Osnovy_biokhimii_Uayt_tom_2 (1123310), страница 62
Текст из файла (страница 62)
20Л.2. Восстановление нитрата В чистой дождевой воде имеются нитраты, Образующиеся в атмосфере в результате электрнчеоких разрядов. Различные микроорганизмы и большинство высших растений могут использовать в мачестве источника азота нитраты„восстанавливая нх в 1хНа путем двухстаднйного процесса. На первой стадии, катализируемой И1, МЕТАБОЛИЗМ миграгредукгазой, происходит двухэлектроиное восстановление нитрата в нитрит.
В клетках бактерий и растений донором электронов служит МАРН, а у грибов — ИАРРН. Нитратредуктазы грибов н С1!1оге11а являются флавопротеидвми. Путь переноса электронов (равд. 13.5.3) может быть представлен следующей схемой: ИАРН(И АРРН) — !. ГАР ! Ге!8! — ~ Л1о — ~ ИО~ — ~ ИО. В процессе восстановления ХОз происходит, по-видимому, обратимое изменение валентности молнбдсна (Мое+ — +:Мо'+).
Суммарная реакция, катализнруемая нитратредуктазой из Е. со11; следующая: ИАРН+ ИОЗ + Н+ ИАР++ ИО~+ Н О Нитратредуктаза пз Е. со11 является высокомолекулярным (М- 500000) связанным с мембраной белком, содержащим молибден, негемовое железо н кислотно-лабильный сульфид.
Фермент обратимо днссоцнирует на мономеры (М-200000), обладающие каталитнческой активностью. Имеются данные о наличии еше меньших субъединиц, обладающих фермептативной активностью, образующихся при действии протеипаз; при этом, вероятно, происходит отшеплеиие каталитнческой части фермента от его фрагмента, связанного с мембраной. Синтез нитратредуктазы нндуцнруется нитратом и подавляется !чН!. На второй стадии процесса, катализяруемой нигритредукгазой (равд. 13.5.3), осуществляется перенос шести электронов ИО~ + 8Н++ бе — в. ИН~+ ЗН!О Как и в других процессах с мультиэлектронным переносом (восетановление Ом Им 50з ), промежуточные продукты обнаружить чге удается. Простетическими группами нитритрвдуктазы явля1отся ГМХ, ГАР, Гез51 и сирогем (равд.
13.5.2). Снрогем является непосредственным восстановителем нитрита. Восстановителем при функционировант1и нитритредуктазы в растениях и водорослях выступает ферредоксин; в зеленых растениях ферредоксин может восстанавливаться либо фотосинтетичеоки, либо за счет ХАРРН (в присутствии флавопротендмого фермента !рерредоксин-,КАЮРо-оксидоредуктазы) . Таким образом, железосеропротеид ферредоксин может служить донором электронов для железосерной группировки нитрнтредуктазы; далее электрон переносится на нитрат через сирогем.
Нитритредуктазы некоторых грибов, имеющие более высокую молекулярную массу, содержат связанный флавии, который ускоряет восстановление еврогема восстановленным пирндиннуклеотидом. ы. метлволизм Аминокислот. г 20.2. Фиксация аммиака Аммиак независимо от пути его образования включается в состав органических соединений в результате трех главных реакций, ха|рактерных для всех живых организмов. Эти реакции приводят к образованию глутамнновой кислоты, глутамина и карбамоилфосфата. Дальнейшее использование азота карбамоилфосфата ограничено двумя возможными путями; в одном из пих единственный атом азота поста~вляется для синтеза пнримидинов (равд.
