Основы биохимии Том 2 - А. Ленинджер 1985

Биоэнергетика и метаболизм
Окислительное расщепление аминокислот. Цикл мочевины
Десять аминокислот превращаются в результате расщепления в ацетил-СоА

Углеродные скелеты десяти аминокислот, разрушаясь, превращаются в ацетил-СоА, непосредственно включающийся в цикл лимонной кислоты. Пять из этих десяти аминокислот расщепляются до ацетил-СоА через пируват; другие пять превращаются сначала в ацетоацетил-СоА, а затем уже этот последний расщепляется до ацетил-СоА (рис. 19-4). Через пируват идет расщепление аланина, цистеина, глицина, серина и треонина (рис. 19-5). Аланин превращается в пируват непосредственно в реакции трансаминирования с а-кетоглутаратом. Четырехуглеродная аминокислота треонин расщепляется с образованием двухуглеродной аминокислоты глицина, который может подвергаться дальнейшим превращениям по двум путям. На одном из них глицин сначала превращается в серин (трехуглеродную аминокислоту) в результате ферментативного присоединения гидроксиметильной группы, переносчиком которой служит кофермент тетрагидрофолат (рис. 19-6). Из предыдущего мы уже знаем (разд. 10.10), что тетрагидрофолат выступает в роли переносчика одноуглеродных групп, таких, как метальная, формильная, гидроксиметильная и формиминогруппа (рис. 19-6). Однако главный путь катаболизма глицина ведет через другую реакцию, также требующую присутствия тетрагидрофолата. В этой реакции происходит окислительное расщепление глицина до СO₂, NH₄ и метиленовой группы (—СН₂—), которая присоединяется к тетрагидрофолату. Реакция легко обратима; катализируется она глицин-синтазой:

Рис. 19-5. Схема путей, ведущих от треонина, глицина, серина, цистеина и аланина к ацетил-СоА через пируват.

На этом катаболическом пути два углеродных атома глицина не поступают в цикл лимонной кислоты. Один из них отщепляется в виде СO₂, а второй используется для образования метиленовой группы N⁵N¹⁰-метилентетрагидрофолата (рис. 19-6), который служит донором метиленовых групп в некоторых биосинтетических реакциях.

Фрагменты углеродного скелета фенилаланина, тирозина, лизина, триптофана и лейцина превращаются в ацетоацетил-СоА, из которого затем образуется ацетил-СоА (рис. 19-7).

Особого внимания заслуживают в этой группе два катаболических пути. Путь, ведущий от триптофана к ацетил-СоА самый сложный в аминокислотном катаболизме животных тканей: он включает 13 этапов. Некоторые промежуточные продукты катаболизма триптофана служат предшественниками в биосинтезе других важных биомолекул, например нейрогормона серотонина или такого витамина, как никотиновая кислота (рис. 19-8). Таким образом, путь, по которому идет катаболизм триптофана, имеет несколько ответвлений, что создает возможность для образования ряда других продуктов из единственного предшественника - триптофана.

Второй интересный путь - это путь, ведущий от фенилаланина (рис. 19-9). Фенилаланин и продукт его окисления тирозин распадаются на два фрагмента; оба они могут вступать в цикл лимонной кислоты, хотя и на разных уровнях. Четыре из девяти углеродных атомов фенилаланина и тирозина дают свободный ацетоацетат, который затем превращается в ацетил-СоА (рис. 19-7). Второй четырехуглеродный фрагмент тирозина и фенилаланина превращается в фумарат - промежуточный продукт цикла лимонной кислоты (см. ниже). Таким образом, восемь из девяти атомов этих аминокислот поступают в цикл лимонной кислоты; девятый атом отщепляется в виде СО₂. Фенилаланин (после гидроксилирования, т.е. через тирозин) также в конечном счете используется как предшественник гормона щитовидной железы тироксина и двух гормонов, вырабатываемых мозговым веществом надпочечников - адреналина и норадреналина (гл. 25).

Рис. 19-6. А. Тетрагидрофолат (FH₄). Часть молекулы, участвующая в переносе одноуглеродной группы, показана на красном фоне. Б. N⁵,N¹⁰-метилентетрагидрофолат, образующийся в глицин-синтазной реакции. Метиленовая группа показана на красном фоне.

Рис. 19-7. Схема путей, ведущих от лизина, триптофана, фенилаланина, тирозина и лейцина к ацетил-СоА через ацетоацетил-СоА.

Рис. 19-8. Триптофани некоторые важные продукты его метаболических превращений.

Рис. 19-9. Нормальный путь превращения фенилаланина и тирозина в ацетоацетил-СоА и фумаровую кислоту. При фенилкетонурии нарушена активность первого фермента этого пути.