3.2. Обмен серина и глицина. Образование и перенос одноуглеродных групп.

3.2.1. Главную роль в реакциях обмена серина и глицина играют ферменты, в состав которых в качестве кофермента входит тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК). ТГФК образуется в организме в результате восстановления фолиевой кислоты (витамина В_с).

фолиевая кислота

ТГФК

3.2.2. Реакционноспособными центрами в молекуле ТГФК являются атомы азота в положениях 5 и 10. Атомы водорода при N⁵ и N¹⁰ могут замещаться на различные одноуглеродные группы: метильную (-СН₃), метиленовую (-СН₂-), метенильную (=СН-), формильную (-СН=О) и некоторые другие. Основными источниками одноуглеродных групп в клетке служат серин и глицин.

5,10-Метилен-ТГФК используется как донор метильной группы в реакциях биосинтеза тимидилового нуклеотида.

При окислении 5,10-метилен-ТГФК образуются 5,10-метенил-ТГФК и 10-формил-ТГФК. Эти производные ТГФК служат источниками атомов углерода в процессе биосинтеза пуриновых нуклеотидов (аденилового и гуанилового).

При восстановлении 5,10-метилен-ТГФК образуется 5-метил-ТГФК. Это соединение интересно тем, что может поставлять метильную группу для регенерации метионина из гомоцистеина (см. далее).

3.2.3. Аминокислота глицин, помимо участия в синтезе белка и образовании различных одноуглеродных групп, является предшественником ряда специализированных биомолекул:

• оба атома углерода и атом азота глицина могут включаться в структуру пуринового ядра (атомы С⁴, С⁵ и N⁷);

• глицин является главным предшественником порфиринов (простетической группы гемоглобина, миоглобина, цитохромов);

• глицин участвует в синтезе креатина - предшественника креатинфосфата, участвующего в биоэнергетике мышечной и нервной ткани;

• глицин входит в состав пептидного кофермента глутатиона;

• участвует в образовании конъюгатов (гликохолевая кислота, гиппуровая кислота).

3.3. Обмен метионина и реакции трансметилирования.

3.1.1. Метильная группа метионина, связанная с атомом серы, также представляет собой подвижную одноуглеродную группу, способную участвовать в реакциях трансметилирования (переноса метильной группы). Активной формой метионина, принимающей непосредственное участие в этих превращениях, является S-аденозилметионин, который образуется при взаимодействии метионина с АТФ.

Примеры реакций трансметилирования с участием S-аденозилметионина приводятся в таблице 3.1.

Таблица 3.1

Использование метильной группы S-аденозилметионина в реакциях трансметилирования

Субстрат	Метилированный продукт
Норадреналин	Адреналин
Адреналин	Метоксиадреналин
Гуанидинацетат	Креатин
Карнозин	Ансерин
Гистамин	N-метилгистамин
Фосфатидилэтаноламин	Фосфатидилхолин

Вот некоторые примеры этих реакций.

1) Образование фосфатидилхолина из фосфатидилэтаноламина - ключевая реакция синтеза фосфолипидов:

Фосфатидилхолин – главный фосфолипидный компонент биологических мембран; он входит в состав липопротеинов, принимает участие в транспорте холестерола и триацилглицеролов; нарушение синтеза фосфатидилхолина в печени приводит к жировой инфильтрации.

2) Образование адреналина из норадреналина - заключительная реакция синтеза гормона мозгового вещества надпочечников:

Адреналин выделяется в кровь при эмоциональном стрессе и участвует в регуляции углеводного и липидного обмена в организме.

3) Реакции метильной конъюгации - один из этапов обезвреживания чужеродных соединений и эндогенных биологически активных веществ:

В результате метилирования блокируются реакционноспособные SH- и NН-группы субстратов. Продукты реакции не обладают активностью и выводится из организма с мочой.

3.3.3. После отдачи метильной группы S-аденозилметионин превращается в S-аденозилгомоцистеин. Последний расщепляется на аденозин и гомоцистеин. Гомоцистеин может вновь превращаться в метионин за счёт метильной группы 5-метил-ТГФК (см. предыдущий параграф):

В этой реакции в качестве кофермента участвует метилкобаламин – производное витамина В₁₂. При недостатке витамина В₁₂ нарушается синтез метионина из гомоцистеина и накапливается 5-метил-ТГФК. Так как реакция образования 5-метил-ТГФК из 5,10-метилен-ТГФК необратима, одновременно возникает дефицит фолиевой кислоты.

3.3.4. Другим путём использования гомоцистеина, как уже упоминалось, является участие в синтезе цистеина. Биологическая роль цистеина:

• входит в состав белка, где может образовывать дисульфидные связи, стабилизирующие пространственную структуру макромолекулы;

• участвует в синтезе глутатиона, причём цистеиновая SH-группа определяет реакционную способность этого кофермента;

• является предшественником тиоэтаноламина в молекуле HS-КоА;

• служит предшественником таурина в конъюгированных желчных кислотах;

• является источником атома серы в органических сульфатах (хондроитинсульфат, гепарин, ФАФС).