24.1.5), а в другом — для синтеза аргинина (равд. 21.4.3.5). Источником же практически всех атомов азота, входящих в состав аминокислот нли д~ругих органических соединений, являются (прямо или косвенна) глутамат или амидная группа глутамина; лишь в некоторых ферментатнвных реакциях вместо глутамина может использоваться аммиак. У таких бактерий, как Е. соБ и В. тейаГеггит, и у растений функционируют глуг матдегидрогеназы, специфичные к ХАГУРН: а-кегоглутараг+ ХНа~ Р НАПРН ч==~ глутамат+ ХАРлР++ Н,О (1) Образовавшийся глутамат используется глргамансинтетазой для фиксирования второй молекулы ЫНа', в результате образуется глутамии: (2) глутамат+ МНа+ АТР— а. глутамин.+ АПР+ Р, Далсе нз глутампна и а-нетоглутарата в результате действии глутамагсинт зы может происходить образование дополнительного количества глутамата: а-кетоглутарат+ глугамин+ ХА1УРН+ Н+ — ~- л глутваат+ ХА1УР+ (3) У Е.
сой в условиях, при которых количество аммиака ограничено, болыпая часть глута~мата несомненно синтезируется по реакции (3); следует, однако, иметь в виду, что предварительно по реакции (1) должно быть синтезировано определенное количество глутамата, необходимого для образования глутамина по реакции (3). Далее реакции (2) и (3) могут осуществляться в циклическом режиме, приводя в итоге .к образованию глутамата из кетоглутарата. 20.2.1. Глутаматдегидрогеназа, реакция (1) Фермент из Е.
соД является гексамером, состоящим из б субьединиц, .каждая из которых имеет М-50000. Для роста мутантов Е. со1г, лишенных активной дегвдрогеназы, необходимы небольшие количества глутамата. пс метАБОлизм Глутачатдегидрогеназы различных организмов существенно отличаются„известно также несколько различных механизмов регуляции активности этих ферментов. Свойства ферментов млекопитающих и других позвоночных описаны в гл. 21. Свойства же !этих фер~ме4пов у Р)еигозрога сглаза и Басспатотусез (дрожжи) рассмотрены ниже. А!".
сгазза может расти на среде, содержащей глюкозу, следы биотина и смесь неорганических солей, включающую (1А(Н4)З504- На этой среде организм вырабатывает глутаматдегидрогеназу, специфичную к 4чАРРН 1см. реакцию (1)1 и, по видимому, обеспечивающую синтез глутамата, необходимого для роста. Глутаматсинтаза не была обнаружена. ХАРРН-специфичная дегидрогеназа А!. Егаэза — сходна с соответствующим ферментом нз Е. соГИ Она состоит из 6 идентичных субъединкц, каждая из которых содержит по 452 аминокислотных остатка. Сопоставление расшифрованных участков последовательности указывает на определенную гомологию с глутаматдегидрогепазами из печени быка л кур.
Если к культуре А!. сгазза добавить глутамат и уменьшить в среде количество глюкозы, то скнтез ХАРРН-специфичного фермента полностью подавляется; вместо него образуется НАР-специфичный фермент. Функция этого фермента заключается, вероятно, в дегидрогенировании части имеющегося в среде глутамата, обеспечивая, таким образом, образование а-кетоглутарата, вступающего в цикл трикарбоновых кислот, н МАРН вЂ” донора водорода для окислительного фосфорилирования: в конечном счете это обеспечивает образование АТР. 1чАР-специфичный фермент отличается от 4чАРР-специфичного фермента по свойствам н аминокислотной последовательности. Он имеет М-460000 и состоит из четырех идентичных субъединиц, причем каждая содержит более 1000 аминокислотных остатков.
Таким образом, у данного организма контроль процессов усвоения азота и обеспечения энергетических потребностей регулируется путем бносинтеза или репрессии двух различных глутаматдегидрогеназ. 20.2.2. Глутаматсинтаза, реакция (3) Этот фермент, выделенный из Е. сой (М-800000), состоит из субъединиц двух типов. Субъединиць! одного типа содержат негемовое железо, лабильный сульфид, НАР и гМХ, субъединицы другого типа име4от М 55000. Мутанты Е. со1! и В. Мейи1сг4ит, лишенные активной синтазы, нуждаются для роста в большом 4к(м)нчестве глутамата. На этом основании было высказано предйелвжение о том, что катализируемая синтазой реакция обеспечивает в основном синтез глутамата в этих организмах.
