Розділ 22

БІОСИНТЕЗ АМІНОКИСЛОТ, НУКЛЕОТИДІВ ТА СПОРІДНЕНИХ МОЛЕКУЛ

1. Загальна характеристика метаболізму азоту

2. Біосинтез амінокислот

3. Біомолекули, що утворюються з амінокислот

4. Біосинтез та деградація нуклеотидів

Коли радієш життю, то час збігає швидко. Неможливо описати словами те радісне хвилювання, що його відчуваєш, коли бачиш здоровою людину, яка могла б померти від хвороби. Нобелівська премія - це лише глазур на торті.

- Гертруда Еліон, цитата зі статті у журналі Science, 2002

За вмістом у живих організмах азот поступається лише вуглецю, водню та кисню. У зв’язаному стані більша частина цього елементу входить до складу амінокислот та нуклеотидів. У цьому розділі ми розглянемо всі аспекти метаболізму цих азотовмісних сполук, окрім катаболізму амінокислот, якому присвячено розділ 18.

Шляхи біосинтезу амінокислот і нуклеотидів доцільно розглядати разом, і не тільки тому, що обидва класи сполук містять азот (який походить зі спільних біологічних джерел), але й тому, що ці шляхи дуже взаємопов’язані і характеризуються наявністю важливих спільних проміжних метаболітів, або інтермедіатів. Окрім того, певні амінокислоти, чи їхні частини, є структурними компонентами пуринів та піримідинів, водночас частина пуринового кільця може бути компонентом амінокислоти (наприклад, гістидину). Синтез сполук обох класів здійснюється за допомогою однакових хімічних перетворень, зокрема, реакцій перенесення азоту або одновуглецевих груп.

Метаболічні шляхи, описані на наступних сторінках, можуть здатися біохіміку-початківцю надто складними. Проте їхня складність зумовлена не стільки хімічними перетвореннями, які у багатьох випадках достатньо зрозумілі, скільки наявністю численних етапів та проміжних сполук. Щоб з’ясувати ці шляхи, слід враховувати загальні закономірності метаболічних перетворень, які ми вже розглядали, природу ключових проміжних сполук та попередників, а також спільність типів реакцій. Корисним може бути навіть побіжний огляд метаболічних процесів з хімічної точки зору, адже саме на цих шляхах у біологічних системах іноді зустрічаються найнезвичніші хімічні перетворення; це стосується, зокрема, вражаючих прикладів рідкісного біологічного використання таких металів як молібден, селен та ванадій. Розуміння цих метаболічних шляхів важливе і з практичної точки зору, особливо для студентів, які вивчають медицину та ветеринарію. Адже причиною багатьох генетичних захворювань людини і тварин часто є відсутність одного або декількох ензимів метаболізму амінокислот та нуклеотидів, а численні фармацевтичні препарати, які використовуються для лікування інфекційних хвороб, так само, як і багато важливих сполук, що застосовуються в хіміотерапії ракових захворювань, є інгібіторами ензимів, задіяних у цих шляхах.

Визначальне значення у біосинтезі азотовмісних сполук належить процесові регуляції. Загалом потік метаболітів через шляхи синтезу цих сполук у тканинах тварин не настільки великий, як у випадку синтезу вуглеводів чи жирів, оскільки потреби у певних амінокислотах та нуклеотидах відносно низькі. Однак для забезпечення утворення різноманітних амінокислот та нуклеотидів у правильному співвідношенні та у певний час шляхи їх біосинтезу повинні бути регульованими і узгоджуватися. Окрім того, амінокислоти та нуклеотиди - це молекули, що несуть певний електричний заряд, тому регуляція їх вмісту відіграє важливу роль у підтриманні електрохімічної рівноваги у клітині. У попередніх розділах наголошувалося, що метаболічні шляхи можуть регулюватися шляхом зміни активності або кількості специфічних ензимів. У цьому розділі ми наведемо приклади найбільше вивчених механізмів регуляції активності ензимів, задіяних у певних метаболічних шляхах. Контроль кількості різноманітних ензимів у клітині (тобто швидкості їх синтезу та деградації) буде розглянуто в розділі 28.