Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия

Подождите немного. Документ загружается.

лечения воспалительных процессов и регуляции кровяного давления, а так-

же для снятия приступов астмы и др.

Среди продуктов эндопероксидации вторичных ПГ необходимо отме-

тить тромбоксаны и простациклины. Тромбоксаны образуются в тромбо-

цитах и после выхода в кровяное русло вызывают сужение кровеносных

сосудов и агрегацию тромбоцитов.

Простациклины образуются в стенках кровеносных сосудов и являются

сильными ингибиторами агрегации тромбоцитов. Таким образом, тромбо-

ксаны и простациклины выступают как антагонисты. Поэтому соотношение

тромбоксана и простациклина во многом определяет условия тромбообра-

зования на поверхности эндотелия сосудов. Приводим формулы двух

важнейших представителей этих соединений:

Лейкотриены. Это производные 20-углеродных полиненасыщенных (эй-

козановых) кислот. Название «лейкотриены» происходит от двух слов:

«лейкоциты» (впервые эти соединения были обнаружены в лейкоцитах)

и «триены» (у всех представителей этого класса соединений из четырех

ненасыщенных связей три являются конъюгированными). Лейкотриены

синтезируются из эйкозановых кислот в лейкоцитах, клетках мастоцитомы,

тромбоцитах и макрофагах по липоксигеназному пути в ответ на иммуно-

логические и неиммунологические стимулы. Приводим структуру одного из

лейкотриенов:

Лейкотриены прежде всего рассматриваются как медиаторы воспа-

лительных реакций; они вызывают сокращение мышечной ткани бронхов

в концентрациях, в 100–1000 раз меньших, чем гистамин; способствуют

сокращению коронарных сосудов. В целом функция лейкотриенов в норме

и при патологии во многом еще неясна.

391

Тромбоксан А

Простациклин

(PGI

)

Лейкотриен А

БИОСИНТЕЗ ТРИГЛИЦЕРИДОВ *

Известно, что скорость биосинтеза жирных кислот во многом определяется

скоростью образования триглицеридов и фосфолипидов, так как свободные

жирные кислоты присутствуют в тканях и плазме крови в небольших

количествах и в норме не накапливаются.

Синтез триглицеридов происходит из глицерина и жирных кислот

(главным образом стеариновой, пальмитиновой и олеиновой). Путь био-

синтеза триглицеридов в тканях протекает через образование α-глице-

рофосфата (глицерол-3-фосфата) как промежуточного соединения.

В почках, а также в стенке кишечника, где активность фермента

глицеролкиназы высока, глицерин фосфорилируется за счет АТФ с обра-

зованием глицерол-3-фосфата:

В жировой ткани и мышцах вследствие очень низкой активности

глицеролкиназы образование глицерол-3-фосфата в основном связано с

процессами гликолиза и гликогенолиза. Известно, что в процессе гли-

колитического распада глюкозы образуется дигидроксиацетонфосфат (см.

главу 10). Последний в присутствии цитоплазматической глицерол-3-фос-

фатдегидрогеназы способен превращаться в глицерол-3-фосфат:

Отмечено, что если содержание глюкозы в жировой ткани понижено

(например, при голодании), то образуется лишь незначительное количество

глицерол-3-фосфата и освободившиеся в ходе липолиза свободные жирные

кислоты не могут быть использованы для ресинтеза триглицеридов, поэто-

му жирные кислоты покидают жировую ткань. Напротив, активация

гликолиза в жировой ткани способствует накоплению в ней триглицеридов,

а также входящих в их состав жирных кислот. В печени наблюдаются оба

пути образования глицерол-3-фосфата.

Образовавшийся тем или иным путем глицерол-3-фосфат последова-

тельно ацилируется двумя молекулами КоА-производного жирной кислоты

(т.е. «активными» формами жирной кислоты – ацил-КоА). В результате

образуется фосфатидная кислота (фосфатидат):

* Триглицериды - это триацилглицеролы по международной номенклатуре.

