|
|
Биологическая химиятимыми и играют роль не только в образовании азотсодержащих соединений, но и в выводе азота из органических молекул, если они подлежат дальнейшей деструкции в биоэнергетических целях или должны использоваться как сырье для синтеза других, не содержащих атомов N, классов органических молекул. Так, уже говорилось, что аминокислоты в определенных физиологических ситуациях могут использоваться для биосинтеза' Сахаров путем глюконеогенеза. Для этого необходимо удаление аминогрупп,! которое достигается путем реакции переамннированпя с а-кетоглутаратом. Удаление аминогруппы из образующегося глутамата может происходить путем обращения глутаматдегидрогеназной реакции. Происходящее при этих процессах накопление аммиака не может продолжаться неограниченно вследствие токсичности повышенных концентраций ионов аммония. Поэтому в условиях ивбытка ионов аммония должен существовать путь вывода избыточных солей аммония из организма. У млекопитающих это осуществляется путем превращения их в мочевину в специальном цикле мочевины, схема которого приведена на рис. 109. Аммиак в цикл мочевины поступает в виде аминогруппы аспартата, который может образовываться по реакции (IX.38), и в виде карбамоилфосфата, образующегося по реакции NH* + С02 + 2 PPP-Ado NH2CO-OP03~+ 2PP-Ado + НРО3" (П. 39) катализируемой карбамоилфосфат синтетазой. В цикле в качестве регенерируемого компонента принимает участие аминокислота орнитин (138), которая не относится к числу аминокислот, формирующих белки, но является важным компонентом азотного обмена. Цикл состоит из следующих четырех реакций: 1) перенос карбамоильного остатка от карбамоилфосфата на 6-аминогруппу орнитина с образованием аминокислоты цитруллипа (139) "OOC-CHfNHjlCHjCHjCHiNH* + NHjCO-OPO^ —-138 (П.Щ OOC-CH (NHj) CH2CH?CH2-NHCNH2+ HPO^" 139 О который катализируется ферментом орнитин карбамоилтрансферазой; 2) взаимодействие цитруллипа с аспартатом с образованием аргининосукцнна-та (140), сопряженным с гидролизом АТФ до АМФ и пнрофосфата "OOC-CH(NH3)CH2CH2CH2-NHt^NH2 + PPP-Ado + -00С—CH(NH3)CH2COO- —- О — -00С—CH(NH*)CH2CH2CH2—NH—С—NH2 + P-Ado + РР; (ШЛ1) ? I "OOC-CH-CHj-COO" Щ которое проходит с участием фермента иршпии о сукцинит сиитетази; 3) отщепление фумарата от аргнипносукцината, катализируемое аршииносук-цинат лиазой и приводящее к образованию аргинина: -OOC-CHfNH^ )CH,CH,CH,-NH-C-NH, -- 3 2 2 2 Ц 2 N I -оос-сн-сн2-соо_ -00C-CH(NHt )ch,ch,ch,-nh-c-nh, + _оос-сн=сн-соо- NH, (??2) 4) гидролиз аргинина с помощью фермента аршнази, приводящий, к отщеплению мочевины и регенерации орпптпиа: ~00C-CH(NHt )сн2сн,сн-NH-C-NHj+HjO — "оос-сн (NH, ]сн,снгснгNH^+ NHjCONH, NH, {Я.») Как и в случае цикла трикарбоновых кислот, некоторые из компонентов, функционирующих в цикле мочевины, могут расходоваться в других биохимпчес- 388 ких превращениях. Очевидно, например, что часть аргинина может использоваться в биосинтезе белков. Поэтому необходимо пополнение запасов компонентов цикла. Основным путем является биосинтез орнитииа из глутамата, который проходит в результате трехстадийного превращения: 1) фосфорилирование -?-карбоксилыюй группы глутамата с образованием ?