Биосинтез липидов

У прокариот липиды входят в состав клеточных мембран и клеточной стенки, служат запасными веществами, являются ком­понентами пигментных систем и цепей электронного транспорта. Ниже мы рассмотрим синтез жирных кислот и фосфолипидов, являющихся у большинства прокариот, относящихся к эубактериям, универсальным компонентом клеточных мембран.

С₁₄—С₁₈-жирные кислоты синтезируются путем последователь­ного присоединения двухуглеродных фрагментов к активирован­ной С₂-группе, выполняющей функцию затравки, и последую­щего восстановления окисленных углеродных атомов.

В клетках эубактерий компонентами липидов являются в ос­новном насыщенные жирные кислоты или содержащие одну двой­ную связь (мононенасыщенные). Полиненасыщенные жирные кис­лоты, содержащие две и более двойных связей, найдены до сих пор только у цианобактерий. Образование двойных связей в моле­куле кислоты может происходить двумя путями. Один из них, об­наруженный у аэробных эубактерий, требует участия молекуляр­ного кислорода. У облигатно анаэробных и некоторых аэробных эубактерий двойные связи вводятся в молекулу кислоты на ран­ней стадии ее синтеза в результате реакции дегидратации.

Пути, ведущие к синтезу фосфолипидов, состоят из несколь­ких этапов. Исходным субстратом служит фосфодиоксиацетон (про­межуточное соединение гликолитического пути), восстановление которого приводит к образованию 3-фосфоглицерина. К послед­нему затем присоединяются два остатка жирных кислот. Продук­том реакции является фосфатидная кислота. Активирование ее с помощью ЦТФ и последующее присоединение к фосфатной группе серина, инозита, глицерина или другого соединения приводят к синтезу фосфатидилсерина, фосфатидилинозита и фосфатидил-глицерина соответственно (см. рис. 14).

Биосинтез аминокислот

Большинство прокариот способны синтезировать все амино­кислоты, входящие в состав клеточных белков. В качестве исход­ных углеродных скелетов для биосинтеза аминокислот служит не­большое число промежуточных соединений различных метаболи­ческих путей (табл. 10). Введение в молекулу некоторых из них (щавелевоуксусной, ос-кетоглутаровой, пировиноградной кислот) аминного азота приводит к образованию аспарагиновой, глута-миновой кислот и аланина. Однако в большинстве случаев исход­ные соединения должны подвергнуться значительным перестрой­кам, чтобы сформировать углеродный остов молекулы будущей аминокислоты.

Особенностью биосинтеза аминокислот является использова­ние общих биосинтетических путей. Так, 19 из 20 аминокислот, входящих в состав белков, можно по способу их происхождения

разделить на 5 групп. Только одна аминокислота (гистидин) обра­зуется по отдельному биосинтетическому пути. Азот вводится в молекулу аминокислоты посредством реакций аминирования, амидирования и переаминирования. Реакции аминирования при­водят к образованию из пировиноградной кислоты аланина, а из а-кетоглутаровой — глутаминовой кислоты, например:

Глутаматдегидро-

НООС— (СН₂),—СО—СООН + NH₃ + НАДФ • Н₂ -

^геназа» НООС—(СИ,),—CHNH,—СООН + НАДФ⁺ + Н,0. Глутаминовая кислота

Две реакции амидирования ведут к образованию глутамина и ас-парагина из глутаминовой и аспарагиновой кислот в реакциях следующего типа:

Глутаминсинтетаза

НООС—(СН₂)₂—CHNH₂—СООН + АТФ + NH₃— -

Глутаминовая кислота

-NH₂CO—(СН₂)₂—CHNH₂—СООН + АДФ + Ф„ + Н₂0,

Глутамин

где Ф_н — неорганический фосфат. Глутаминовая кислота и глута­мин прямо или косвенно служат донорами амино- и амидогрупп при синтезе практически всех аминокислот и других азотсодержа­щих органических соединений. Аспарагин используется только для синтеза белковых молекул. Во все остальные аминокислоты азот вводится посредством реакций переаминирования, катализируе­мых соответствующими аминотрансферазами, при этом во всех реакциях одним из участников является глутаминовая кислота:

глутаминовая кислота + щавелевоуксусная кислота —*■ —>• аспарагиновая кислота + а-кетоглутаровая кислота.

Еще одним путем включения азота аммиака в состав органи­ческих соединений является реакция, приводящая к образованию карбамоилфосфата:

NH₃ + С0₂ + 2АТФ —>• H₂N —СО —О—РО_эН₂ + 2 АДФ + Ф_н.

Карбамоил фосфат

Дальнейшее использование азота карбамоилфосфата происхо­дит по двум путям: для синтеза пиримидинов и аргинина.