Biokhimia_T2_Strayer_L_1984 (1123303), страница 44
Текст из файла (страница 44)
18.4. Цикл мочевины. три группы организмов носят название уреотелических, урикангеличесхих и иммоногнелнческнх. У наземных позвоночных мочевнна синтезируется в цикле мочевинм. Эту последовательность реакций постулировали Ганс Кребс и Курт Гензеляйт (Напк КгеЬз, Кпгг Непзе!ей) в !932 г; за пять лет до открытия цикла трикарбоиовых кислот. Цикл мочевииы-в сущности первый обнаруженный Часть И. Генерирование и хранение энергии циклический метаболический путь.
Один из атомов азота мочевины, синтезируемой в этом цикле, происходит из аммиака, другой †аспартата. Углеродный атом моче- вины происходит из СО7, Переносчиком этик атомов углерода и азота в цикле моче- вины служит орннпгнн, Непосредственным предшественником мочевины является аргнннн, который гидролизуется иргиназай на мочевину и орнитин. В результате других реакций цикла моче- вины происходит синтез аргниина из ории- тина.
Вначале имеет место перенос карбамоильной группы на орнитин с образованием цнпгрул,гана, катализируемый орнитин-карбамоилтрансферазой. Донором карбамоильной группы в этой реакции служит карбамоилфосфат, обладающий высоким потенциалом переноса благодаря наличию ангидридной связи. Аргининосукцинат-синтетаза катализирует далее конденсацию цитруллина и аспарата.
Этот синтез аргнниносукцннагна запускается расщеплением АТР на АМР и пирофосфат и последующим гидролизом пирофосфата. ". 1-0 '! О-— 7 0 'н,й соо!! н — й — с — н — с — н ! Сн7 н Сн, ! Сн, СОО- сн, н — с — йн,. соо- Артмнннпсукцннат о Н вЂ” й — С вЂ” НН 7 сн, СН7 + сн, н — с — йн, соо- Цмтрупамн соо4Ы й — С вЂ” Н 3 унт соо- Аспартат На последнем этапе аргининосукциназа расщепляет аргнниносукцинат на органик и фумарат.
Отметим, что в этих реакциях переноса аминогруппы аспартата с образованием аргинина углеродный скелет аспартата сохраняется. анны используются четыре высокоэнергетические фосфатные связи. Важную роль в цикле мочевины играет синтез фумарата, поскольку он связывает между собой цикл мочевины и цикл трикарбановых кислот (рис. 18.5). Фумарат гидратируется в малат, караапомпфаафат Потребление двух молекул АТР обусловли- вает фактическую необратимость синтеза карбамоилфосфата, щаться в глюкозу по пути глюконеогенеза; 3) он может конденсироваться с ацстил- СоА, образуя цитрат. Примечательна также ком~артментация цикла мочевины и связанных с ним реакций.
Образование )ч Нл под действием глутаматдегидрогеназы, его включение в карбамоилфосфат и последующий синтез цитруллина происходят в митохондриальном матриксе. В отличие от них следующие три реакции цикла мочевнны, приводящие к образованию мочевины, протекают в цитоэоле. 18.5. Цикл мочевины связан с циклом три- карбоиовых кнсяот Стехиометрия синтеза мочевины следую- щагн СО, + )чН; + ЗАТР + Аспартат + + 2Н7Π— Мочевина + 2АТ)Р + + 2Р,. + АМР + РР,.
+ Фумарат. Пирофосфат бытро гидролизуется, и, таким образом, для синтеза одной молекулы моче- 18. Разрушение аминокислот и цикл мочевнны 165 н,й соо- н,й )! !! Н вЂ” й — С вЂ” й — С вЂ” Н Нй — С вЂ” йыт сн, н сн, СН ! Н СОО 7 ! 7 7 С СН7 СОО СН7 + ! С ~нт ООС Н н — С вЂ” йН,' Н вЂ” С вЂ” йН,4 СОО СОО Артнннносувцмнат Артнннн Оунарат Карбамоилфосфат синтезируется из который в свою очередь окисляется в оксаХН4, СО,, АТР и Н,О в результате слож- лоацетат. Для этого промежуточного пропой реакции, катализируемой карбамаил- дукта, имеющего ключевое значение, сущефогфат-синтазой. Необычным свойством ствует несколько возможных путей превра- этого фермента является потребность щения: 1) он может подвергаться трансами- в Тч-ацетилглутамате для проявления его нированию в аспартат; 2) он может прсвраактивности. Сот+йН4 +2АТР+ Нго — ьнгй — С вЂ” Π— Р— О + 2АОР+Р, О «-Оксокнслотл Цнтруллнн Аеллрглт «.Амин клровмонлфосгрлт кислота Орннтнн Аргнннна- Оксвлолцвтвт сукцннат 1мочвлинл) Мелет / Аргнннн Фумарат Рис.
18.5. цикл мочевины, цикл трикарбоновых кислот и ~рансаминирование оксалоацетата связаны между собой через фумарат и аспартат. 18.6. Наследственные фермеитные нарушения цикла мочевпньт приводят к пшераммонемпи Высокая концентрация гтНл токсична для человека. Главный путь удаления ХН+ — это синтез мочевины в печени. Полное блокирование какой-либо из стадий цикла мочевины в печени, по-видимому, несовмес~имо с жизнью, потому что другого известного цуги синтеза мочевины не существует.
