ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.06.2025
Просмотров: 261
Скачиваний: 0
Трансаминирование кислот
В реакции трансаминирования донором аминогрупп служит в основном глутаминовая кислота, их акцептором – -кетокислоты – промежуточные продукты катаболизма моносахаридов; при этом образуются -кетоглутаровая кислота и соответствующая аминокислота. Эта реакция катализируется пиридоксальзависимым ферментом – трансаминазой:
Если в качестве исходной -кетокислоты используется пировиноградная кислота – конечный продукт гликолиза, то в результате реакции трансаминирования образуется аминокислота аланин (Ала):
Если оксалоацетат (ЩУК), то образуется аспарагиновая кислота (Асп).
Глутаминовая кислота является донором аминогрупп при синтезе серина (Сер), углеродным скелетом которого является промежуточный продукт гликолиза – 3-фосфоглицериновая кислота. В первой стадии 3-фосфоглицериновая кислота окисляется до 3-фосфопировиноградной, которая подвергается трансаминированию с образованием 3-фосфосерина (реакция 2); последний под действием фосфатазы гидролизуется с образованием серина (Сер) (реакция 3):
Весьма сложен синтез аминокислоты гистидин (Гис). Исходным веществом в формировании имидазольной группы гистидина является АТФ, донором углеродного скелета боковой цепи гистидина служит фосфорибозилпирофосфат, а донором аминогрупп – глутамин. Реакция включает 11 стадий; лишь на последних стадиях синтеза осуществляется процесс трансаминирования.
Взаимопревращения аминокислот
Реакциями восстановительного аминирования -кетокислот и трансаминированием синтезируются заменимые аминокислоты Ала, Асп, Асн, Глу, Глн, Сер.
Такие аминокислоты как пролин, тирозин, цистеин образуются в результате биохимических превращений других аминокислот, в которых принимают участие специфические ферментные системы.
Предшественником пролина (Про) является глутаминовая кислота. В первой стадии реакции Глу восстанавливается в -полуальдегид, затем происходит образование пятичленного гетероцикла с его дальнейшим восстановлением:
Предшественником тирозина (Тир) является незаменимая аминокислота фенилаланин. Он образуется путем гидроксилирования фенильной группы в положении 4. Эта реакция катализируется фенилаланин-4-монооксигеназой в присутствии НАДФН+Н+ и кислорода:
Таким образом, отсутствие в пище незаменимой кислоты фенилаланина ведет к отсутствию в организме и тирозина.
Предшественником глицина (Гли) является серин. Основной путь превращения заключается в переходе трехуглеродной молекулы серина в двухуглеродную молекулу глицина путем отщепления -углеродного атома. Эта реакция катализируется ферментом серингидроксиметилтрансферазой, коферментом которой является тетрагидрофолат, представляющий собой активную форму фолиевой кислоты (вит. Вс). Он является переносчиком группы –СН2ОН от молекулы серина на какой-либо другой акцептор. Отщепляемый от серина -углеродный атом образует метиленовый мостик между атомами азота тетрагидрофолата в положениях 5 и 10, в результате чего синтезируется N5-, N10-метилентетрагидрофолат:
Важнейшим элементом в составе многих биологически активных соединений является сера. Она входит в состав двух аминокислот –цистеина и метионина.
Предшественником цистеина (Цис) является серин, а в качестве источника серы для синтеза цистеина используется неорганический сульфат SO42-.
В растениях и бактериях сульфатная группа восстанавливается в сульфит (SO32-), а затем в сульфид (S2-). Реакция катализируется двумя редуктазами, каждая из которых использует в качестве донора электронов НАДФН + Н+; всего необходимо 4 молекулы НАДФН + Н+ (8 электронов). Синтез цистеина из серина и сульфида идет через промежуточное производное о-ацетилсерин:
Прямое аминирование фумаровой кислоты
Одна из дикарбоновых аминокислот – аспарагиновая – может синтезироваться путем прямого присоединения аммиака к фумаровой кислоте.
