х выше процессов метилирования гомоцистеина образуется достаточное для нормального роста количество метионина. Следует отметить, что обычная диета не содержит гомоцистеина и что гомоцистеин, образующийся при переметилировании, используется в основном для синтеза цистеина; гомоцистеин, однако, может образоваться из S-аденозилгомоцистеина — продукта метаболизма метионина. В заключение следует подчеркнуть, что метионин является у животных главным источником метильных групп, которые в свою очередь поступают преимущественно от серина через N5- 10-метилтетрагидрофолат.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

21.4.3. Метаболизм аммиака

Равновесная концентрация аммиака в печени чрезвычайно мала; он является, однако, важнейшим метаболитом, образующимся в результате одной главной и нескольких минорных реакций и претерпевающим дальнейшие превращения по тем же трем основным путям, которые функционируют у растений и микроорганизмов (гл. 20).

21.4.3.1. Источники ??3

Основным источником ??3 является окисление глутамата глут-аматдегидрогеназой, находящейся как в митохондриях, так и в цитозоле печени (а также и в других тканях).

глутаматдегидрогеназа

L-глутамат + NAD (или NADP+) + Н20 ~ *~ я.—*¦ ?-кетоглутарат + NADH (или NADPH) + NHj"

Глутаматдегидрогеназа печени (?? 336 000) состоит из шести идентичных субъединиц с известной аминокислотной последовательностью. Фермент млекопитающих может использовать любой из пиридиннуклеотидов; он является также аллостерическим ферментом, стимулируемым ADP и GDP и ингибируемым АТР, GTP и пиридоксаль-5'-фосфатом. Каждая субъединица содержит отдельные связывающие участки для субстрата, кофермента, а также для пуриннуклеозидных эффекторов, которые влияют на активность фермента.

В печени глутаминовая кислота является главным продуктом переаминирования — основного механизма удаления аминогрупп аминокислот; глутаматдегидрогеназа же выполняет ключевую роль, катализируя освобождение (в виде ионов NHt) аминогрупп, поступивших от других аминокислот.

Окислительное дезаминирование аминокислот. Этот процесс обеспечивает дополнительный, по-видимому, минорный путь освобождения NH3 из аминокислот. В печени и почках имеется неспецифическая оксидаза L-аминокислот, обладающая, однако, низкой активностью, ее простетической группой является FMN. Общая схема реакции следующая:

R—CHNHsj—COOH + FMN+Н20 <—*- R—CO—COOH + NHS-f-FMNH2 (1) FMNH2 + 02 -»· FMN -f H202 (2)

Образующийся пероксид разлагается каталазой (разд. 13.7.6), находящейся в перокснсомах. Простетической группой оксидаз L-аминокнслот яда змей и некоторых микроорганизмов является FAD. Оксидазы l-аминокислот катализируют окисление всех

896

III. МЕТАБОЛИЗМ

обычно встречающихся аминокислот, за исключением серина, треонина и дикарбоновых аминокислот.

Роль высокоактивной оксидазы ?-аминокислот в печени и почках остается загадочной. Этот цитоплазматический фермент (разд. 13.2 и 13.6.1) имеет в качестве простетичеокой группы FAD, он находится в пероксисомах почек, мозга и печени. Фермент катализирует окисление неприродных о-изомеров большого числа аминокислот; не имеется, однако, данных о том, что D-аминокиелоты участвуют в метаболизме млекопитающих. Этот фермент мог бы обеспечивать окисление D-аминокислот клеточных стенок бактерий, если бы происходило всасывание этих аминокислот из кишечника. Оксидаза D-аминокислот играет, возможно, определенную роль, катализируя окисление глицина, который является для нее хорошим субстратом:

? I

?2?—СН2—СООН + 02 + Н20 -> 0=С—COOH + NH3 -f - Н202

глицин глиоксиловая

кислота

В печени обнаружены также активные моноамино- и диаминок-сидазы. Эти флавопротеидные ферменты катализируют аэробное окисление различных физиологически важных аминов, например норадреналина и дофамина (гл. 45), до соответствующих альдегидов и NH3. Хотя количество каждого из отдельных аминов невелико, суммарный эффект действия аминоксидаз может вносить значительный вклад в пул аммиака.

Неокислительное дезаминирование аминокислот. Группа пири-доксальфосфатзависимых дегидратаз катализирует удаление аминогрупп серина, цистеина, гомосерина, треонина и, возможно, гомоцистеина (гл. 23); во всех случаях образуются NH3 и соответствующая кетокислота. Весьма необычным является результат действия дегидратазы на гистидин; при этом наряду с освобождением аммиака образуется соответствующая акриловая кислота. Другие примеры неокислительного удаления аминогрупп аминокислот приведены в гл. 23.

21.4.3.2. Фиксация аммиака

Образовавшийся NH3 может далее участвовать в трех основных реакциях. В цитозоле печени за счет NH3 возможно образование глутаминовой кислоты путем обращения глутаматдегидроге-назной реакции, поокольку NADPH цитозоля постоянно находится практически полностью в восстановленном состоянии. Размер синтеза глутамата (если он вообще происходит, особенно в условиях высокого уровня АТР и GTP, проявляющих ингибирующее действие) неизвестен.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

897

Основным путем фиксации NHt является синтез глутамина. Эта реакция катализируется в печени и мозге глутаминсинтетазой (?? 350000).

