Lenindzher Основы биохимии т.2 (1128696), страница 83
Текст из файла (страница 83)
22-5). На следующем этапе получается свободный гомоцисглеин Рнс. 22-Д Бнссннтез лнстенна нз ыетноннна н серена. Метнсннн лостааллет лла зтогс снн СОО ! таза атом серы, а зерен — Зглерсанын саелет Б -идена зилгомоцистеин Н,О ч! Адеиозии Аденозил- гомоцистеиназа СОО ! н,н — с — н Снз СН, Б-аленозилметионин ! + Б — СН О Аденин ! Пистатиоиин- р -синтаза ОН ОН Акцептор метильных груп Реакция переноса метильисй группы Метилироиавный акцептор СОО ! 14Н вЂ” С вЂ” Н Сне ! Сн, $-адонозилгомоцисте ! Б — СН О Адвнин о-Кетобутират + Нне* Нистатиоиин- Т лииза СОО ! Нзн — С вЂ” Н Нистеии ! СН, БН ОН ОН ся деметилироианный продукт Б-аденозилгомоцисглеин Б-аденозилметионин + Акцептор метильных групп— — Б-адснозилгомоцистеин + + Метилированный акцептор. Мы уже видели (раза. 21.12), что Б-аденозилметионин служи т донором ме- Н,Н-С-Н ! Сн, Метионин ! СН, ! 8 СН НзО + АТР аденозилтрансфераза РРг + Р~ СОО + ! Нэн — С вЂ” Н СН, ! Гомоцистеиа ! СН, БН Н,Н вЂ” С-Н СН, Пист ат ионин СН СН, ! Нз1Ч вЂ” С вЂ” Н СОО 658 ЧАСТЬ П.
БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ 5-аденозилгомоцистеин + Н,О— Аденозин + Гомоцистеин. Затем гомоцистеин взаимодействует с серином в реакции, каталиэируемой цистатионин- ф-оштазай, что приводит к образованию цнсвавионини (рис. 22-5) Гомоцистеин + Серии— Цистатионин + НгО. На последнем этапе цистатианин — улиаза, также принадлежащая к числу ферментов, у которых простетической группой служит пиридоксальфосфат, катализируег удаление аммиака и расщепление цистатионина с образованием свободного цистеина (рис. 22-5) Цистатионин + Н + а-Кетобутират + )ЧН,+ + + Цистеин.
Объединив все зги отдельные стадии, мы получим суммарное уравнение синтеза цисгеина (.-метионин + АТР + Акцептор метильных групп + Н,О -~- Н+ + + Серии -+ Метилированный акцептор + Аленозин + + а-Кетобутират + + )чНл + Цистеин + РР; + Ро Конечный результат этой сложной последовательности реакций заключается в замене ОН-группы серина на ЗН-группу, получаемую от метионина, что и приводит к образованию цистеииа (рис. 22-5). 22.6. Серии служит предшественником глиципа Поскольку серии является предшественником глицина, пути биосинтеза этих двух аминокислот мы рассмотрим здесь вместе.
Главный путь образования серина в тканях животных (рис. 22-6) н»- чинается с Зфосфоглицерата, препставляющего собой промежуточный продукт гликолиза. На первом этапе а-гидроксильная группа 3-фосфоглицерата окисляется за счет )ЧАО" с образованием 3-фосфогидроксинирулата. Последний вступает в реакцию трансаминнрова- ния с глутаматом, в результате чего образуется Зфосфосерин.
И, наконец, 3-фосфосерин под действием фосфосерик-фос95атазы претерпевает гидролиз, что и приводит к образованию свободного серина. Глицин, в молекуле которого содержатся два атома углерода, образуется из трехуглеродной аминокислоты серина путем отщепления одного атома углерода а именно р-углеродного атома, т.е. С-3 (рис. 22-6). Эта реакция катализируется ферментом, для которого коферментом служит теврагидро(болат, прелставляющий собой активную форму витамина, называемою фолиелой кислотой (разд.