Фермент аспартат-аммиак-лиаза, катализирующий эту реакцию, выделен из бактерий, представляет собой металлопротеин, активируемый Са2+. У высших растений активность фермента невысока, он обнаружен в клевере, горохе и других растениях.
Синтез незаменимых аминокислот
Высшие растения способны синтезировать все необходимые для белкового синтеза аминокислоты и могут использовать для этого соответствующие -кетокислоты, а также аммиак или нитраты в качестве источника азота. Организм животных и человека не синтезирует все необходимые аминокислоты. Не синтезируются только 10 из 20 необходимых, или незаменимых аминокислот: валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, лизин, аргинин, гистидин.
Незаменимость этих аминокислот для роста и развития организма животных и человека объясняется отсутствием соответствующих -кетокислот, из которых в процессе аминирования они могли бы синтезироватся.
Биосинтез каждой незаменимой аминокислоты имеет специфические особенности; он гораздо сложнее, чем биосинтез заменимых аминокислот.
Поскольку синтез каждой из незаменимых аминокислот имеет свою особенность, ограничимся лишь некоторыми общими положениями. Так, три незаменимых аминокислоты лизин, треонин и метионин в растениях и микроорганизмах синтезируются из аспарагиновой кислоты.
Изолейцин образуется у бактерий из незаменимой аминокислоты треонина. Многостадийный синтез у растений фенилаланина осуществляется из эритрозо-4-фосфата и фосфопирувата; на предпоследних стадиях осуществляется перенос аминогруппы от глутаминовой кислоты. Биосинтез гистидина – незаменимой аминокислоты для детей – полностью изучен у бактерий и грибов. Завершающей стадией является реакция трансаминирования, роль донора аминогруппы выполняет также глутаминовая кислота. Путь биосинтеза гистидина в высших растениях не изучен. Синтезированные аминокислоты – заменимые и незаменимые используются для биосинтеза белка.
Биосинтез белка
Выявление механизма биосинтеза белка – одна из самых важных и интересных проблем современной биохимии. Приблизительные подсчеты показывают, что одна живая клетка содержит несколько тысяч разных белков, организм же в целом должен синтезировать десятки тысяч индивидуальных белковых молекул.
Каким же образом в клетке образуется такое большое количество разнообразных белков из небольшого набора аминокислот, причем именно в то время и в таком количестве, в каком требуется? И как специфические свойства белков передаются из поколения в поколение? Такие вопросы волнуют ученых во всем мире. Механизм сложных жизненных процессов, лежащих в основе передачи наследственности, начали расшифровывать лишь в последние 60 лет.
Процесс биосинтеза белков оказался универсальным для всех живых существ на Земле – от простейшей бактериальной клетки до высших растений, животных и человека. Синтез белка в клетке основывается на двух фундаментальных принципах, характерных для живых систем, отличающих биологические системы от неживой природы, – матричный принцип и принцип комплементарности.
Матричный принцип состоит в том, что взаимодействие происходит не между молекулами, находящимися в системе в хаотическом движении, а между пространственно организованными фиксированными молекулами и системами.
Одно из этих веществ обязательно представляет собой полимер, тогда как другое может быть как полимером, так и мономером. Матричный синтез является основным во всех тех случаях, когда необходимо обеспечить заранее заданную последовательность мономеров во вновь синтезированном биополимере.
Принцип матричного синтеза реализуется через принцип комплементарности. Именно комплементарность позволяет матрице «выбрать необходимый мономер и установить его в нужном месте на матрице».
В результате кропотливой работы многих ученых была установлена в основном роль нуклеиновых кислот в биосинтезе белков и показана матричная роль РНК в этом процессе, что позволило Ф. Крику выработать положение о передаче генетической информации в клетке.
Последовательность матричных биосинтезов белка включает три основных этапа.
1) Репликацию ДНК – биосинтез копии ДНК с использованием в качестве матрицы уже существующие молекулы ДНК.
2) Транскрипцию – биосинтез РНК (любой тРНК, мРНК, рРНК) на матрице ДНК. Нуклеотидная последовательность в молекуле РНК комплементарна какому-то участку (гену) молекулы ДНК.