ЛОС № 6. Аминокислоты как первичные и вторичные метаболиты

I. Белковые аминокислоты

• Аминокислоты – органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминогруппы. Подразделяются на 3 группы:

• Алифатические аминокислоты

• Ароматические аминокислоты

• Иминокислота пролин

1. Нумерация атомов в аминокислотах

• Нумерация аминокислот (численная) начинается с атома углерода карбоксильной группы

• α-атом углерода – ближайший атом углерода к карбоксильной группе

• Если к α-атому углерода присоединены карбоксильная и аминогруппа, такие АМК называют α-аминокислотами

• Все белковые АМК относятся к α-аминокислотам

• В ароматических АМК нумерация более сложная

2. Оптическая изомерия аминокислот

• Принадлежность к L- или D-ряду определяется взаимным расположением аминной и карбоксильной групп и радикала аминокислот

• К L-ряду относят те АМК, у которых атом водорода, карбоксильная и аминная группы находятся по отношению к друг другу против часовой стрелки

• Белковые аминокислоты относятся к L-ряду

3. Биосинтез АМК

• Углеродная часть аминокислот образуется из глюкозы

• Аминогруппы образуются из свободного аммония после его включение в органические соединения и вводятся из других аминокислот путем трансаминирования

• Главным донором аминогруппы является глутамат

Образование углеводной части аминокислот:

II. Небелковые аминокислоты

Аминокислоты:

• Белковые (20+1) – Первичный метаболизм

• Небелковые (более 3 000) – Вторичный метаболизм

1. Непротеиновые аминокислоты – аминокислоты, не участвующие в биосинтезе белка и, как правило, относятся к вторичным метаболитам

• Выполняют широкий спектр функций: интермедиаты, сигнальные молекулы, осмолиты, токсины, антимикробные и аллелопатические агенты

• Некоторые NPAA – первичные метаболиты: гидроксипролин, орнитин, гомосерин, GABA

2. Биосинтез NPAA

1. Образуются из белковых аминокислот путем простых структурных модификаций

2. Путем модификации биосинтетических путей, ведущих к белковым аминокислотам

3. Имеют собственный путь биосинтеза

3. NPAA производные лизина

• Мимозин – токсичная небелковая аминокислота некоторых представителей семейства бобовых

• Leucaena leucocephala – популярная культура в засушливых регионах, источник древесины, кормовая культура, широко используется для затенения плантаций и создания лесополос

• Листья лейкоцены содержат около 2 % мимозина (сух.)

• В больших количествах нарушает метаболизм йода и вызывает образование зоба

Лизин

• Мимозин игибирует образование гидроксипролина, необходимого для роста волос

• В больших количествах может привести к облысению

• Ранее в некоторых регионах чистый мимозин применяли для химической стрижки шерсти овец

• Позже было доказано токсичное действие мимозина

• В регионах, где лейкацена (Leucaena leucocephala) – основная кормовая культура, наблюдается облысение скота

4. Npaa производные изолейцина

• Гипоглицин А – токсичная аминокислота ингибирующая активность трансацетилаз (перенос ацетата с Ацетил-CoA)

• Содержится в семенах дерева аки Blighia sapida (0,001 %)

• В странах Карибского моря (особенно в Ямайке) семена аки широко используют в пищу

• Употребление незрелых семян вызывает тяжелое отравление и гипогликемию

Гипоглицин АЛейцин

5. Селенсодержащие аминокислоты

• Селен – минорный почвенный компонент, токсичный для большинства растений

• Селен может встраиваться вместо атома серы в серосодержащие протеиновые АМК, тем самым нарушается нативная структура белка

• Селенсодержащие АМК токсичны для большинства фитофагов

• Суточная доза селена для человека – 50 – 70 мкг

• Содержание селена в семенах бразильского ореха (Bertholletia excelsa) около 2 мг в 100 г

Селеноцистеин

6. NPAA в первичном метаболизме, на примере γ-аминобутирата (GABA)

Большое количество GABA синтезируется в ответ на

• водный дефицит

• окислительный стресс

• внедрение патогенов

Функции:

• Осмолит

• Стабилизация мембран

• Сигнальная молекула в метаболизме азота

• У позвоночных GABA является нейромедиатором

7. Метаболизм NPAA

• NPAA накапливаются в семенах, где являются дополнительным источником азота

• накопленный в семядолях канаванин транспортируется в листья и там преобразуется с помощью фермента аргиназы в гомосерин, т.о. NPAA могут служить источником азота в прорастающих семенах

8. Экологическое значение NPAA

NPAA – являются, как правило, токсинами фитофагов

• Канаванин - широко распространенная токсичная NPAA бобовых, содержание которой может достигать до 15 % (сух.)

• Аргинил-tRNA синтаза многих фитофагов не различает аргинин и канаванин

• Канаванин встраивается в белки вместо аргинина, нарушая их нативную структуру

• Семена люцерны содержат канаванин

• Некоторые исследователи связывают употребление люцерны и возникновение аутоиммунных заболеваний

• Биохимическая коэволюция: Caryedes brasiliensis имеет специфичную аргинин-т-РНК-синтазу, которая может отличать аргинин от канаванина

• Личинки Caryedes brasiliensis поедают только семена диоклеи, используя канаванин как основной источник азота

• Семена Dioclea megacacpa содержат до 13% канаванина, что составляет 96% от всех АМК

Аллелопатические связи между растениями

• Растение гороха в корневых эксудатах образует аллелопатически активные вещества, которые вызывают некроз корней других растений

NPAA как сидерофоры

• Некоторые NPAA выделяются в почву вместе с корневыми эксудатами

• Авеновая кислота связывает железо в почве, переводя его в доступное для растения состояние