10.10). Тетрагилрофолат выполняет роль акцептора (3-углеродного атома серина при образовании глицина. Углеродный атом, отщепляемый от серина, образует метиленовый мостик (разд. 19.4) между атомами азота тетрагидрофолата в положениях 5 и 10, в результате получается )Ч',Х'~-метилентетрагидрофолат (рис. 22-7). Реакция образования глицина из серина обратима Серии + Тетрагидрофолат Глицин + + Х',)Ч1в-метилентетрагидрофолат + + НгО.
1н'ан'нЕметилентетрагидрофолат принадлежит к семейсгву коферментов, представляющих собой производные фолиевой кислоты; подобно 3-аденозилметионниу и коферменту В,г, зги производные фолиевой кислоты выполняют функцию переноса различных одноуглеродньв групп (разд. 10ЛО). Олноуглеролный фрагмент, отщепляемый от серина при участии .гетрагидрофолата, может переноситься на различные акцепторные молекулы. В печени позвоночных глицин может образовываться лругим ну~ем (разд. 19.4).
при участии фермента гли- цин-синтазы СО + ХН„+ + )ЧАОН + Н+ + + )н з,)Ч ' л-метилентетрагидрофолат— Глицин + ХАТ)" + + Тетрагидрофолат. ГЛ. 22. БИОСИНТЕЗ АМИНОКИСЛОТ И НУКЛЕОТИДОВ СОО н — С вЂ” Он З.фосфоглицпрат ! Н вЂ” — Π— Р— О ~з Н О ХАН' Фосфаглицпрат дпги,прогеназа Н с ХАЕН СОО ! 3-фасфагидра- С=О исипируват СН» "О РО»»'" Глутамат Фосфасерина-Кегаглутарат е'~тРвнсамииаза СОО 1 н,х — с — н 3"фосфасерии 1 СН,— Π— РО,' 3-фасфасерии ь1 Фосфосерии- фссфатвэа СОО Н„Х вЂ” С вЂ” Н Серии ! сн он Тетрагидроф адат Хв Хзо метилен тптрагилрофалат Н,О Сериа — гидрюксн- метилтрпнгфпраэа СОО Н»Х вЂ” С вЂ” Н Глиции ! Н ОН Х С С вЂ” СН,— Х ' ' С вЂ” Х вЂ” СН вЂ” СН,— СН,— СОО! !! 2з~! — ! с с сн, Н СОО ! Н 22.7.
Биосинтез незаменимых аминокислот »О. Рис. 22-б. Биосинтез серииа нз 3-фасфаглиие- рата и последующее превращение серина в п»и- нин. Глиинн может образоваться также из СО» + ХН» под действием гливин-синта- зы, которая в качестве донора метнльных групп использует Х»,Х'е-метилентетрагидро- фолат Гсм. гекату Рис. 22-7.
Структура Х»,Х»е-метилеитетрагид- рофолата. Метиленовая группа„которая перь носится, показана на красном фане (см рис. 7ОЛ22 Пути биосинтеза аминокислот незаменимых для человеха и белой крысы, были выяснены в результате биохимических и генетических нсслелований на микроорганизмах, способных синтезировать эти аминокислоты. Мы не будем здесь их рассматривать; ограничимся лишь некоторыми общими замечаниями. Как правило, пути синтеза незаменимых аминокислот сдожнее и длиннее путей синтеза заменимых: первые обычно включают от пяти до пятнадцати этапов, а во вторых лишь в редких случаях насчитывается пять. Неспособность выс- ших животных синтезировать незаменимые аминокислоты объясняется отсутствием у них одного или двух ферментов„ необходимых для этого синтеза Наибольшей сложностью отличаются пути, ведущие к синтезу таких незаменимых аминокислот, как фенилаланин, триптафан и гас»лидин, молекулы которых содержат бензольные кольца или гетеро- циклы.
Синтез таких колец (особенно двух конденсированных колец триптофана7 — сложный процесс, включающий целый ряд ферментативнъж этапов. Пять аминокислот, являющихся для животных незаменимыми. растения и микроорганизмы синтезируют из заме- ЧАСТЬ П. БИОЭНЕРГЕТИКА И МЕТАБОЛИЗМ нимых аминокислот: из аспартата синтезируются треплин, мгтионин и лизин, аиз глугамата-аргинин и гиснгидин. Изолейиин образуется у бактерий из незаменимой аминокислоты треонина. 22.8. Биосинтез аминокислот регулируетси аллостерическими механизмами Наиболее чувствительный тип регуляции синтеза аминокислот †э аллоспгвричгское ингибирование первой реакции биосинтетического пути конечным продуктом данной последовательности реакций (разд. 9.18 и ! 3.11). Первая реакция биосинтетического пути обычно необратима и катализируегся аллостерическим ферментом.
