Пищевая Биохимия / Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Биохимия сельскохозяйственной продукции

13.6. Реакции синтеза отдельных аминокислот

пилмалат подвергается окислению и дегидрированию при участии 3-изо- пропилмалатдегидрогеназы с образованием 2-оксоизокапроата. Завершает процесс лейцинаминотрансфераза, которая катализирует реакцию переаминирования 2-оксоизокапроата с участием глутамата. В результате образуется лейцин и α-кетоглутаровая кислота.

Синтез валина. Процесс синтеза валина включает четыре стадии (рис. 13.9). Вначале пировиноградная кислота при участии ацетолактатсинтетазы преобразуется в 2-ацетолактат. В реакции участвует гидроксиэтилтиаминпирофосфат, образуемый в реакции декарбоксилирования пировиноградной кислоты.

COOH

C=O

CH3

CH3– C–OH

C=O

CH3

O

COOH

CH–NH2

CH–CH3

CH3

Рис. 13.9. Реакции синтеза валина (1 — ацетолактатсинтетаза, 2 — редуктоизомераза гидроксикислот, 3 — 2,3-дигидроксикислотгидролиаза, 4 — валинаминотрансфераза)

223

Глава 13. Метаболизм азота и аминокислот

На второй стадии 2-ацетолактат превращается в 2,3-дигидроксиизо- валерианат. Реакцию катализирует редуктоизомераза гидроксикислот. В ходе реакции вначале происходит внутримолекулярный перенос метильной группы ацетолактата с образованием комплекса фермент-2-оксо- 3-гидроксиизовалериановой кислоты, которая восстанавливается за счет НАДФН.

На третьей стадии 2,3-дигидроксиизовалерианат превращается в 2-ок- соизовалерианат. Реакция протекает в присутствии 2,3-дигидроксикис- лотгидролиазы. Фермент активируется ионами магния.

На четвертой стадии 2-оксоизовалерианат при участии валинаминотрансферазы преобразуется в валин. Донором аминогруппы служит глутаминовая кислота, глутамин или другие аминокислоты. Чаще всего

вреакции участвует изолейцин, избыток которого способствует синтезу валина.

Синтез изолейцина. В реакциях синтеза изолейцина может участвовать треонин, который под действием треониндегидратазы преобразуется

в2-кетобутират (рис. 13.10). Последний при участии ацетолактатсинтазы превращается в 2-ацетилгидроксибутират, который дегидрируется

вприсутствии редуктоизомеразы гидроксикетокислот в 2,3-дигидрокси- 3-метилвалерат. После дегидратации 2,3-дигидрокси-3-метилвалерат превращается в 2-кето-3-метилвалерат. Реакцию катализирует дегидратаза дегидроксикислот. После трансметилирования 2-кето-3-метилвалерат

превращается в изолейцин. Донором NH2-группы служит глутамат. Синтез лизина. Эта аминокислота не синтезируется в организме живот-

ных, поэтому основным поставщиком лизина служат растения и микроорганизмы. В реакциях синтеза лизина участвует пировиноградная кислота и полуальдегид аспарагиновой кислоты, конденсация которых приводит к образованию 2-кето-6-аминопимелиновой кислоты (рис. 13.11). Последняя после реакций трансаминирования и декарбоксилирования превращается в лизин.

Синтез метионина. В реакциях синтеза метионина участвует аспарагиновая кислота, которая последовательно превращается до гомосеринфосфата при участии ферментов, используемых в реакциях синтеза треонина (рис. 13.12). В дальнейшем гомосеринфосфат соединяется с цистеином при участии гомосеринфосфат: цистеин-О-цистеинилтрансферазы, отщепляющей фосфат. Образовавшийся цистатионин подвергается гидро-

лизу с образованием пирувата и гомоцистеина. Реакцию катализирует цистатион-β-лиаза. После этого метилтрансфераза переносит метильную

группу с N5-метилтетрагидрофолаттриглутамата (N5-метил-Н4-Fol-три- Глу) на гомоцистеин с образованием метионина.