392

+ АТФ

Глицеролкиназа

Глицерин

L-глицерол-3-фосфат

+ АДФ

Глицеролфосфат-

дегидрогеназа

+ НАД Н+Н

+ НАД

Диоксиацетон-

фосфат

Глицерол-3-

фосфат

Как отмечалось, ацилирование глицерол-3-фосфата протекает последо-

вательно, т.е. в 2 этапа. Сначала глицерол-3-фосфат-ацилтрансфераза

катализирует образование лизофосфатидата (1-ацилглицерол-3-фосфата,

а затем 1-ацилглицерол-3-фосфат-ацилтрансфераза катализирует образо-

вание фосфатидата (1,2-диацилглицерол-3-фосфата) *.

Далее фосфатидная кислота гидролизуется фосфатидат-фосфогидро-

лазой до 1,2-диглицерида (1,2-диацилглицерола):

Затем 1,2-диглицерид ацилируется третьей молекулой ацил-КоА и пре-

вращается в триглицерид (триацилглицерол). Эта реакция катализируется

диацилглицерол-ацилтрансферазой:

Синтез триглицеридов (триацилглицеролов) в тканях происходит с уче-

том двух путей образования глицерол-3-фосфата и возможности синтеза

триглицеридов в стенке тонкой кишки из β-моноглицеридов, поступающих

из полости кишечника в больших количествах после расщепления пищевых

* Фосфатидная кислота (фосфатидат) обнаружена во многих тканях, правда, в следовых

количествах. Только в печени на ее долю приходится 1% от всех фосфолипидов.

393

Глицерол-3-фосфат

Глицеролфосфат-

ацилтрансфераза

2HS-КoA

Фосфатидная кислота

(фосфатидат)

Фосфатидная кислота

Фосфатидатфосфо-

гидролаза

1,2-Диглицерид

Диглицерид-ацил-

трансфераза

Триглицерид

HS-КoA

-CO-S-KoA

+ H

+ R

-CO-S-KoA

Рис. 11.6. Биосинтез триглицеридов (триацилглицеролов).

жиров. На рис. 11.6 представлены глицерофосфатный, дигидроксиацетон-

фосфатный и β-моноглицеридный (моноацилглицероловый) пути синтеза

триглицеридов.

Установлено, что большинство ферментов, участвующих в биосинтезе

триглицеридов, находятся в эндоплазматическом ретикулуме, и только

некоторые, например глицерол-3-фосфат-ацилтрансфераза,– в митохонд-

риях.

394

Глицерин

АТФ

АДФ

Глицеролкиназа

Глицерол-

-3-фосфат

НАД

НАДН+ Н

Глицерол-3-фосфатде-

гидрогеназа

Дигидрокси-

ацетонфосфат

Гликолиз

Ацил-КоА

Глицерол-3-фосфат-

ацилтрансфераза

КоА

1-Ацилглицерол-3-

-фосфат (лизофосфатидат)

Ацил-КоА

2-Моноацилглицерол

1-Ацилглицерол-3-фосфат-

ацилтрансфераза

КоА

Ацил-КоА

Моноацил-

глицерол-

ацилтранс-

фераза

(кишечная)

КоА

1,2-Диацилглицерол-

фосфат (фосфатидат)

Фосфатидат-фосфогидролаза

1,2-Диацилглицерол

Ацил-КоА

КоА

Диацилглицерол-

-ацилтрансфераза

Триацилглицерол

(триглицерид)

МЕТАБОЛИЗМ ФОСФОЛИПИДОВ

В отличие от триглицеридов и жирных кислот фосфолипиды не являются

существенным энергетическим материалом. Фосфолипиды играют важную

роль в структуре и функции клеточных мембран, активации мембранных

и лизосомальных ферментов, в проведении нервных импульсов, сверты-

вании крови, иммунологических реакциях, процессах клеточной проли-

ферации и регенерации тканей, в переносе электронов в цепи «дыхательных»

ферментов. Особая роль фосфолипидам отводится в формировании липо-

протеидных комплексов.

