Я.Мусил - Современная биохимия в схемах

МЕТАБОЛИЗМ ТРЕОНИНА, СЕРИНА И ГЛИЦИНА

МЕТАБОЛИЗМ ЦИСТЕИНА

51

АМИНОКИСЛОТЫ, ПРЕВРАЩАЮЩИЕСЯ В АЦЕТИЛ-СоА ЧЕРЕЗ АЦЕТОАЦЕТИЛ-СоА

По этому пути идет превращение следующих аминокислот: Phe, Tyr, Lys, Trp, Leu. Из Phe и Tyr образуется свободный ацетоацетат, который затем превращается в ацетоацетил-СоА. Один из пяти углеродных атомов, оставшихся от этих двух аминокислот в результате аэробного декарбоксилирования, выделяется в форме СО2. Четыре остальных атома в молекуле этих двух аминокислот превращаются в фумарат.

В результате генетических дефектов у некоторых особей отсутствует фенилаланингидроксилаза и фенилаланин прямо превращается в фенилпируват, который накапливается в крови и выводится с мочой, что приводит к так называемой фенилкетонурии. Аналогично результатом отсутствия оксидазы гомогентизиновой кислоты является алкаптонурия.

МЕТАБОЛИЗМ ЛИЗИНА

52

МЕТАБОЛИЗМ ФЕНИЛАЛАНИНА И ТИРОЗИНА

МЕТАБОЛИЗМ ЛЕЙЦИНА

53

МЕТАБОЛИЗМ ПРОЛИНА

МЕТАБОЛИЗМ ГЛУТАМИНА И ГЛУТАМИНОВОЙ КИСЛОТЫ

МЕТАБОЛИЗМ АСПАРАГИНОВОЙ КИСЛОТЫ

55

АМИНОКИСЛОТЫ, ПРЕВРАЩАЮЩИЕСЯ ЧЕРЕЗ СУКЦИНИЛ-СоА

Met теряет метильную группу и атом серы в двух важных реакциях, давая цистеин и серин. Получающийся затем гомосерин дезаминируется и превращается в α-кетомасляную кислоту, которая подвергается окислительному декарбоксилированию.

Превращения Ile и Val происходят аналогичным образом. Обе аминокислоты переаминируются и образующаяся α-кетокислота затем подвергается окислительному декарбоксилированию. Сходным образом происходит и превращение разветвленных боковых цепей. Метилмалонил-СоА образуется как из Val, так и из Ile и превращается в сукцинил-СоА метилмалонил-СоА-мутазой, содержащей кобамидный кофермент.

МЕТАБОЛИЗМ ИЗОЛЕЙЦИНА

МЕТАБОЛИЗМ ВАЛИНА

56

МЕТАБОЛИЗМ МЕТИОНИНА

РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ С ВЫДЕЛЕНИЕМ АММИАКА

1. Окислительное дезаминирование, катализируемое глутаматдегидрогеназой.

2. Дезаминирование оксидазой аминокислот.

3. Постепенное окисление до цистеинсульфиновой кислоты, которая окислительно дезаминируется и разрушается до сульфата и пирувата.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНА АММОНИЯ В ОРГАНИЗМЕ

1. Карбамоилфосфат, образующийся реакцией аммиака с СО2, является исходным соединением в синтезе мочевины и, вместе с аспарагиновой кислотой, в биосинтезе пиримидинов.

2. Глутамин в организме принимает участие в ряде биосинтетических реакций. Он либо вступает в различные реакции, например приводящие к синтезу фолиевой кислоты, либо отщепляет амидную группу, которая затем переносится к другому соединению, как происходит, например, при синтезе гуанозин-5-фосфата в присутствии GMPсинтетазы, или в синтезе глюкозамина из D-фрук- тоза-6-Р под действием глюкозамин-6-Р-изоме- разы.

57

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

протекает двумя путями:

1. Все аминокислоты окислительно дезаминируются неспецифическими оксидазами (функционирующими в присутствии FAD) и превращаются в соответствующие кетокислоты. Фермент локализован в эндоплазматическом ретикулуме клеток печени и характеризуется относительно низкой активностью. Окисление аминокислот происходит молекулярным кислородом, образующаяся в результате этой реакции перекись водорода либо разлагается с помощью каталазы до воды и кислорода, либо используется как окислитель в реакциях различных пероксидаз (содержащихся в пероксисомах). Такой тип дезаминирования обычно не ис-

пользуется в организме, а является важным лишь для превращений лизина.