На рис. 22-8 аллостерическая регуляция показана на примере синтеза изолейцина из треонина, о котором мы уже говорили ранее (разд. 9.18). Конечный продукт — изолейцнн — действует как отрицательный модулятор первой реакции этого пути. Такого рода шзлостерическая, или нековалентная, модуляция сннтезааминокислот обеспечивает у бактерий быстрый ответ на изменение ситуации.
Другим заслуживающим внимания примером может служить регуляция активности глутаминсинтетазы у Е. сой, в которой участвует целый набор аллостерических зффекторов. У этой бактерии глутамин играет роль донора аминогрупп при биосинтезе многих метаболических продуктов (рис. 22-9). Известно восемь продуктов обмена глутамина, которые выполняют у Е.
со11 функцию отрицательных модуляторов активности глутаминсинтетазы, действуя по типу обратной связи. Глутаминсинтетвза— один из самых сложных регуляторных ферментов, какие мы знаем. Поскольку 20 обычных аминокислот требуются для белкового синтеза в определенных соотношениях, в клетках выработались механизмы, обеспечивающие не только регуляцию скорости синтеза отдельных аминокислот, но и координированиг их синтеза.
Особенно хорошо выражено такое координирование у быстро растущих бактериальных клеток. На ОН СН,— СН вЂ” СН вЂ” СОО- Тре и 1 нг4 -- — --- а1~в Трыз д, др 1 — — — бу рт ! О 1! 1 1 Пируват 1 1 Ацзголвятатсивтвза 1 Соз.") 1 1 ОН 1 1 ! СН,— СН,— С вЂ” СОО 1 а-Ацето О ччцйю- 1 1 1 =О всибутират 1 СНз Н+ НАОРН ~ 1 '~ Редуятоизомервза 1 Гидрслоиястояиглот 1 ! СН, Н ! 1 1 СН.СН,— С вЂ” С вЂ” СОО- о, р-дигидровси- 1 1 р.нет илвазерат 1 ОН ОН 1 1 ~ дегидратвза 1 Нзо дигидроясилислот 1 1 1 СНз 1 СН,СН,— С вЂ” С вЂ” СОО с -Кето Р метил- 1 'г валерат 1 Глутаыат ! Траисдмииаза о-Квтоглутврат ° ~ СН, Н ! 1 тяз — СН,— СН вЂ” С вЂ” СОО Иэолейции 1 Ннз Рис. 22-В.
Биосиигез изолейцииа из трсоиии у Е. сой. Первая реакция этого биосиитетичесзого пути иигибируегся его яоиечимм продуятом иэолейцииом. это одии из оервыл изучениыз примеров аллосгеричесяого «игибироеаиия цо типу обратной связи Валин способен усграиять или предотврашагь иигибируюцце действие изолейцииа.
рис. 22-10 показано, каким образом координируется у Е. сой синтез четырех аминокислот, образующихся из аспартата,-лизина, метионина, треонина и нзолейцина. Этап, ведущий от аспартата к аспартилфосфату, катализируется тремя иуоферменнигми, регулируемыми независимо друг от друга Этапы, на ко- ГЛ. 22 БИОСИНТЕЗ АМИНОКИСЛОТ И НУКЛЕОТИДОВ Атр»- Нпз АПР+ Р» о — Глиции е — Алании 1 — -ь 1 1 ! . 1 ! 1 ! 1 1 1 1 Глутамин !ту 1 1 1 — Гистидин 1 — — СТР Амр 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Карбамонлфосфат 2 1 дпказаминб.фссфат 1 I Риа. 22-а Аллостеричеакае ингибирование глу- тамннсинтетазы у Е. »ай. У зтаго организма глугамин является предшественником указан- ных злесь продуктов.