Синтез фенилаланина и тирозина. В реакциях синтеза фенилаланина участвуют эритрозо-4-фосфат и фосфоенолпировиноградная кислота,

224

13.6. Реакции синтеза отдельных аминокислот

OH

CH3–CH–CH–COO–

+NH3

1

CH3–CH2–C–COO–

O

Пируват

2

CO2

OH

CH3–CH2–C–COO–

C=O

CH3

НАДФН

3

НАДФ+

CH3 H

CH3CH2–C C–COO–

OH OH

4

H2O

CH3

CH3CH2–C–C–COO–

H O

Глутамат

5

α-Кетоглутарат

CH3 H

CH3–CH2–CH–C–COO–

+NH3

Рис. 13.10. Реакции синтеза изолейцина (1 — треониндегидратаза, 2 — ацетолактатсинтаза, 3 — редуктоизомераза гидроксикетокислот, 4 — дегидратаза дегидроксикислот, 5 — трансаминаза)

которые являются метаболитами пентозофосфатного пути окисления углеводов и гликолиза (рис. 13.13).

Вначале происходит конденсация эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата с образованием 7-фосфо-2-кето-3-дезоксиарабиногептановой кислоты, которая циклизуется в 5-дегидрохинную кислоту. Последующие превращения 5-дегидрохинной кислоты сопровождаются расходованием НАДН и АТФ. В результате образуется 5-фосфошикимовая кислота, которая конденсируется с фосфоенолпируватом с образованием 3-ено- илпирувил-5-фосфошикимовой кислоты. Последняя после фосфорили-

225

Глава 13. Метаболизм азота и аминокислот

5

CO2

COOH

CH–NH2

CH2

CH2

CH2

CH2–NH2

Лизин

Рис. 13.11. Реакции синтеза лизина (1 — аспартаткиназа, 2 — дегидрогеназа полуальдегида аспарагиновой кислоты, 3 — дигидропиколинатсинтаза, 4 — трансаминаза, 5 — декарбоксилаза)

Рис. 13.12. Реакции синтеза метионина (1 — аспартаткиназадегидрогеназа, 2 — гомосериндегидрогеназа, 3 — гомосеринкиназа, 4 — гомосеринфосфат: цис-

теин-О-цистеинилтрансфераза, 5 — цистатион-β-лиаза, 6 — метилтрансфераза)

226

Глава 13. Метаболизм азота и аминокислот

рования превращается в хоризмовую кислоту. В реакциях дегидратации и декарбоксилирования хоризмовая кислота преобразуется в ароматическое соединение — фенилпируват. Завершает процесс синтеза фенилаланина реакция трансаминирования. В этой реакции донором аминогруппы служит глутамат. Кроме того, промежуточные продукты реакций синтеза фенилаланина могут быть использованы для синтеза тирозина. Так, префеновая кислота после дегидрирования и декарбоксилирования превращается в n-оксифенилпируват, который при участии трансаминазы превращается в тирозин.

Синтез триптофана. В реакциях синтеза триптофана используются промежуточные метаболиты, образуемые при синтезе фенилаланина (рис. 13.14). Так, антранилсинтетаза катализирует реакцию присоединения амидного азота глутамина к хоризмовой кислоте с образованием антраниловой кислоты. В результате реакции освобождаются пируват и глутамат.

В дальнейшем антраниловая кислота при участии антранилфосфорибозилтрансферазы превращается в N-(5′-фосфорибозил)-антранило- вую кислоту. Последняя после перегруппировки и декарбоксилирования превращается в индол-3-глицерофосфат. Процесс синтеза триптофана завершается при участии триптофансинтетазы, которая присоединяет серин к индол-3-глицерофосфату.

Синтез гистидина. В процессе синтеза гистидина участвуют несколько ферментов, которые вначале осуществляют присоединение 5-фосфори- бозил-1-пирофосфата к АТФ с образованием N1-(5′-фосфорибозил)-АТФ (рис. 13.15). В дальнейшем N1-(5′-фосфорибозил)-АТФ после отщепления пирофосфата и раскрытия пуринового кольца АМФ превращается в N1-(5′-фосфорибозил)-формимино-5-аминоимидазол-4-карбоксамид- рибонуклеотид. Последний после изомеризации и трансаминирования превращается в имидазолглицерофосфат, который имеет уже сформировавшееся имидазольное кольцо гистидина и после дегидратации и трансаминирования становится гистидинолфосфатом. На последних этапах синтеза, после отщепления фосфата и окисления, образуется гистидин.

Вреакции окисления участвует гистидиндегидрогеназа, которая осуществляет дегидрирование гистидинола без образования свободного альдегидного промежуточного соединения.

Синтез цистеина. Реакцию синтеза цистеина катализирует цистеинсинтетаза, использующая в качестве кофермента пиридоксальфосфат.

Вреакции участвует серин и H2S:

Синтез метионина. Синтезируется метионин из гомоцистеина, который образуется при взаимодействии цистеина и гомосерина (рис. 13.16).

228