно осложнена миграцией метплыюп группы из положения 10 по нумерации для сквалена (положение 8 в стероидной нумерации) в положение 14 и двойной связи из положения С1S—С19 в положение СЮ-СП в нумерации для сквалена (С8—С9 в стероидной нумерации). Процесс катализирует? ся ферментом ланостеринсиптазой.

Если сравнить структуру ланостерипа с приведенными в § 2.4 структурами холестерина и некоторых половых стероидных гормонов, то видно, что уже для получения холестерина из ланостерипа нужны довольно глубокие и заведомо многостадийные превращения.

Прежде всего уже у холестерина отсутствуют обе мети.чыше группы при атйме»| 4 и метальная группа при атоме 14 (стероидная нумерация). Кроме того, в холес терине отсутствует двойная связь в боковой цепи. Превращение в прогестерон требует удаления большей части бокового радикала, а при биосинтезе тестостерона и эстрадиола этот радикал полностью элиминируется. Кроме того, эти прен-

о

i

384

ращения должны сопровождаться некоторыми окислительно-восстановительными перестройками в самой системе конденсированных циклов. В настоящее время изучены лишь отдельные стадии этих сложных процессов и лишь отдельные катализирующие их ферменты.

Как уже говорилось, изопентепильпые фрагменты используются для образования широкого спектра гидрофобных структур. Из приведенных в § 2.5 структур некоторых терпенов — гераниола, ментола, камфоры — нетрудно усмотреть, что их углеродный скелет построен из пзопептенпльных фрагментов.

Полимеризация изопентенилпнрофоефата приводит к образованию природного каучука в каучуконосных растениях, которое катализируется ферментом каучук цис-полипренил-цис-трансфераэой. Наконец, присоединение нескольких изо-пентенильных фрагментов используется для придания гидрофобное™ ряду важных молекул, участвующих в переносе электронов и функционирующих в мембранных системах: пластохннопу (см. |j 8.7), убнхппопу (см. § 8.5), хлорофиллу (боковой радикал ? и тол).

9.4. МЕТАБОЛИЗМ АЗОТА

Все элементы, входящие в состав живых организмов, находятся в состоянии непрерывного обмена между биосферой, т.е. совокупностью всех живых организмов, и средой их обитания — атмосферой, гидросферой, почвами. Однако значение и масштаб этого обмена резко различаются для разных биогенных элементов. .Особенно интенсивным этот обмен является в случае углерода, водорода и кислорода, поскольку он лежит в самой основе существования подавляющего большинства современных живых организмов, в том числе всех высших животных и растений. Жизнедеятельность животных неразрывно связана с непрерывным окислением органических соединений до воды и С0> атмосферным кислородом. Основой жизнедеятельности растений является фотосинтез, в ходе которого из воды извлекаются атомы II для восстановления С02 до сложных органических молекул,

Четвертый важнейший биогенный элемент — азот — в этом отношении кардинально отличается от трех предыдущих. Практически весь азот в составе живых-организмов находится в степени окисления —3, соответствующей аммиаку или иону аммония, и подавляющее большинство жизненно важных биохимических процессов, в которых участвуют азотсодержащие соединения, происходит без изменения степени окисления азота. Исключение составляют лишь некоторые почвенные бактерии, способные превращать ноны аммония в нитраты и нитриты, которые составляют существенную часть запасов азота в почве. В таком виде азот может усваиваться почвенными бактериями и растениями, которые обладают ферментными системами, катализирующими восстановление нитритов и нитратов до аммонийной формы и обеспечивающими тем самым возможность поступления азота в состав аминокислот, нуклеотидов и других классов азотсодержащих веществ, функционирующих в Живых организмах. '

Однако часть азота все же ускользает из биосферы, в первую очередь в результате деятельности специальных бактерии, восстанавливающих нитриты до молекулярного азота ?>. Поэтому существует необходимость пополнения запасов азота в биосфере. Источником его является фиксация азота некоторыми спе-

13 Биологическая химия

циальными видами бактерии, которые известны как азотфпксирующпе бактерии. Масштаб фиксации атмосферного азота этими бактериями оценивается величиной порядка ??7—??8 ? в год, что па несколько порядков ниже масштаба, фиксации СОг, но все же составляет достаточно внушительную величину.

Ввиду огромного практического значения проблемы питания азотом сельскохозяйственных растений ферментная система, обеспечивающая фиксацию ?2, является предметом интенсивного исследования. Эта система, известная как нитрогеназа, катализирует шестиэлектронное восстановление ?2 до ионов аммония по уравнению

?·> + бе + 811* -¦ 2M1J (IX.35)

Изученные образцы нитрогеназы состоят из двух основных, компонентов — редук-тазы и собственно нитрогеназы. Оба компонента имеют в своей основе ферредок-сины, содержащие железосерные кластеры (см. § 2.6), а нитрогеназа, кроме того, содержит молибден. Редуктаза, обеспечивающая подачу на пптрогеиазу электронов с высокой восстанавливающей способностью, при своем функционировании расходует АТФ. Для бактерий Clostridium pasteurianum, из которых она впервые была выделена, расход АТФ оценивается в 12 молекул на каждую восстановленную молекулу N2.

Ионы аммония могут вводиться в состав органических молекул непосредственно по реакциям, катализируемым соответствующими ферментами, принадлежащими классу синтетаз. Например, глутамин образуется из глутамнновой кислоты и иона аммония по реакции

~OOC-CH(NHt)CH2CH,COO~ +¦ Nrlt + PPP-Ado —

. 2. (азе)

—> -OOC-CH(NHpCH2CH2CONH2 + PP-Ado + HP04

при участии глутамин егштетази. Однако в большинстве случаев азотсодержащие группы поступают в биологические молекулы с помощью промежуточных переносчиков. К их числу прежде всего относится глутамат, который образуется по реакции

"ООС-СОСН2СН2СОО~ + ??? + NAD(P)-H —

—- "OOC-CH(NH3H)CH2CH2COO-+NAD( Р)+ + Н20 (?37?

катализируемой глутамат дегидрогепазами, работающими с участием либо NAD-И, либо NADP-H. Глутамат далее участвует в многочисленных реакциях иереаминиро-вания с различными кетоки слотам и. Многие примеры таких реакций рассматриваются в следующем параграфе.

Вторым важным переносчиком азота является аспартат, который образуется из ионов аммония и фумарата в реакции

~ООС-СН^Нз)СН2СОСГз== (транс-) "ООССН-СНСОО" + NH* ЩМ

386

НН,СО— OPOJ-

+ \

-ООС—СН(МН*)СН,СН,СН,МН,.—1

т

[гШ.-С-НнТ!-

!__&___!

^ - OOC-CHtNH^CH^HjCHjNH-C-NH,

v-- /39 о

so

-OOC-CH(MHj)CH1CHiCH2NHC.-.HH1 NH

ни, i

•"OOC-CHtNHiJCHjCOOT

?-Ado + PPj

(гпранс -) "OOC-CH=CH-COO"

OOC-CHJNH^CHjCH^H^H-C-MH,

w И

i

CH,-CH

? 7 ?

COO" COO"

Рис. 109. Цикл мочевины (номера стадий соответствуют используемым в тексте)

катализируемой аспартат аммиак-лиазой. Кроме того, донором азота в; ряде процессов является 7-Nllo-rpynna глутамин а.

Реакции (IX.37) и (IX.38) являются обра

страница 92
< 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

Скачать книгу "Биологическая химия" (8.81Mb)


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

п»ї
Rambler's Top100 Химический каталог

Copyright © 2009
(22.06.2017)