Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Позже мы еше вернемся к вопросу о судьбе аминогрупп. 19З. Сугцествует 20 различных путей для расщепления утлеродных скелетов аминокислот В состав белков входит 20 обычных аминокислот, различающихся своими углеродными скелетами. Соответственно сушествует и. 20 различных катаболических путей для их расщепления. Иэ общего количества энергии, потребляемой организмом, на долю всех этих путей приходится не более 10/. Это значит, что участие каждой из аминокислот в общем метаболизме выражается в среднем величиной порядка 0,5/.
Ясно, таким образом, что значение этих амннокислотных путей, взятых по отдельноспя, не может идти ии в какое сравнение со значением гликолиэа или цикла лимонной кислоты. Поэтому мы не будем рассматривать их подробно. Дело в том, что 20 различных катаболических путей, по которым идет расщепление аминокислот. в конечном счете сливаются и приводят всего лишь к пяти продуктам, которые затем вступают в цикл лимонной кислоты и здесь Окисляются полносп ю до СОз н Н7О (рис. 19-4).
На рис. 19-4 видно. что углеродные скелеты десяти аминокислот разрушаются с образованием аиетил-СоА. Пять аминокислот преврашаются в а-кетоглутарат, три — в сукяинилСоА, две - в оксалоачетат и две — в фумарат. Индивидуальные пути для 20 аминокислот мы объединим здесь в схемы, в каждой из которых эти пути будут вести к определенному продукту, способному включиться в цикл лимонной кислоты. (Углеродные атомы, которым предстоит включиться в цикл лимонной кислоты, выделены на схемах красным.) Некоторые ферментативные этапы этих путей, представляющие особый интерес либо из-за своеобразного механизма реакции, либо иэза того, что они важны с мелицинской точки зрения, мы обсудим отдельно.
19.4. Десять аминокислот превращаются в результате расщевлевия в ацетил-СоА Углеродные скелеты десяти аминокислот, разрушаясь, превращаются в ацетил-СоА, непосредственно включающийся в цикл лимонной кислоты. Пять из этих десяти аминокислот расщепляются до ацетнл-СоА через пируват; другие пять превращаются сначала в аиетоаиетил-СоА, а затем уже этот последний 577 ГЛ. 19. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ Пврувнг гкл СеА гало Ч нл — с -соо.
П ргаа ! НС вЂ” С-Х вЂ” С Л Хгигх С л Рнс 19-4. Вклгочеинс углеродных скелетов обычны» аминокислот в лнкл лимоннои кисло- ты. При расглеплении лепнина и триптофана образуется как аггетоагитил-СОА, гак и аиетил- СоА. расщепляется до ацетил-СоА (рнс. 19-4). Через пируаат идет расщепление аланына, яистеына, глицигга. серина и треонигт (рис. 19-5). Алании преврауцается а пируаат непосредсгаенно в реакции трансаминироаания с а-кетоглутаратом.
Четырехуглеродная аминокислота треонин расщепляется с образованием лаухуглеродной аминокислоты глицина, который может подаерт аться дальнейшим превращениям по двум путям. На одном из ннх глицин сначала преаращается а сернн (трехуглеродную аминокислоту) а результате ферментатианого присоединения гидроксиметильной группы, переносчиком которой служит кофермент тетрагидрофолат (рис. 19-6). Из предыдущего мы уже знаем [разд. 10.10), что тетрагидрофолат выступает в роли переносчика одноуглеродных групп, ~аких, как метилъная.
формильная. гидроксиметильная и формиминогруппа (рис. 19-6). Однако главный путь катаболизма глицина ведет через другую реакцию, также требующую присутсгаия тетрагндрофолата. В зтой реакции происходит окнс- г(н н Нт.-г. -г -СОО 1 1 и нн, тг» нх -с — н ляпавьаыы 1 о Нф: — СОО нн, Гаи а нр-с — х-с я Нс -С вЂ”.ГХГОон нн Сг'тля Рис 19-а Схема путей, всдуппгх от трсонина, г липина. серина, пистеина и аланина к анетил- СоА через пируват. 578 ЧАСТЬ и. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ "Х вЂ” 4Й.' сна В нное С вЂ” СН,— Х— н сн, О 1 н — С вЂ” Х вЂ” С вЂ” Снс — Сио — СОО Б лительное расщепление глицина до СОз, )ЧНл и метиленовой группы (.
