ательно, хотя рассмотренные реакции и протекают у млекопитающих, их нельзя рассматривать как эквивалентные синтезу глутамата в растениях; по-видимому, метаболически эквивалентным следует считать процесс переаминирования.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

885

21.4.2.2. Аспарагиновая кислота и алаиин

По-видимому, никогда не ощущается недостатка в этих двух аминокислотах; они образуются непосредственно из оксалоацетата и пирувата соответственно в результате переаминирования с глутаматом.

21.4.2.3. Цистеин

Источником атома серы цистеина может служить только незаменимая аминокислота метионин. Если организм получает достаточное количество метионина, то не возникает дополнительной потребности в цистеине. Реакции биосинтеза цистеина (все они протекают в печени) следующие:

1. Деметилирование метионина в гомоцистеин (гомолог цистеина) :

—сн3

СН3—S—СН2—СН2—СН—СООН -у HS-CH2—CH2—СН—СООН

NH2 NH2 метионин гомоцистеин

Деметилирование метионина будет рассмотрено также позднее в связи с процессом переметилирования.

2. Гомоцистеин конденсируется с серином в реакции, катализируемой пиридоксальфосфатзависимым ферментом цистатионин-$-синтазой; продуктом реакции является цистатионин:

НООС—СН—СН2—СН,—SH + СН2—СН—СООН -*¦

I 2 II

NH2 ОН NH2

гомоцистеин серии

-»- НООС—СН—СН2—СН2—S—СН2—СН—СООН + Н20

I I

NH2 NH2 цистатионин

3. Расщепление цистатионина катализируется цистатионин-у-лиазой, также являющейся пиридоксальфосфатзависимым ферментом:

цистатионин + Н20 -НООС—СН—СН2—SH + СН3—СН2—С—СООН + ??„

I II

??2 О

цистеин ?-кетомасляная кислота

Суммарным результатом приведенных выше реакций является замена гидроксидной группы серина на сульфгидрильную группу гомоцистеина. Таким образом, углеродная цепь и аминогруппа цистеина имеют источником серии, а сера поставляется метионином.

886

III. МЕТАБОЛИЗМ

Цистеин является аллостерическим ингибитором циетатионин-?-лиазы; он подавляет также синтез цистатионин-р-синтазы. Это обстоятельство позволяет объяснить уменьшение потребности в метионине для растущих крыс, находящихся на синтетической диете, содержащей достаточное количество цистеина (или цистина). На такой диете потребность в метионине оказывается сниженной более чем в два раза по сравнению с потребностью при нахождении на диете, не содержащей цистеина. Подавление последним синтеза цистатионин-р-синтазы в печени должно замедлять превращение гомоцистеина в цистатионин.

Цистатионин является ключевым промежуточным продуктом в приведенных выше реакциях; у млекопитающих его единственная функция заключается в выполнении роли промежуточного продукта при переносе серы от метионина на цистеин. Остается неясным, какую роль играет цистатионин в мозге, где ои находится в высокой концентрации (гл. 37). Недостаток цистатионазы является наследственным заболеванием (разд. 23.2.7.3), он проявляется в задержке умственного развития. Неиспользованный в ходе метаболизма гомоцистеин экокретируется с мочой в виде гомоцистина; это состояние называют гомоцистинурией (разд. 23.2.7.3). При другом наследственном заболевании с мочой экекретируется цистатионин; это состояние называют цистатионинурией (разд. 23.2.7.3).

Хотя метаболическая равноценность цистеина и цистина установлена, в тканях млекопитающих не найдено системы, катализирующей их взаимопревращение. NAD-зависимая цистинредуктаза имеется в дрожжах и высших растениях. Как описано ниже, восстановленный глутатион может неферментативно восстанавливать цистин в цистеин.

Свободный цистин в клетках имеется либо в незначительном количестве, либо он вообще отсутствует. Цистиновые остатки в белках образуются в результате окисления цистеиновых остатков после включения последних в состав полипептидных цепей. Однако в присутствии 02 и таких катионов, как Fe2+ или Си2+, цистин может образовываться из цистеина неферментативным путем. Если это происходит, обратный процесс может осуществляться при участии гяутатионредуктазы. Глутатион, представляющий собой у-глу-тамилцистеинилглицин (GSH), реагирует неферментативно с различными дисульфидами, например цистином, с образованием смешанного дисульфида.

GSH + R'SSR" ч=>: GSSR"-bR'SH

Затем вторая молекула глутатиона реагирует со смешанным дисульфидом, образуя окисленный глутатион (GSSG)

GSH + GSSR" -> GSSG + R"SH

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

887

Глутатионредуктаза является флавопротеидом, она катализирует реакцию

Таким образом, если происходит образование цистина (R'SSR'' в приведенных выше реакциях), он может быть вновь восстановлен в цистеин и использоваться клеткой.

21.4.2.4. Тирозин

Биосинтез тирозина у млекопитающих происходит путем гидроксилирования незаменимой аминокислоты фенилаланина. Значительная доля потребности в фенилаланине в действительности обусловлена использованием его для синтеза тирозина. При введении последнего в диету потребность в фенилаланине значительно снижается. В этом смысле тирозин находится в таком же положении по отношению к фенилаланину, как цистеин к метионину. В условиях нормального метаболизма единственно известная роль фенилаланина, помимо его использования для синтеза белка, — это превращение в тирозин.

