ате последовательного окисления 2-гидрокспгруппы до кетогруипы с помощью NAD*, катализируемого фосфо-глицерат дегидрогеназой переамипирования образовавшегося З-фосфогидрокснпирувата с участием глутамата, катализируемого фосфосерин аминотрансферазой, и гидролиза образовавшегося фосфосерииа с помощью фосфосерин фосфатазы. Из серина в результате переноса его гндроксиметпльной группы па тетрагидрофолат по реакции (IV.10) образуется глицпп.

Деструкция заменимых аминокислот в значительной мере - проходит путем обращения пути их синтеза. Глутамат превращается в а-кетоглутарат под действием глутамат дегидрогепазы. Аспартат либо превращается в фумарат под действием аспартат аммнак-лназы (см. § Я.-4), либо в оксалоацетат путем переамипирования с глутаматом. Глутамин и аспарагин предварительно гпдролизуются до соответствующих дикарбоиовых кислот иод действием соответственно глуталгииа-зи и аспарагиназы. Пролин превращается в глутамат по цепочке реакций, представляющей собой обращение пути его биосинтеза. Аргинин гидролпзуется до орнитина, а последний также превращается в глутамат по обращенной цепочке реакций биосинтеза орнитина. Алании путем переамипирования с а-кетоглу-таратом образует пируват. В § 9.7 все эти процессы будут суммированы в общей схеме пополнения компонентов цикла трикарбоновых кислот и запасов пирувата в результате деградации заменимых и незаменимых аминокислот.

Серин деградирует через промежуточное образование глицина, который в реакции переаминироваппя, катализируемой глицин алшнотрансфераэой

N1I+CH2C00- + -00С-С0СН,С1ШП-

392

^ НСО-С'ОО- + -00C-CH(N1I*)CJI2C!I2C00-

(IX.52)

превращается в глиоксилат. Последний может окисляться с помощью NAD*, превращаясь в оксалилкофермент А по реакции

НСО-Шг + Co-SH + NAD* «=± CoA-SCO—СОО" + NAD-II (IX.53)

катализируемой глиоксилат дегидрогеназой (ацилиругощей). Декарбоксилирование, катализируемое оксалилкофермент А декарбоксилазой, приводит к формильному производному кофермента А, а действие фермента формилкофермент А гидролазы переводит последнее в формиат. Он, в свою очередь, может соединяться с тетра-гидрофолатом при действии формилтетрагидрофолат синтетазы по реакции

HC00- + THF + PPP-Ado -> НСО-THF + PP-Ado + HPOf (IX.54)

в результате чего пополняется запас одноуглеродных фрагментов.

Из синтетических процессов, протекающих с участием заменимых аминокислот, в первую очередь следует упомянуть роль глутамата и 7-Nlb-rpynnbi глутами-на в качестве доноров аминогрупп. Аспартат также используется в качестве донора атомов азота, как видно на примере реакции (IX.41).

Кроме того, он участвует в биосинтезе пиримидпновых нуклеотидов (см. § 9.6) и некоторых незаменимых аминокислот (см. ниже).

Серин, как уже говорилось в § 4.2, является донором одноуглеродных фрагментов, необходимых для синтеза некоторых специальных систем, в частности пуриновых нуклеотидов (см. § 9.6), и для пополнения запасов S-аденозилметио-нина — главного источника метальных радикалов для многочисленных реакций метилирования. Кроме того, серин входит в состав фосфатидилсерина и является структурным элементом двух важнейших фосфолипидов — фосфатидилэтанол-амина и лецитина (см. § 9.2).

Глицин используется в качестве строительного блока при синтезе пуриновых колец (см. § 9.6). Кроме того, он является одним из участников биосинтеза такой чрезвычайно важной структуры, как иорфириновая. На рис. 111 приведена схема биосинтеза важнейшего порфирина — протопорфирина IX, непосредственного предшественника гема (1, § 1.1) и предшественника хлорофилла (122, § 8.7).

Незаменимые аминокислоты синтезируются и деградируют в живых организмах уникальными многостадийными путями. В большинстве случаев, как будет видно из последующего изложения, исходными веществами являются компоненты гликолитической цепи и цикла трикарбоновых кислот. Они же образуются при деградации аминокислот.

