Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961

Природные аминокислоты
Природные D-аминокислоты

«...Если бы таинственное воздействие, обусловливающее определенного типа асимметрию естественных продуктов, изменилось по направлению, или знаку, то составные элементы живых существ превратились бы в свое зеркальное отображение, и перед нами, возможно, предстал бы новый мир. Кто может предвидеть, какой была бы организация живых существ, если бы глюкоза из правовращающей стала левовращающей и левовращающий альбумин крови стал правовращающим?

Перед нами — загадки, на разрешение которых в будущем придется затратить немало труда и которые уже сейчас побуждают ученых к углубленному размышлению». Пастер (1860).

В настоящее время нет убедительных данных о наличии D-аминокислот в составе белков растений и животных. Ввиду того что при кислотном гидролизе белков аминокислоты могут подвергаться некоторой рацемизации, трудно исключить наличие в белках малых количеств D-аминокислот. Не так давно Кегль и Эркслебен [350] сообщали о наличии некоторых D-аминокислот (в особенности D-глутаминовой кислоты) в белках опухолей. Кёгль и его сотрудники высказали предположение, что само возникновение опухолей находится в какой-то связи с присутствием D-аминокислот. Данные Кегля и его сотрудников послужили толчком к большому числу экспериментальных исследований и стали предметом обширной дискуссии. Большинство исследователей при попытках воспроизвести данные Кегля не смогли подтвердить полученные им результаты. Миллер [351] недавно опубликовал обзор, посвященный детальному обсуждению этого вопроса. Хотя большинство исследователей не разделяют точку зрения Кегля, нельзя считать полностью исключенным присутствие малых количеств D-глутаминовой кислоты в белках. Кеглем [352] опубликованы дальнейшие данные, согласующиеся с первыми его наблюдениями, а недавно и другие исследователи сообщили о наличии D-аминокислот в животных тканях [353, 354]. Вопрос и по настоящее время еще не решен; вероятно, необходимо применить более совершенные методы гидролиза и выделения.

Таблица 4 Природные D-аминокислоты

Хотя присутствие D-аминокислот в белках не доказано, наличие их в свободном состоянии и в виде пептидов в клетках различных микроорганизмов не вызывает сомнений. Как видно из данных, представленных в табл. 4, выражение «природная конфигурация» утратило свой смысл.

Многие антибиотики, в том числе полимиксины, тироцидин и грамицидин, содержат остатки D-аминокислот. Пенициллин содержит D-пеницилламин (β, β'-диметил-D-цистеин) (стр. 76). D-Аспарагиновая кислота и D-фенилаланин встречаются в гидролизатах Bacillus brevis и, по-видимому, существуют в клетках этого микроба в связанной форме [359]. D-Аланин входит в состав клеток Lactobacillus arabinosus и некоторых других микроорганизмов, использующих эту аминокислоту для роста [355]. D-Аспарагиновая кислота также необходима для роста некоторых молочнокислых бактерий и присутствует в гидролизатах этих микроорганизмов [360].

D-Глутаминовая кислота встречается в гидролизатах L. arabinosus [364] и в полипептиде, входящем в состав капсулы клеток В. anthracis и родственных организмов (стр. 72). D-Пролин выделен из кислотных гидролизатов алкалоидов спорыньи еще в 1935 г. [379]; это наблюдение воспроизведено другими исследователями [380]. Однако в настоящее время имеются данные, свидетельствующие о том, что в самих алкалоидах спорыньи, до их гидролиза, пролин имеет L-конфигурацию [381]. алло-D-Изолейцин, найденный в гидролизатах актиномицина [382, 383], также, вероятно, возникает во время гидролиза в результате эпимеризации L-изолейцина, входящего в состав этого пептида [384].

Распространение D-аминокислот пока еще представляется несколько ограниченным. Однако надо учесть, что исследования по этому вопросу начаты сравнительно недавно и им уделяется большое внимание; это дает основание предвидеть в будущем открытие новых D-изомеров в составе природных продуктов. О роли D-аминокислот в биологических объектах судить довольно трудно; наличие их в природе позволяет подвести по крайней мере телеологическое основание под существование D-аминокислотной оксидазы (стр. 184). Существуют и другие ферментные системы, осуществляющие обмен D-изомеров. Очевидно, что D-аминокислоты могут образоваться при действии аминокислотных рацемаз бактерий (стр. 240). Остатки D-аминокислот, входящие в состав некоторых антибиотиков, придают молекулам последних повышенную устойчивость, делая их менее доступными воздействию пептидаз. В связи с этим интересно отметить, что глутаминовая кислота, входящая в состав клеточных белков В. subtilis, имеет L-конфигурацию, тогда как глутаминовая кислота, выделенная из клеточных капсул, является D-изомером. Предположение о том, что биологическая активность некоторых антибиотиков обусловлена наличием в их молекуле остатков D-аминокислот, лишено фактического основания.

У некоторых видов молочнокислых бактерий содержание D-аланина составляет от 1 до 2% сухого веса клеток; около 40% этого D-аланина можно извлечь из клеток горячей трихлоруксусной кислотой, а остальная его часть, по-видимому, находится в связанной форме во фракции клеточных оболочек [385]. В клеточной оболочке молочнокислых бактерий содержится также D-глутаминовая кислота; ряд данных указывает на то. что D-аминокислоты в клеточной оболочке бактерий связаны с аминосахарами¹ [368].

Для определения оптической конфигурации аминокислот применяется микрометод, основанный на использовании D- и L-аминокислотных оксидаз (стр. 183) в сочетании с хроматографией на бумаге. При обработке гидролизатов казеина, ультрафильтратов нормальной плазмы, мочи и спинномозговой жидкости человека препаратами L-аминокислотной оксидазы наблюдается исчезновение аминокислот, чувствительных к действию указанного фермента. Этого не происходит при обработке тех же материалов оксидазой D-аминокислот. Отсюда следует, что большая часть, если не вся масса, присутствующих в этих объектах аминокислот имеет L-конфигурацию [577]. Этим же методом было установлено присутствие D-аланина в крови насекомого Oncopeltus fasciatus [578].

Кроме D-изомеров, указанных в табл. 4, существуют такие природные аминокислоты с несколькими асимметрическими углеродными атомами, у которых по меньшей мере один оптический центр имеет D-конфигурацию. К таким аминокислотам относятся L-треонин, мезо-диаминопимелиновая кислота, алло- окси-L-пролин и «метил-лантионин».

¹ В последние годы рядом авторов (Парк, Штромингер и др.) установлено, что в образовании высокополимерных мукопептидов клеточной стенки бактерий участвуют в качестве предшественников нуклеотидные производные мукопептидов, содержащих D-аминокислоты, как, например, уридилдифосфо- N-ацетилгалактозаыино-О-лактил-L-ала-D-глу-L-лиз-D-ала-D-аланин (у Staphylococcus aureus) или аналогичное соединение, содержащее вместо остатка лизина остаток мезодиаминопимелиновой кислоты (у Е. coli) (см. стр. 96, а также J. L. Strominger, S. S. Scott and R. H. Threnn, Feder. Proceed, 18, 334 (1959)). Накопление подобных продуктов в бактериальных клетках наблюдается в присутствии пенициллина, тетрациклинов и других антибиотиков, угнетающих биосинтез вещества клеточной стенки бактерий. — Прим. ред.