-глутамилфосфата -0аСС][2СН2С11(М1*)С00" + PPP-Ado -+ / (IX.44) -¦ 2-ОзРОСОС1[2С112С11(М1рСО0- + PP-Ado при участии фермента глутамат кинази; 2) восстановление 7-глутамплфосфата с помощью NADP - ? при действии фермента ыутаматсемиалъдегид дешдрогеназы: 2-03P0C0CH2CI[2CII(Nl[J)C00- + NADP - ? (+"^ » (??.45) -¦ ПРОЗ- + HC0CII2CII2C1I(NII*)C00- + NADP* 3) переаминирование семиальдегида с глутаматом с образованием орнитина, катализируемое орнитин амииотрапсферазой: -00CCH(NH*)CII2CII2C00- + 1[С0С112С112СН(М1*)С00- -¦ (IX.46) -» -00СС0С][2СН,С00- + NH*CI[2CH2C1I3CII(N]I*)C00- Помимо расходования аргинина из числа процессов, уводящих циклически работающие компоненты, следует упомянуть расходование орнитина на образование группы аминов, принимающих участие в нейтрализации отрицательных зарядов нуклеиновых кислот. Простейший из них — пушресцин (14J) — образуется путем декарбоксилирования орпптпиа при действии фермента орнитин декарбок-силазы: NH*CH2CH2C1I2C1I(NI[*)C00- (+И^ > NII*CII2CII2CII2C]I2NH* + С02 (IX.47) 141 Путресцин может подвергаться ал кпл пропан ню З-амппопроппльпым остатком, донором которого служит 5 -дезоксп-з -адепозил(3-амппопропил)-метплсуль-фоний (142), образующийся при действии фермента аденозиллгетионии декарбок-силазы на S-аденозилметионин: 389 сн3 сн3 "*?~~с|н2 о Ade +s—сн2 ЬС/ — +c°2 ? сн2 он он сн2 5н~5н nh3-ch-coo- nh^-ch 13 v-n2 При взаимодействии этого алкилирующего реагента с путресцином, катализируемым спермидин синтазой, 'образуется спермидин (143): NrilCHjl^NH*+ S—CH,0 Ade -> ??,???,? NH2(СН2)3 ??3 + CH3-S-CH2 Ade nh3 fiToH X^lH а при повторном действии того же реагента на спермидин при участии фермента спермин синтазы образуется спермин (144): nh3(ch2)3nh2(ch2)4NH2(ch2)3nh3 т 9.5. БИОСИНТЕЗ И ВИОХИМИНКСКИЙ ПРЕВРАЩЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ Двадцать аминокислот, из которых на рибосомах формируются новые полп-пептидные цепи, т.е. создается весь набор свойственных данному живому организму белков, являются важнейшими компонентами всех живых организмов и должны поставляться в значительных количествах. Растения и большая часть микроорганизмов способны производить весь набор аминокислот и, следовательно, располагают набором всех ферментов, необходимых для их биосинтеза. У животных, аналогично тому, как это имеет место в случае коферментов и кофакторов, часть ферментов, необходимых для биосинтеза аминокислот из простых и доступных предшественников, отсутствует, в связи с чем некоторые аминокислоты должны быть получены ими с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми. К их числу относят триптофан, фепплалаипп, валпп, изолейцин, лейцин, метионин, лизин, аргинин, гистндпп и треонин. Строго говоря, к этой же категории следовало бы отнести цистеин и тирозин, поскольку пути их биосинтеза у этих организмов из доступных предшественников отсутствуют. Однако в продуктах питания их присутствие не стол ?, обязательно, так как цистеин может легко образовываться из незаменимого мстнопппа, а тирозин — из незаменимого фенилаланина. Аргинин является незаменимой аминокислотой лишь в период интенсивного роста организмов, когда он необходим в особенно больших количествах. Умеренные потребности в аргинине у животных могут обеспечиваться за счет функционирования цикла мочевины. 390 сн,сосоо~ ch.chcoo" i nh,» III "ООССН ^НСОО--^1** фумарат _ООССОСН,СОО" оксалоацетат ^OOCCHCHjCOO-l-^-^PoOCCHCHjCOMH,"! I NH. I АТФ L аспартат I NH, j___а?