глутаминсинтетаза

глутаминовая кислота + NH3 -f- АТР--*- глутамин + ADP + Pj

Mg2+ илн Mn2+

Реакция протекает в две стадии. Первая стадия, в которой участвуют глутамат и АТР, приводит к образованию активированного связанного с ферментом интермедиата, ADP-у-глутамилфосфата. На второй стадии этот интермедиат реагирует с NH3; в результате образуются глутамин, ADP и Рь Глутаминсинтетаза тканей млекопитающих является октамером, состоящим из восьми идентичных субъедйниц, и, по-видимому, ассоциирована с эндоплазматический ретикулумом. Фермент из клеток животных значительно отличается от фермента микроорганизмов и, по-видимому, не подвергается сложной аллостерической регуляции, характерной для фермента из Е. coli (разд. 20.2.2).

Глутамин непрерывно поступает из печени во все остальные органы, включая мозг. Гидролиз его осуществляется широко распространенной глутаминазой

глутамин + Н20 ->¦ глутаминовая кислота -f- NH3

Глутамин может использоваться не только для синтеза белка. Роль глутамина как эквивалента непротонированного NH3 при осуществлении различных синтезов, а также как источника нетоксичной формы NH3 позволяет рассматривать его как временное хранилище NH3.

21.4.3.3. Синтез аспарагина

Синтез аспарагина в тканях млекопитающих катализируется глутаминзависимой аспарагинсинтетазой.

NH2 NH2

I I Mg2+

НООС— CH2—CH—COOH + H2NOC—СН2—СН2—СН—СООН + АТР -f н2о->¦

аспара1иновая кислота гл\тамин

NH2 NH„

I I

-»- H2NOC—CH2—CH—COOH + HOOC—CH2—CH2—CH—COOH + AMP + PPj

аспарагин глутаминовая кислота

В приведенной выше реакции глутамин может быть заменен NH3. Соответствующий фермент называется глутамин-амидотрансфера-зой, по ряду свойств он сходен с глутаминзависимой карбамоил-фосфатсинтетазой (разд. 21.4.3.5) и NAD-синтетазой (разд. 24.1.9.2).

898

III. МЕТАБОЛИЗМ

21.4.3.4. Синтез карбамоилфосфата

Третьим путем метаболизма NH3 является синтез карбамоилфосфата, важного соединения для синтеза аргинина и пиримиди-нов. В печени млекопитающих имеются два различных фермента, катализирующих образование карбамоилфосфата, — карбамоил-фосфат-синтетаза I и карбамоилфосфат-синтетаза П. Первый из них локализуется в митохондриях печени и, по-видимому, отсутствует в других тканях. Этот фермент использует в качестве донора азота только аммиак; необходимым положительным аллостерическим эффектором для фермента является ?-ацетил-ь -глутаминовая кислота (AGA).

AG A, Mg2+

NHj + НСОз + 2АТР ~__*_ H2N—CO—0Р03Н2 + 2ADP + ?;

Основной функцией фермента является поставка карбамоилфосфата для синтеза аргинина, а следовательно, и мочевины (разд. 21.4.4)—главного конечного продукта метаболизма азота млекопитающих. Исследование механизма реакции позволяет предполагать, что первая молекула АТР активирует бикарбонат, превращая его в связанный с ферментом карбоксифосфат. Этот комплекс реагирует с ???, при этом образуется связанный с ферментом карба-мат и освобождается фосфат. В результате реакции со второй молекулой АТР образуются карбамоилфосфат, ADP и освобождается фермент.

Регуляцию синтеза карбамоилфосфата можно рассматривать как осуществляющуюся по типу обратной связи, поскольку аргинин действует как отрицательный эффектор при образовании аце-тилглутаминовой кислоты, которая является стимулятором образования карбамоилфосфата.

Карбамоилфосфат-синтетаза II, первоначально обнаруженная у бактерий, использует в качестве донора азота глутамин и не зависит от ?-ацетилглутамата; она катализирует следующую реакцию:

М"2+

L-глутамин + НСОз -f- 2АТР + Н20 _Л_^

-»- H2N—CO—0Р03Н2 + 2ADP + Pj -Ь L-глутамат

Этот фермент находится в цитоплазме клеток быстро растущих тканей, включая опухоли, и поставляет карбамоилфосфат для биосинтеза пиримидинов (разд. 24.1.5). Активность карбамоилфосфат-синтетазы II в ткани, по-видимому, пропорциональна скорости роста последней.

21.4.3.5. Синтез аргинина

Как отмечено выше, «фиксация» NH3 в составе карбамоилфосфата является начальным этапом в серии реакций, ведущих через;

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

899

аргинин к конечному продукту метаболизма азота у млекопитающих, а именно к мочевине.

На первой стадии синтеза аргинина, катализируемой орнитин-транскарбамоилазой, из карбамоилфосфата и орнитина образуется цитруллин:

Транскарбамоилаза прочно ассоциирована с карбамоилфосфат-синтетазой I (см. выше) и, возможно, является частью общего с ней ферментного комплекса. Карбамоилфосфат-синтетаза II сходным образом ассоциирована с аспартат-транокарбамоилазой в биосинтезе пиримидинов (разд. 24.1.5). Образование ферментами ас-социатов позволяет избежать гидролиза карбамоилфосфата, лабильного в свободном состоянии.

В результате следующей реакции, катализируемой аргининосук-цинат-синтетазой, происходит конденсация цитруллина и аопараги-новой кислоты:

?2? -С—ОР03Н2 -f- ?2?—СН2—СН2—СН2 —СН—СООН

карбнмоилфос рат орнитин

?

H2N-C—?—СН.,—СН2—СН2—СН—СООН + Pj

II " I

О NH2

цитруллин