-СН,— Л которая присоединяется к тетрагидрофолату. Реакция легко обратима; катализируется она гливин-гинпшзай: Нз)Ч--СНз--СОО + РНл + + )ЧАВ+ )ь[5,)иго-метилен-РНн + СО, + + )ч[АОН + )ЧНй. На этом катаболическом пути два углеродных атома глицина не поступают в цикл лимонной кислоты. Один из них отщепляется в виде СО,, а второй используется для образования мегиленовой ~руины [с[5)Чго-метилентетрагидрофолата (рис. 19-6), который служит донором метиленовых групп в некоторых биосинтетических реакциях. Фрагменты углеродною скелета феНидапапииа, Еийаэипа, сШЗипа, тлидтафана и лейвина превращаются в анетаайееил-СОА, из которою затем образуется ацетил-СоА (рис.
19-7у Особою внимания заслуживают в этой группе два катаболических пу.ги. Путь, ведущий от трнптофана к ацстил-СоА;— самый сложный в амипокислозном катаболизме животных тканей: он включает 13 этапов. Некоторые промежуточные продукты катаболизма триптофана служат предшественниками в биосинтезе других важных биомолекул, например нейрогормона сероеоншга илн такого витамина, как гшкотиноеал лиглота (рис. 19-8), Таким образом. путь. по которому идет катаболизм триптофана, имеет несколько ответвлений, что создает возможность для образования ряда других продуктов из единственного предшественника -- триптофана. В~арой интересный путь - это пугтв ведущий от фенилаланина (рис. 19-9).
Фенилаланин и продукт его окисления тиро- нн ни НС С вЂ” с -Ч: — СОО г й н аснвнмаан н н ! С вЂ” С вЂ” С вЂ” ШО н нн, ! йн, сн СН. ! гн. ! не~ сн, нс — йн. ! СОО т рос он. н-с — сн. сн. н — с — йн, си, тннаорнс ! -".! сн, г.н, ОН Н ! х» с 1 Ннн — Са, С СН, Х ~Хе Н Теграгилрофолат л Х н[З 'е-мотилегггетрагидрофолаг Рис. [Гьб. Л. Тетрагилро(шлат [РНс) Часов молекулы, участвуюшаа в переносе одноугле- родиой группы.
показана на красном фоне. Б. Хс,Х'о-мер илентетрагилрофолат, образую- шийсв в глггцин-снгггазггой реакции. Метилено- ааа группа показвна на красном фоне. зин распадаются на два фрагмента; оба они могут вступать в цикл лимонной кислоты, хотя и на разных уровнях. Четыре из девяти углеродных атомов фенилаланина и тирозина дают свободный апетоацетат, который затем превращается в ацетил-СоА (рис. 19-7). Второй четырехуглеродный фрагмент тирозина и фенилаланина превращается в фумарае — промежуточный продукт цикла лимонной кислоты (см. ниже), Таким образом, восемь из девяти атомов этих он. Н,С вЂ” с-«Н.— соа- С вЂ” 5-С Л ! ли он гт рнслгг нь г' С ГЬ вЂ” С -СН;С -5-Сса ! о Ла гоннстноС л ! г.н — гг — 5 — с л О ( лн ел Рис [5-7.
Схема путей, аедушин от лизина, триптофана, феннлалаиина. тирознпа и лейцнна к ацегцл-Сод через ацетоацетил-СоА. ГЛ. !9. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ РАСЩЕПЛЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ Н Триптофан Никотиннг (витамину ! ! СН,СОО- Н 1 малеилацетсацегат ! Малеев ацетоацетат- изомераза Н -ООС вЂ” С=С вЂ” С вЂ” СН,— С вЂ” СН» — СОО (,У, в 4-фумарил- агктоацетат О,, ХАПРН, Н'- Лефокгна "'"":"- Г' при фенилмоноокоигеназа Н О. НАПР л кетонурии » НΠ— ( г СН,— С вЂ” СОО Н ХН» Тирозин СН,— С вЂ” СН,— СООО Ацетоапетат Сукцинил-СоА 3-к сто вцик-Со А— Сукцинаг СН., — С вЂ” СН, — С вЂ” 8 — СоА ( О О Ацетоацегил-СоА О» Гоыо ( Дефект»»а при 1,2-дно«си Н' геназа Рпс. 19-9. Нормальный путь преврешенив фе- пилвпвнннв и тироэиив в кпетовпетвл-СоА и фумвровую кислоту.