2. Во втором случае окислительному дезаминированию предшествует переаминирование. В результате все аминокислоты превращаются в соответствующие кетокислоты и в то же самое время α-кетоглутаровая кислота превращается в глутаминовую кислоту, которая и становится объектом окислительного дезаминирования. Этот процесс протекает под действием специфической глутаматдегидрогеназы (для работы которой необходим NAD+ ). Продуктами реакции оказываются α-кето- глутаровая кислота и NH3 . Этот путь превращения аминокислот является довольно общим. Глутаматдегидрогеназа, благодаря её ключевым позициям в превращении аминокислот, является аллостерическим ферментом, состоящим из нескольких одинаковыхсубъединиц.Молекулярная масса этого фермента 280000, фермент способен образовывать агрегаты палочкообразной формы с молекулярной массой 2,2•10б. Эффекторы влияют на равновесие между мономерной и полимерной формами. Фермент ингибируется ATP, GTP, NADH, а активируется ADP и различными аминокислотами. Активность меняется также под действием тироксина и некоторых стероидных гормонов.

СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ

Синтез мочевины - это циклический процесс, являющийся последней фазой превращения аммиака, который выделяется при дезаминировании аминокислот.

Биологическое значение этого процесса состоит в том, что таким образом удаляется аммиак, токсичный для организма. Мочевина является биологически важным соединением с высоким содержанием азота. Мочевина свободно проходит сквозь клеточные мембраны пассивным транспортом по градиенту концентрации, т.е. из клетки в межкле-

трансферазой, 3) аргининсукцинатсинтетазой, 4) аргининсукцинатлиазой, 5) аргиназой.

58

ОБЩИЙ БАЛАНС В ЦИКЛЕ МОЧЕВИНЫ

1. Первая NH2-группа, включающаяся в цикл мочевины, образуется окислительным дезаминированием какой-нибудь аминокислоты (на схеме приведен пример глутаминовой кислоты, окислительное дезаминирование которой происходит в митохондриях).

2. Выделяющийся аммиак реагирует с СО2 в присутствии АТР с образованием карбамоилфос-

фата (макроэргического соединения). Эта реакция необратима.

3.Карбамоилфосфат отдает свою карбамоильную группу орнитину, и в результате получается

цитруллин.

4.Вторая аминогруппа включается в цикл с по-

мощью аспарагиновой кислоты, образующейся за счет переаминирования между глутаминовой кислотой и оксалоацетатом.

5. Аминогруппа аспарагиновой кислоты конденсируется с карбамильной группой цитруллина. Реакция протекает в присутствии АТР и аргининсукцинатсинтетазы. В результате образуется аргининсукцинат, который затем обратимо расщепляется до аргинина и фумарата.

6. Аргинин расщепляется аргиназой до мочевины и орнитина, который снова входит в цикл.

Таким образом, для синтеза одной молекулы мочевины требуются две молекулы аммиака, одна молекула двуокиси углерода и три молекулы АТР.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС РАСЩЕПЛЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ

В качестве примера на схеме приведено окислительное расщепление треонина до СО2 и мочевины и расчет количества АТР, образующегося в ходе происходящих реакций.

1. Из одной молекулы Thr образуются две молекулы ацетил-СоА, включающегося в цикл лимонной кислоты, и одна молекула NH3. (Ради упрощения ацетил-СоА далее рассматривается как уксусная кислота.)

2. Из Thr при метаболизме образуется уксусная кислота и аммиак. Но поскольку для синтеза одной молекулы мочевины требуется две молекулы аммиака, необходимо для расчета учитывать две молекулы Thr.

3. Образующаяся уксусная кислота окисляется в цикле лимонной кислоты в соответствии со следующим уравнением:

СН3СООН + 2Н2О —> 2СO2 + 8Н.

4.Реакции синтеза мочевины из аммиака.

5.Суммарное уравнение для всех превращений Thr. Энергетический баланс метаболизма Thr, таким образом, будет следующим:

48 молекул АТР синтезируются из 16 молекул NADH при его окислении

8 молекул АТР синтезируются из 4 молекул FADH2 за счет его окисления

4 молекулы АТР соответствуют 4 молекулам GTP

60 молекул АТР образуются в реакциях —5 молекул АТР расходуются в реакциях

55 молекул АТР образуются при окислении двух молекул Thr, т.е. 27,5 АТР на молекулу треонина.

59

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ПУЛ АМИНОКИСЛОТ, РОЛЬ ОРГАНЕЛЛ КЛЕТКИ В ПРЕВРАЩЕНИЯХ АМИНОКИСЛОТ

60