Фенилаланин-гидроксилазная система (фенилаланин-4-моноок-сигеназа) печени млекопитающих является оксигеназой со смешанной функцией (разд. 13.5.5.4); при осуществлении двухстадийной реакции она использует NADPH и донор электронов тетрагидробиоптерин, — восстановленное производное птеридина, имеющее сходство с фолиевой кислотой (разд. 21.4.2.8).

Реакция (1) катализируется фенилаланин-гидроксилазой, а реакция (2) — дигидроптеридин-редуктазой. Последняя реакция позволяет повторно использовать кофермент, который в итоге переносит восстанавливающие эквиваленты от NADPH (донора электронов) к акцептору электронов — одному из атомов кислорода 02.

GSSG +NADPH+ Н+

2GSH -f NADP+

L-фенилаланин -f- тетрагидробиоптерин -f- 02 —

-»- L-тирозин -j- дигидробиоптерин -f- Н20

дигидробиоптерин -f- N.ADPH + Н+ ->¦ тетрагидробиопте

?

?

ЭигиЗробиопгперин

тегпрагийробиопгперин

«88

III. МЕТАБОЛИЗМ

Фенилаланин-гидроксилаза печени крысы сильно активируется в присутствии фосфоглицеридов, а также в результате ограниченного протеолиза. Активность крысиной фенилаланин-гидроксилазы регулируется механизмом, включающим фосфорилирование и де-фосфорилирование фермента; эти реакции катализируются соответственно с АМР-зависимой протеинкиназой и фосфопротеин-фос-фатазой.

Врожденное отсутствие фенилаланин-гидроксилазы приводит к фенилкетонурии. Носителем рецессивного гена у европейцев является (приблизительно) 1 из 80 человек. В отсутствие этого фермента становятся выраженными минорные пути метаболизма фенил-.аланина, мало используемые у здоровых людей. В результате переаминирования из фенилаланина образуется фенилпировиноградная кислота; последняя экскретируется с мочой в количестве, достигающем 1—2 г/сут. У детей, страдающих фенилкетонурией, рано отмечаются признаки выраженной умственной отсталости; ограничение количества фенилаланина в диете таких детей снижает уровень фенилаланина в крови, прекращает экскрецию фенилпировиноград-ной кислоты и в значительной степени предотвращает развитие умственной отсталости. Накопление фенплпировиноградной кислоты приводит к образованию и экскреции с мочой фенилмолочной кислоты, о-оксифенилмолочной кислоты и фенилукусусной кислоты; последняя экскретируется в составе фенилацетилглутамина (разд. 20.3.2).

21.4.2.5. Пролин и орнитин

Глутаминовая кислота является предшественником для синтеза пролина и орнитина. Последний не входит в состав белков, но является предшественником аргинина (см. ниже). 5-Углеродная цепь глутаминовой кислоты превращается в ?-глутамилфосфат, который восстанавливается в глутамилполуальдегид. В результате переаминирования из последнего образуется орнитин; если же происходит замыкание кольца, то образуется А'-пирролин-5-карбоновая кислота. При восстановлении последней с помощью NADH образуется пролин. Последовательность реакций приведена на рис. 20.4.

21.4.2.6. Серин

Углеродная цепь серина поставляется образующейся в ходе гликолиза 3-фосфоглицериновой кислотой. Последняя окисляется в 3-фосфооксипируват в ходе NAD-завпсимой реакции, катализируемой 3-фосфоглицератдегидрогеназой. В результате переаминирования с глутаматом образуется 3-фосфосерин; после гидролиза серинфосфатазой освобождается серин. З-Фосфоглицератдегидро-геназа и серинфосфатаза ингибируются серином; это обеспечивает

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

889

регуляцию образования серина. Последовательность реакций приведена на схеме (разд. 20.3.2.3). Серин может также образоваться из глицина (см. ниже).

Рассмотренные выше ферменты биосинтеза серина, а именно дегидрогеназа, аминотрансфераза и фосфатаза находятся под гормональным контролем. Введение тестостерона (гл. 44) значительно увеличивает активность этих ферментов в печени, почках и предстательной железе. Активность трансаминазы печени увеличивается после введения кортикостероидов (гл. 45). Различные метаболические функции серина (гл. 23), а также его роль как первичного источника одноуглеродных единиц (см. ниже) значительно повышают роль механизмов, регулирующих синтез серина.

21.4.2.7. Глицин

Главным источником глицина является серин; в реакции, катализируемой пиридаксальфосфатзависимой серин-трансоксиметила-зой, происходит перенос ?-углеродного атома серина на тетрагидрофолат (см. ниже).

Поскольку эта реакция обратима, она обеспечивает дополнительный путь биосинтеза серина.

Серин является первичным источником одноуглеродных единиц (см. ниже). Дополнительным источником служит ?-углеродный атом глицина (реакция катализируется глицин-синтазой, разд. 23.2.6). Значение этого последнего источника как донора одноуглеродных единиц не установлено.

21.4.2.8. Сггруппы

В рассмотренном выше превращении серина в глицин акцептором ?-углеродного атома серина служит тетрагидрофолиевая кислота. Последняя является метаболически важной формой витамина— фолиевой кислоты (гл. 50), которая функционирует как