: Главная arrow Клетка и ее структура arrow Биосинтез некоторых низкомолекулярных веществ  

Биосинтез некоторых низкомолекулярных веществ

Печать E-mail
 

 

Биосинтез аминокислот. Большинство микроорганизмов и зеленые рас­тения способны синтезировать de novo все двадцать аминокислот, из которых строятся белки. Углеродные скелеты аминокислот образуются из промежуточных продуктов обмена. Аминогруппы вводятся путем прямого аминирования или трансаминирования. Перевод неорганиче­ского азота в органические соединения происходит всегда через аммиак. Нитраты, нитриты и молекулярный азот предварительно восстанавли­ваются до аммиака (ассимиляционная нитратредукция) и только после этого включаются в состав органических соединений (рис. 7.16, а, б, в). Лишь немногие из аминокислот образуются в результате прямого аминирования свободными ионами NH4. В первичной ассимиляции-ам­миака участвуют L-глутаматдегидрогеназа (рис. 7.16, е) и L-аланиндеги-дрогеназа (ж), которые осуществляют восстановительное аминирование 2-оксокислот; АТР в этом процессе не участвует. Образование глута-мина из глутамата катализируется глутаминсинтетазой (г). Этот фер­мент имеет во много раз большее сродство к ионам аммония (меньшую константу -Км), чем названные дегидрогеназы, и поэтому активен даже при крайне низких концентрациях NH^ ; для образования глутамина не­обходим АТР. С помощью глутаматсинтазы (д) амидная группа глу­тамина может быть перенесена на 2-оксоглутарат. Эта система включе-

 

Image

ния аммонийного азота в органические соединения у многих бактерий и растений, видимо, создается и используется в тех случаях, когда кон­центрация ионов аммония в среде очень мала (меньше 1 мМ/л), а также при фиксации N2.

Большинство остальных аминокислот получает свою аминогруппу от одной из первичных аминокислот в результате трансаминирования. Из свободных аминокислот в цитоплазме количественно преобладает глутаминовая кислота (больше половины всего «пула» аминокислот).

У ряда микроорганизмов хорошо изучены пути синтеза всех двадца­ти аминокислот. Исходным материалом для синтеза служат простые промежуточные продукты обмена (пируват, 2-оксоглутарат, оксалоаце-тат или фумарат, эритрозо-4-фосфат, рибозо-5-фосфат и АТР). При син­тезе большинства аминокислот аминогруппа вводится только на по­следнем этапе путем трансаминирования. Некоторые аминокислоты образуются в результате ряда превращений других аминокислот, и в этих случаях трансаминирования не требуется. Аминокислоты можно подразделить на группы, исходя из путей их синтеза (рис. 7.17). Синтез различных аминокислот включает разное число этапов, катализируемых ферментами. Примечателен тот факт, что аминокислоты, которые чело­век должен получать в готовом виде, синтезируются особенно длинным путем.

Относительно быстрое выяснение путей биосинтеза аминокислот и других соединений стало возможным благодаря использованию аук-сотрофных мутантов грибов и особенно бактерий. Ауксотрофность мно­гих мутантов обусловлена утратой способности к образованию какого-то фермента, участвующего в биосинтезе. Для роста мутанта нужен в этом случае конечный продукт того пути биосинтеза, который блоки­рован из-за выпадения функции фермента. Эти мутанты обладают еще

 

Image

одним ценным свойством: они растут не только в присутствии конечно­го продукта блокированного пути, но и в присутствии промежуточных продуктов, образующихся на отрезке между блокированным этапом и конечным продуктом. В то же время субстрат для блокированной ре­акции часто накапливается: если, например, отсутствует фермент Ъ, то в среду выделяется промежуточный продукт Благодаря этому некоторые мутанты, у которых блокированы раз­ные этапы одного и того же пути синтеза, могут снабжать друг друга недостающими веществами. Мутант с блоком на более позднем этапе (отсутствие фермента d) обеспечивает недостающим промежуточным

продуктом клетки другого мутанта с блоком на более раннем этапе (от­сутствие фермента Ъ). В результате таких опытов удается расположить определенных мутантов в ряд, в котором каждый предшествующий му­тант будет поддерживать рост всех следующих за ним. Путем анализа накапливающихся промежуточных продуктов, выделения и очистки фер­ментов, а также с помощью других методов удалось уже выяснить мно­гие пути биосинтеза.

Биосинтез нуклеотидов. Пуриновые и пиримидиновые нуклеотиды-это те структурные блоки, из которых синтезируются нуклеиновые кис­лоты; нуклеотиды входят также в состав многих коферментов и уча­ствуют в активации и переносе аминокислот, Сахаров, компонентов кле­точной стенки и липидов. Синтез всех пуриновых нуклеотидов идет общим путем, разветвляющимся лишь на стадии инозиновой кислоты, после чего образуется либо адениловая, либо гуаниловая кислота. Об­щим является и путь синтеза пиримидиннуклеотидов. Здесь разделение происходит на уровне уридиловой кислоты.

Исходным соединением для образования пентозного компонента ну­клеотидов служит рибозо-5-фосфат. Он может синтезироваться двумя путями: 1) окислительным-из глюкозо-6-фосфата через окислительный пентозофосфатный путь и 2) неокислительным - из фруктозо-6-фосфата и глицеральдегид-3-фосфата в результате реакций, катализируемых трансальдолазой и транскетолазой (разд. 7.2.2). Рибозо-5-фосфат ис­пользуется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов в вы­сокоэнергетической форме-в виде фосфорибозилпирофосфата. Восста­новление рибозы до дезоксирибозы происходит на стадии рибонуклео-тида и может осуществляться различным образом.

Биосинтез жиров. Жиры и вообще липиды, с одной стороны, являют­ся важными компонентами плазматических мембран и клеточных сте­нок, а с другой - служат запасными веществами. В бактериальных жирах преобладают жирные кислоты с длинной цепью (С1418), насыщенные и ненасыщенные с одной двойной связью. Ненасыщенные жирные кис­лоты с несколькими двойными связями и стероиды, видимо, отсут­ствуют; редки также триглицериды. Большое значение имеют сложные липиды. Они представляют собой сложный эфир глицерола, в котором две спиртовые группы этерифицированы жирными кислотами1, а третья- остатком фосфорной кислоты или сахаром. Остаток фосфор­ной кислоты в свою очередь связан с серином, этаноламином или гли-церолом. Такие липиды обнаружены у многих бактерий; к этой группе соединений принадлежат, в частности, фосфатидилинозитол, фосфати-дилглицерол и фосфатидилэтаноламин.

Жирные кислоты с длинной цепью синтезируются путем конденса­ции и восстановления ацетатных групп. Для повышения реакционной способности метильная группа ацетилкофермента А сначала карбокси-

лируется в биотин-зависимой реакции с образованием малонил-СоА: СН3-CO~SCoA   +   С02   +   АТР   +   Н20   -*

-*  НООС-СН2-СО ~ SCoA   +   ADP   +   Pj

В последующих реакциях конденсации карбоксильная группа снова от­щепляется в виде С02. Синтез жирных кислот происходит при участии мультиферментного комплекса согласно уравнению

Ацетил-СоА + 7 Малонил-СоА + 14NADPH2

Пальмитил-СоА + 14NADP + 7С02 + 7СоА + 7Н20

 
« Пред.   След. »