Подобная же ситуация с синтезом глутамата имеет, вероятно, место также то. метдволизм Аминокислот. 1 и у высших растений, поскольку они содержат относительно небольшие количества 1цАГ)Р)т-специф1гчной глутаматдегидрогеназы н большее количесрво глутаматсннтазы. 20.2.3. Глутамиисинтетаза, реакция (2) Глутамипснцтетаза Е. сой выделена в высокоочищевном состоянии. Регуляция активности этого фермента сложна, схема регуляпии приведена на рис. 20.2.
Фермент (М 600000) состоит нз 12 и гентичных субъединиц; он инактнвируется в результате переноса 5'-аденилильпой группы от АТР на фенольную гидроксидиую группу специфического остатка тпрозина (с образованием фосфодпэфнрной связи) в каждой из полипептндных цепей. Эта реакция, называемая иденилироеаниелг, каталнзируется ферментом АТРгглутиминсинтетази — аденилилтринсферазой (Л 130000). Реа '1цвацня аденилнрованной глугампнсннтетазы осуществляется путем фосфоролитического расщепления адепилилтнрозильнойсвязн с образованием А1)Р н активного фермента; этот процесс каталиэпруется той же самой аденнлилтрансферазой прп участии одной из форм регуляторного белка, который обозначается Рп (Л( 50000).
Аденилилтрансфераза ивляется, следовательно, бифункционгльиым катализатором, обеспечивающим как аденилирование, так = КС, .+ КС,АТР к „~Ое °,н -мц,мк мцг рр Рис. 20хь схеме взаимосвязи иезиду ковзлентными модификвциями Рц рсгулятариога белка и глутвминсинтетвзы и регуляция этих модификаций различными метвбалитзин. АТвзв — АТР: глутзминсинтетззв — вдеиилилтрвнсфервзв; 1)Т— уридилилтрзнсферззв, ТЖ вЂ” уридилудаляшший фермент; Сгз — глутзминсинтетззв: КС вЂ” а-кетаглутврвт; Ип — глугзмин; (+) — стимуляция; ( — ) —.ингибнроввние. Рц соответствует в тексте Рцз, в РцПИР— Рца.
т, е. формам Рц, стимулирчшшнм вдсннлнровзние н дезвдецилнровзние соответственно. !Яаец~ац Е. )г., 61цзвцге А., р. 755 1п Р. О. Воуег, ед., Ттге Епкуп1ез, чо1. Х, Зб еб. Асзбеш1с Ргезз, 1пс., Иетч Уогк, 1974) нь метлволизм и дезаденилирование глутаминспнтетазы; какая именно из реакций катализируется, зависит от регуляторного белка Рв. Последний может находиться в двух формах, способных к взаимопревращению; немодифипнрованная форма стимулирует аденилпрование и обозначается поэтому Рпл, модифицированная форма, Рпп, стимулирует только дезаденилнрование. Прн превращении Рпл в Рпп уридилыная группа от 13ТР переносится иа белок Рп. Эта реакция катализтаруется специфической уридинилгрансферазой (М 160000).
в качестве кофакторов выступают АТР, а-кетоглутарат, а также либо Мйз+, либо Мп'+ Регуляция обеих функций АТР: глутаминсинтетаза — аденилилтрвнсферазы (АТазы) ври действии ЬТР, а-кетоглутарата и Рп позволяет предотвратить протекание бесполезного цикла, в котором происходил бы фосфоролиз АТР с образованием А1УР и РРь и, следовательно, происходила бы значительная потеря свободной Энергии: Ат тм рва. мее+ АТР+ глутамиасинтетаза — 1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