Биосинтез треонина проходит по следующей схеме:

соо" соо" соо

I......+ I......+

NA0P-H

I 3 I

н3 атф CHNH3 наор-н <^hnh3

2 ??2 тп2

«JHj

соо" сооро3" сно

соо" соо соо

1 3 1 3

сн2 1 г 141 СН 151 снон у

сн2он сн3

гомос*рин «С-иетобутират треонин

393

+ ИН,СН,СОО-+ Сол — SCOCHjCH.COO-

-о (-oocchCnh,] coch,ch,coo-)+coa-sh

^-•ммн on *тоад ? ? · г

~ооссн,^ / ^си,сн,соо-

ооссн

СН,-ц^1>—СН, NH нн

, (2 моя««улы)

4СО,

?

о,--

СН,СН,СОО"

"OOCCHjCHj

HH.CHjCOCH^COO" 5-и<«кол..у„.па|

Н'Я_ch,ch,coo-

/H^ J «HjC^COO-

-OOCCH,CHi Чн,соо~

Уропорфмрмног»и III

н,с CH- CH,

ооссн.сн

-oocchich/^chi

копропорфнрнногвн

ФПГ

Н'СЧ_/«-СИ,

-OOCCHjCH,' CH,

ир»толорфирми IX

"орссн.сн,'

CH=CH,

лротопорфирнногсн IX

Рис. 111. Схема биосинтеза протопорфирини IX

Ферменты, катализирующие отдельные стадии цепи, приведены в приложении ь таблице ферментов. В структуре порфобилиногена штриховой длинней разделены половины молекул, полученные из разных молекул 5-аминолевулината. Уропорфириноген III образуется при участии допопмительного белка ко- · синтазы

Как следует из этой схемы и из предыдущего изложения, его углеродный скелет происходит из фумарата или оксалоацетата, являющихся непосредственными предшественниками аспартата. Сначала в три стадии происходит восстановление /^-карбоксильной группы аспартата до гидроксигруппы, приводящее к образованию гомолога серина — ю.иосерина. Затем в две стадии происходит изомеризация гомосерина в треонин с промежуточным образованием а-кетобутпрата. Обе стадии представляют собой обратимые реакции гидратации — дегидратации переходящих друг в друга гидроксиаминокислот, причем в обоих случаях дегидратация сопровождается заменой аминогруппы на кетогруппу и катализируется ферментами, содержащими в качестве кофактора пиридоксальфосфат, — юмосерин дешд-ратазой и треонин дегидратазой. о-Кетобутпрат является одновременно исходным соединением для биосинтеза изолейцина. Палии и изолейцин образуются по идентичной схеме: 394

э

СН3СОСОО'

? *

с00"

1 * 2 I

— СН3СО-С-СОО- (+с02) СН3-С-СО-СОО-

он

3 ??0?-?

он

? ? R

СН3-СН-СН-СОО~-^- CHj-CH-g-COO--^- СHj-C-CНОН-COO"

он

Все ферменты, катализирующие отдельные стадии этих процессов, являются общими для биосинтеза обеих аминокислот с .разветвленной углеродной цепью. Процесс в случае биосинтеза валппа начинается с соединения двух молекул пирувата, а в случае биосинтеза изолейцина — с соединения пирувата и а-кетобутпрата. Сначала в несколько стадий образуются соответствующие сг-кетокислоты, а па заключительном этапе происходит их переаммпнровапие с глутаматом, приводящее к аминокислотам.

Непосредственный предшественник валппа о-ксгоизовалерат одновременно является предшественником лейцина. Пиосиптез лойципа идет по следующей схеме:

сн-с-соо' ' II о

н3с

CoA-SCOCHj

( 1 I

Н3С ^-С0°"

\н-с-соо~

нзс ОН

2-мзопропипмалат

н,с

3 N.

СНСОО"

12 I

н3с

^сн-с-соо"

(3 )

" хн-сн,-сн-соо

н3I .

??,

CO-COO-

ls ? н3С ¦* » ?Н—СН2(+с021 HjC

?*) н, ?

ч.