парагнн !NH4+ с; NHj+,--------- -OOCCOCH,CH,COO--•^OCCHCHJCH1COO"r^-»fOOCCHCH,CH1CONH1 I 1 1 naoh I ? 5 I АТФ I I I I NH,- I J NH,' J а-кетоглутарат l^ глутамат___ J АТФ I NADP-H О I глутамин I ch, -oocchch^cc*" —-ooc-cii «>i^iiiiooc-ci CH ? \n^ch nh/ 1 chj ["oocchch,ch,ch2nhc-nh,p*- — -»-~oocchch,ch,ch,nh,* ? I и ? ? I nh,* nh, * i nh,' I орннтчй "oocchohch,opo,>--^^vooccoch,opo,,-: ? IV 3 — фосфоглнцерат :oocchch,opo,j- I nh,» фосфосернн I ^ лролин__? ,----------, -a»oocchch,oh ? j ??,' ! ' ? I _ _.ceRuH____J r:::i:::n I ¦nh,ch,coo | I глицин ! Рис. 110. Общая схема биосинтеза заменимых аминокислот: J — пе|<|'амини|)Ование с глутаматом; — реакции цикла мочевины; А — восстановление пирролин-б-Kapooticii. ?;..!;? Наряду с ферментами для биосинтеза аминокислот живые организмы располагают системами ферментов, обеспечивающими деструкцию аминокислот в биоэнергетических целях. Кроме того, многие аминокислоты наряду с их включением в состав белковых молекул необходимы для синтеза пизкомолекулярных соединений небелковой природы. В связи с этим в данном параграфе рассматриваются три аспекта метаболизма аминокислот: пути их биосинтеза, пути их деструкции и некоторые важнейшие направления использования аминокислот для производства других пизкомолекулярных компонентов живых организмов. Отдельные аспекты биосинтеза заменимых аминокислот уже рассматривались в предыдущих разделах курса. Полностью заменимыми являются восемь аминокислот: аланин, аспартат, аспарагнн, глутамат, Глутамин, серии, глицин и про-лин. Общая схема их синтеза представлена па рис. HU. Исходными, не содержащими азота, соединениями для них являются компоненты гли кол ???? ? ческой цепи — пируват и 3-фосфоглпцерат — и компоненты цикла трикарбоновых кислот — а-кетоглутарат, фумарат и оксалоацетат. Введение аминогруппы в глутамат и аспартат происходит в результате глутаматдегидрогепазпой реакции (IX.37) или в •ин результате присоединения аммиака к фумарату по реакции (IX.38). Acnap-i также может образовываться в результате переамипирования из оксалоацетата с использованием в качестве донора аминогруппы глутамата по реакции -00C-CUCU2C00- + -0CC-CII(NII+)C1!2CH,CQU- ;=± (IX.50) -00C-CII(NH*)C1I2C00- + -00С-С0СН2С'Н2С00- . катализируемой аспартат аминотрансферазой. Из глутамата и аспартата в реакциях, катализируемых соответственно глу-тамин синтетазой [см. реакцию (IX.36)] и аспарагин синтетазой по реакции -00C-C]I(NllpCll2C00- + N1IJ + PPP-Ado (IX.51) -> 00C-CH(NlIpCII2C0NH2 + P~Ado + РР, образуются глутамин и аспарагин. Глутамат является также источником пролина, синтез которого осуществляется в цепочке реакций, представленной на рис. ПО и состоящей из ферментативного восстановления 7-карбоксильной группы глутамата с помощью NADP-II и при участии АТФ, последующей самопроизвольной циклизации образовавшегося семиальдегида до 5-пирролннкарбоповой кислоты и, наконец, восстановления пирролинового кольца до пирролидипового с помощью NADP-II, катализируемого пирролин-5-карбоксилат редуктазой. Алании образуется в реакции переаминироваппя из пирувата (см. § 4.2) с участием аланин аминотрансферазы. ' Серин образуется из З-фосфоглпцерата в результ |
< 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] |