Специфика метаболизма каждой конкретной аминокислоты обусловлена, главным образом. строением радикала К при а-углеродном атоме. Вместе с тем, структурная близость некоторых радикалов в какой-то степени сближает пути их метаболизма, а иногда делает возможными их взаимопревращения. Это позволяет выделить группы аминокислот, сходных по метаболической судьбе, в том числе - по способу вовлечения безазотистых фрагментов в ЦТК. где они подвергаются заключительному окислению до НгО и СО2. Из-за многообразия путей превращения азотистых веществ такое разделение является весьма условным, но оно помогает более компактно изложить это многообразие. Отдельно будет рассмотрено участие некоторых аминокислот в биогенезе таких сложных структур, как азотистые гетероциклы нуклеотидов и порфириновое кольцо гема (разделы 9.5 и 9.6).
АЛАНИН, ГЛИЦИН, СЕРИН, ТРЕОНИН
Помимо структурной близости, названные аминокислоты сходны в том, что все они преобразуются в пируват, который, как известно, расщепляется до ацетил-КоА. непосредственно передающего ацетильные остатки в ЦТК.
Аланин посредством реакции трансамини- рования прямо превращается в ПВК и, наоборот. образуется из пирувата. В свою очередь, ПВК является тем метаболитом, который возникает при распаде углеводов, а при необходимости может быть использован для гликонеогенеза
Рис. 9-17. Образование серина из 3-фосфоглицерата путем последовательного воздействия дегидрогеназы (1), трансаминвзы (2) и фосфогидролазы (3).
(раздел 6.7). Следовательно, безазотистый скелет аланина (как и остальных аминокислот этой группы) тоже вполне пригоден для гликонеоге- неза, а также для синтеза глидерола и (после превращения в ацетил-КоА) - жирных кислот и холестерола.
Серии превращается в пируват реакцией неокислительного дезаминирования, катализируемой сериндегпдратазой (см. рис. 9-6, А). Синтезируется же он преимущественно из 3-фосфоглицерата, возникающего при распаде глюкозы (см. рис. 6-24). Благодаря дегидроге- назному окислению гидроксильной группы этого предшественника и участию образовавшегося фосфогидроксипирувата в реакции трансамини- рования появляется фосфосерин, гидролитическое расщепление которого по фосфоэфирной связи освобождает молекулу новообразованного серина (рис. 9-17).
В биосинтетических процессах серин используется для построения сфингозина (см. рис. 7-26) и серинфосфатидов (см. рис. 7-20), а после декарбоксилирования до этаноламина (см. рис. 7-16) включается в состав фосфатидилэтанола- минов (см. рис. 7-17).
Глицин тоже может создаваться в клетках млекопитающих, причем, разными путями.
Доминирующим является образование глицина из серина. Это требует укорочения последнего на гидроксиметильную группу. На самом же деле происходит эквивалентная этому процедура, а именно: отнятие молекулы воды с одновременным переносом метиленовой группы — СНг- на подходящий акцептор. Им оказывается тетрагидрофолат (ТГФ), — восстановленная форма фолиевой кислоты (витамин Вс; витамин В9). Именно ТГФ функционирует в качестве кофермента различных энзимов, в том числе трансфераз.
Как показывает формула на рис. 9-18, один из фрагментов молекулы ТГФ почти идентичен структуре тетрагидробиоптерина (рис. 5-44), отличаясь лишь тем, что боковая цепочка в по^ ложении 6 укорочена до метальной группы. Именно к ней в ТГФ присоединен другой компонент - ш/?я-аминобензойная кислота, карбоксильная группа которой, в свою очередь, образует пептидную связь с глутаматом, являющимся еще одним фрагментом молекулы ТГФ. Синтезировать фолиевую кислоту способны только микроорганизмы. Будучи аналогами ж^щ-аминобензоата, сульфаниламидные препараты конкурентно тормозят его включение в состав фолиевой кислоты, а потому на-
Тетрагидрофолат (ТГФ)
шли применение в медицине (и ветеринарии) в качестве эффективных средств антибактериальной терапии. У человека (и животных) эти препараты не конкурируют с фолиевой кислотой, поскольку она должна поступать в организм в виде уже готового витамина.
В составе трансфераз ТГФ участвует в переносе не только метиленовой группы, но и подобных ей одноуглеродных фрагментов, объединяемых общим термином «активный Сі». К ним относятся и такие группировки, как метальная (-СНз), метенильная (-НС=), фор- мильная (-НС=0), формиминовая (-НС=№1). В ходе трансферазной реакции одноуглеродная единица временно присоединяется к акцепторному участку в молекуле ТГФ (выделенному жирным шрифтом на рис. 9-18). Так же он обозначен и на рис. 9-19, который показывает, что молекула ТГФ всегда фиксирует активный Сі на своем атоме азота в положении 5 или 10 (либо на обоих сразу). Здесь же изображены наиболее важные взаимопревращения фрагментов, присоединенных к акцепторному участку ТГФ. Такого рода перестройка одноуглеродных единиц в составе кофермента позволяет разнообразить структуру тех молекул, которые оказываются конечными акцепторами активного Ср
Преобразование серина в глицин - реакция обратимая. Иными словами, глицин может не только возникать из серина, но и сам превращаться в него. Осуществляется это путем наращивания одноуглеродиой единицей, которая, как показывает схема на рис. 9-19, может иметь разное происхождение. В итоге для глицина открываются новые метаболические перспективы, ибо образуемый из него серин легко становится пируватом (см. рис. 9-6, А), который пригоден и для образования аланина (посредством трансаминирования), и для синтеза глюкозы (или, например, глицерола), и для распада до С02 и Н20 (реакциями ЦТК).
Другое из главных направлений метаболизма глицина (а через него - и серина) заключается в окислительной деградации, которую осуществляет мультиферментный комплекс, локализованный в митохондриях гепатоцитов. По механизму эта деградация очень близка окислительному декарбоксилированию а-кето- кислот (раздел 5.2.7), приводя к выделению С02 и превращению НАД в НАД-//2. Главное отличие заключается в том, что отщепление карбоксильной группы (в виде С02) сопровождается здесь распадом остальной части молекулы на ГШ3 и группу -СН2~, которая оказывается в составе 1М5’ш-метилен-ТГФ (рис. 9-20).
Рис. 9-19. Взаимопревращения одноуглеродных единиц на акцепторном участке ТГФ (выделен жирным шрифтом).
Рис. 9-20. Рэслад глицина под действием глицин-дегидрогенззъ (де карбоксил и рую щей).
Среди особенностей метаболизма глицина следует отметить и его участие в образовании парных желчных кислот, - таких как гликохо- левая (см. рис. 5-43).
Треонин не может синтезироваться в организме человека, из-за чего и относится к незаменимым аминокислотам (в отличие от перечисленных выше). Катаболизм его необычен тем, что начинается с альдолазного расщепления на два фрагмента (рис. 9-21). Один из них- глицин (с его дальнейшими судьбами, включая возможность преобразования в пируват). Другой фрагмент - уксусный альдегид. Он подвергается окислению флавиновым ферментом до ацетата, активируемого затем тиокиназой до ацетил-КоА, который, в свою очередь, передает двухуглеродные звенья в ЦТК либо на синтез жирных кислот, холестерола и ряда других веществ (но не углеводов!).