Н, С

CHOHCOO H-CH-c00~

пейцим ««тол«йчин 3-иэопропилнзлат

На первой стадии с участием фермента S-изопроиилмалат синтазы происходит присоединение ацетильного остатка ацетил кофермента А к о-кетогруппе кетопзо-валерата с образованием 2-изопропнлмалата, который в две стадии превращается в непосредственный предшественник лейцина — кетолейцпп. Переамипировапие последнего с глутаматом, приводящее к образованию лейцина, проходит с участием того же фермента, который катализирует реакцию переамииированпя при биосинтезе валина и изолейцина — алшнотрапсферазы разоетолениых аминокислот.

Лизин у бактерий и фотосиитезпрующих растений образуется в результате декарбоксилирования мезо-2,6-д|[амнпопимелипонон кислоты, катализируемого диаминопимелипат декарбоксилазой: ¦

_оос-снсн2сн2сн2сн-соо" J...+

-0oc-CHCH,CH2CH2CH2-nh3 + с02 (1155)

NH,

nh;

??+

395

¦оос — сн(нн,*)сн,— сно ¦ сн.сосоо" гоос-сн(нн,*)сн,сн = снсосоо-] ¦ н,о

_ I

CoA-SCOCH, + С-СН,СН,СОО

"ООС

г

сн

сн

I

c-coq-+ ?,?

(2^ NADP'H

/сн

сн, сн,

? ?

-ooc^i* ^c-coo-

^ ?--CoA-SCOCH2CH2COO

V—> CoA-SH

"оос -с hch,ch,ch,cocoo"

~ооссн,сн,со—мн

OOCCH2CH2COO*

ооссосн 2 сн 2 соо-

nh,

" оос—сн—с н.сн.сн.сн—соо _

I ¦ нн,

L,L-a( е-диамннопимелннат

_оос-снсн,сн,сн,сн -соо"

I I

??; ??;

м«1о-3,6-диаминопим«линат

Рис. 112. Биосинтез мезо-2:6-диа.минопимели-ната.' Названия ферментов, катализирующих отдельные стадии, приведены и приложении

I

соо"

«цемл-СоА

ажвюглутарат

CoA-SH

он

" оос—сн, - с - сн,сн,соо~

соо-

гомоцитрат

оос —

сн=с-сн,сн,соо"

соо"

оос- снон-сн-сн,сн,соо"

соо" гомон»оцитраг

NADP+

со2

" оос- со - сн,сн,сн,соо"

tU—Glu

ооссосн2сн2соо-

"оос - сн(нн,* )сн,сн,сн,соо-а-«мииоадип*!

Рис. 113. Схема биосинтеза ??-аминоади-па.та. Названия ферментов, катализирующих отдельные стадии, приведены в приложении

Схема биосинтеза диамипопимелппата представлена па рис. 112. Процесс начинается с взаимодействия пирувата и аспартат /7-('Смпальдегпда, т.е. углеродный скелет лизина образуется из пирувата и фумарата пли оксалоацетата. На одной из промежуточных стадий в процессе в качестве донора сукцпиплыюго остатка принимает участие еще один компонент цикла трикарбоновых кислот — сукцн-нилкофермент А, однако па следующей же стадии сукципильпый остаток от промежуточного сукцинилдиампноппмелпната отщепляется и в состав конечного продукта не входит.

Известен второй путь биосинтеза лизина, реализуемый у грибов и плесеней-Углеродный скелет лизина по этому пути формируется из ацетильного фрагмент 396

о ни

-о-|-осн,-Ы-<„ "6 он он

эритро1о-*-фо'Ф«

НО^_/СОО-

о*^4/^он

5-д«гидро«има1

сн,=с-соо"

o-pof

фосфоеиолпируаат (PEP)

о

?-?-och, "о

? ? он _с_с-{-<н, он он ?

-с—соо

II

о

3-д«ок<:н-0-»р»6иио-г«птуло1ОН11-7-фоеф»т

соо

NADPH ????*

соо" ?осг

но-^Ч^он ??.??->4?^?? он он

шикимат-5-фосфат

ФЕП

.2

НРО.

соо"

I хориэмат

? т

I______

соо"

соо"

3- енолпируаи'