Диагностированы наследственные нарушения, вызываемые частичным блокированием одной из реакций цикла мочевины. Общим признаком таких нарушений является иовышеннос содеРжание МНлт в кРови 1гипеРаммонсмия). Почти полная недостаточность какого-либо из ферментов цикла мочевнны вызывает кому и приводит к смерти вскоре после рождения. Частичная недостаточность этих ферментов вызывает залержку умственного развилина, летаргию, временами рвоту. Малобелковая диета приводит к снижению содержания аммиака в крови и к улучшению клинической картины при мягких формах этих наследственных нарушений.
Почему высокое содержание ХН+ токсично? Возможно, это объясняется тем, что высокая концентрация иона аммония сдвигае~ равновесие реакции, катализируемой глутамат-дегидрогеназой, в сторону образования глутамата, а это приводит к истощение а-оксоглутарата. Реакция может быть далее. стимулирована путем включения ХНл Часть П. Генерирование 166 и хранение энергии в глутамат с образованием глутамина (раза. 21.21. Истощение а-оксоглутарата, промежуточного продукта цикла трикарбоновых кислот, приводит к уменьшению скорости обраювания АТР.
Мозг отличается высокой чувствительностью к снижению содержания АТР. «.Оксоглутлрлт Глутлмлт. ын Мыл т дегндрогвнллл Глутамвт Глутлмнн. 4~ сннтетвтл Глутлмнн 18.7. Судьба атомов углерода распавшихся аминокислот Мы рассмотрели ряд реакций, приводящих к удалению из аминокислот а-аминогруппы и превращению ее в мочевину. Теперь мы обратимся к судьбе оставшихся углеродных скелетов. Стратегия разрушения аминокислот состоит в образовании главных промежуточных продуктов обмена веществ, ко. торые могут преврищаться в глюкозу или окисляться в цикле трикарбоновых кислот. В самом деле, углеродные скелеты разнообразного набора из двадцати аминокислот направленно превращаются всего в семь молекул: пируват, ацетил-СоА, ацстоацетил-СоА, а-оксоглутарат, сукцинил-СоА, фумарат и оксалоацвтат. Мы сталкиваемся здесь еще с одним примером замечательной экономичности метаболических превращений.
Аминокислоты, распадающиеся с образованием ацетил-СоА или ацетоацетил-СОА, называются кетогенными, поскольку в результате их распада повышается содержание кетоновых тел. Аминокислоты же, рас- . Ацатсацатпл СоА Цитрат и Оксо- гпутарат Рис. 18.6. 167 глюкоза Фосфооноп- пирулат ~ Оксалоа Фупарат СОА Ч Судьба углеродных скелетов аминокислот.
Глюкогенные аминокислоты показаны красным цветом, кетогенные— желтым. пад которых приводит к образованию пирувата, и-оксоглутарата, сукцинил-СОА, фумарата или оксалоацетата, названы глнгкогенными. Возможность синтеза глюкозы из этих аминокислот обеспечивается тем обстоятельством, что указанные компоненты цикла трнкарбоновых кислот и пируват могут превращаться в фосфоенолпируват и затем-в глюкозу (разд. 15ЛЗ.). Напомним, что у млекопитающих отсутствует путь, обеспечивающий непосредственный синтез глюкозы из ацетил-СоА или ацетоацетил- СоА.
Из основного набора, включающего двадцать аминокислот, только лейцин является исключительно кетогенным. Изолейцин, лизин, фенилаланин, триптофан и тирозин о~носятся одновременно и к кето- генным, и к глюкогенным аминокислотам. Некоторые из их углеродных атомов появлянутся в ацетил-СоА или ацетоацетил- СоА, тогда как другие обнаруживаются в потенциальных предшественниках глюкозы. Остальные четырнадцать аминокислот являются чисто глюкогенными.
18.8. Семейство С,-аминокислот: алании, серии в кистени преврапюются в пируват Пируват служит ппунктом входа» (в цикл трихарбоновых кислот) для трехуглеродных аминокислот: ад»нина, ссрина и цистеина (рис. 18.7). Трансаминирование аланина дает непосредственно пируват: Алании + а-Оксоглутарат — Пируват + Глутамат. Как указывалось выше (равд. 18.1), глутамат затем подвергается окислительному деза- минированию, приводящему к образованию ХНп и регенерированию а-оксоглутарата.
Суммарная реакция этих превращений описывается уравнением Алании + ХАР— Пируват + + ХН+ + ХАГУН + Н+. Другая простая реакция в распаде амино- кислот представляет собою деэаминирова- ние перина в лируват под действием серии- дегидратазы (разд. 18.3): Серии — Пируват + ХНп. Цистеин может превращаться в пируват различными путями с появлением атома серы в Нтб, $0~~ или 8СХ Возможно превращение в пируват и углеродных атомов двух других аминокислот. Глицин может превращаться в серии путем ферментативного присоединения гилроксиметильной группы (разд.
21.5). Из треанина пируват может образовываться через аминоацетон. 18. Разрушение амниокислот н цикл мочевины Глицин Г НгС вЂ” С вЂ” СОО ~ Нгн — СН2 С СНг Пнрунат Аминоацнтон Рис. 18.7. Пируват- «пункт входа» для аланина, серина, цистсина, глнцина и треонина, н нс — с-сн,— с-соо- 1 НГи ЫН МН2' н Глутамии Пролил Аргинии Гистидин Гнстндмн н н с=с — сн=с-соо- 21Н с н -оос-с — сн — сн -соо- 2 2 н глутаиат Уронанат о 1~ -оос-с — сн,— сн,-соо- о н — с-сн — сн — соог и нн с н и изнсоглхтарат Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