Прн феивлкетонурии на- рушен« к«тивпосгь первого фермен»в этого пути. 1 ! СН,— СН вЂ” СОО (л( нн э НО ! ! СН,СН,йН, Н Н Серотонин (гормон, вызывающий сужение сосудов) Рпс. 19.9, Триптофвн и некоторые в«иные про- пукты его ыетвболпчески«преврвшенпй, /' 'л СН,— 1 — СОО'„1 "ХН» Фенилаланип о-Кетоглутарат Тирозинтрансамииаза Глутамат Но ~' ~ С̈́— С вЂ” СОО- 'л — l О 4 гидро«с»крег»нл- пнрунат О, 4-гидроксифонил- пируапт-дио«сигонизн СО» НО СН» СОО Голюгенгизат -ООС вЂ” С=С вЂ” С вЂ” СН,— С вЂ” СН,— СООН Н О 4 малеилацетоацетат Н Индолацетат (образуется в растениях; стимулирует рост растений] СООС вЂ” Н Фумарат Н вЂ” С ( СОО 530 часть и.
БиОэнеРГетикА и метАБОлизм аминокислот поступают в цикл лимонной кислоты; девятый атом опцепляется в виде СОз. Фенилаланин (после гнлроксилирования, т.е. через тирозин) также в конечном счете используется как прелшественник гормона щитовидной железы тирокгииа и двух гормонов, вырабатываемых мозговым веществом надпочечников-адреналина и норадреналина (гл. 25). 19.5. Наследственные нарушения натаболнзма фенилаланнна У человека известно много различных наследственных нарушений аминокислотного обмена. В основе всех этих нарушений (большинство из них встречается редко) лежит мутация какого-нибудь гена, кодируюшего определенный фермент, участвующий в превращениях данной аминокислоты.
Под контролем мутант- ного гена синтезируется дефектный фермент, у которого в том или ином ключевом участке полипептидной цепи может стоять «неправильнае> аминокислота; кроме того, какой-нибудь аминокислотный остаток может быть утрачен или, наоборот, включен в полинептидную цепь. В одних случаях такой наследственно измененный фермент неактивен вообще, а в других проявляет лишь часть присущей ему активности, поекольку харак- тЕРНОЕ ДЛЯ НЕГО ЗНаЧЕНИЕ КМ (ИЛИ )(„кх) не соответствует норме.
Большинство врожденных нарушений аминокислотного обмена у человека сопряжено с накоплением тех или иных промежуточных продуктов этого обмена При некоторых наследственных заболеваниях такого рода нарушается нормальное развитие нервной ткани„что приводит к умственной отсталое~и. Фенилаланин-тирозиновый путь заслуживает в этом смысле специального упоминания„поскольку три ферментативных этапа этого пути особенно уязвимы, т.е.
полвержены генетическим изменениям, в результате которых возникают три вида врожденных нарушений обмена. У некоторых людей дефект затрагиваст первый фермент данно~о мета- болического пути (рнс. 19-9)-фенилаллнин — 4-монооксигеназу (ее называют также фенилаланин-гидро«с«лизой), катализирующую гилроксилирование фенилаланина до тирозина. Этот дефект служит причиной заболевания, которое носит название фенилкетонурии.
Фенилаланин-монооксигеназа катализирует реакцию, в которой один из двух атомов молекулы кислорода О, включается в фенилаланин, чтобы образовать гидроксильную группу тирозина„ второй атом кислорода восстанавливается при этом до НзО за счет )ЧАОН, который также требуется для этой реакции: 1;фенилаланин + )ЧАОН + + Н' + О, 1.-тирозин + )чА)З + НгО. При наслелственном дефекте, затрагивающем фенилаланин-4-монооксигеназу, на первый план выступает второстепенный путь обмена фенилаланина, в норме мало используемый.
На этом второстепенном пути фенилаланин претерпевает трансаминирование в реакции с п-кетоглутаратом, что приводит к обгизованню феииллирувата (рис. 19-10): Фенилаланин + а-Кетоглутарат — Фенилпируват + Глутамат. Однако дальнейшим превращениям фенилпируват не подвергается,т.е. это тупиковый путь; феннлпируват (а также и фенилаланин) накапливается в крови и тканях, а затем выводится с мочой. Избыток фенилпирувата в крови у новорожленного нарушает нормальное развитие мозга и служит причиной умственной отсталости.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