Биосинтез фосфолипидов интенсивно происходит в печени, стенке ки-

шечника, семенниках, яичниках, молочной железе и других тканях. Наибо-

лее важные фосфолипиды синтезируются главным образом в эндоплазма-

тической сети клетки.

Центральную роль в биосинтезе фосфолипидов играют 1,2-диглицериды

(в синтезе фосфатидилхолинов и фосфатидилэтаноламинов), фосфатидная

кислота (в синтезе фосфатидилинозитов) и сфингозин (в синтезе сфин-

гомиелинов). Цитидинтрифосфат (ЦТФ) участвует в синтезе практически

всех фосфолипидов. В качестве примера рассмотрим синтез отдельных

представителей фосфолипидов.

Биосинтез фосфатидилэтаноламина. Первоначально этаноламин при

участии соответствующей киназы фосфорилируется с образованием фосфо-

этаноламина:

Затем фосфоэтаноламин взаимодействует с ЦТФ, в результате чего

образуются цитидиндифосфатэтаноламин (ЦДФ-этаноламин) и пирофос-

фат (PP

395

Этаноламин

АТФ

АДФ

Этаноламинкиназа

Фосфоэтаноламин

+ ЦТФ

Фосфоэтаноламин

Этаноламинфосфат-

-цитидилтрансфераза

+ РР

ЦДФ-этаноламин

В следующей реакции ЦДФ-этаноламин, взаимодействуя с 1,2-дигли-

церидом, образующимся при дефосфорилировании фосфатидной кислоты,

превращается в фосфатидилэтаноламин. Реакция катализируется фермен-

том этаноламинфосфотрансферазой:

ЦДФ-этаноламин + 1,2-диглицерид –> Фосфатидилэтаноламин + ЦМФ.

Биосинтез фосфатидилхолина (лецитина). Фосфатидилэтаноламин явля-

ется предшественником фосфатидилхолина. В результате последователь-

ного переноса трех метальных групп от трех молекул S-аденозилметионина

(донор метальных групп, см. главу 6) к аминогруппе остатка этаноламина

образуется фосфатидилхолин:

Существует еще один путь синтеза фосфатидилхолина в клетках жи-

вотных. В этом случае, как и при синтезе фосфатидилэтаноламина, исполь-

зуется ЦТФ в качестве переносчика, но уже не фосфоэтаноламина, а фос-

фохолина. На первом этапе синтеза свободный холин активируется под

действием холинкиназы с образованием фосфохолина:

Холин + АТФ –> Фосфохолин + АДФ.

Затем фосфохолин реагирует с ЦТФ, образуя цитидиндифосфатхолин

(ЦДФ-холин):

Фосфохолин + ЦТФ –> ЦДФ-холин + РР

В дальнейшем ЦДФ-холин взаимодействует с 1,2-диглицеридом, в ре-

зультате чего образуется фосфатидилхолин:

ЦДФ-холин + 1,2-диглицерид –> Фосфатидилхолин + ЦМФ.

Биосинтез фосфатидилсерина. У млекопитающих фосфатидилсерин об-

разуется в реакции обмена этаноламина на серин следующим путем:

Существует и второй путь образования фосфатидилсерина, который

связан с предварительным вовлечением фосфатидной кислоты в синтез

фосфоглицеридов:

396

S-аденозил-

метионин

3СН

S-аденозил-

гомоцистеин

Последовательное метилирование

Фосфатидил

Фосфатидилэтаноламин

Фосфатидилхолин

Фосфатидилэтаноламин + L-серин

Са

Фосфатидилсерин + Этаноламин.

Затем происходит перенос серина на фосфатидильный остаток с обра-

зованием фосфатидилсерина:

ЦДФ-диглицерид + L-серин –> Фосфатидилсерин + ЦМФ.

Таким же путем образуется фосфатидилинозитол.

Биосинтез сфингомиелина. Интермедиатом в биосинтезе сфингомиелина

является церамид (N-ацилсфингозин), который образуется при взаимодей-

ствии сфингозина с ацил-КоА. Сфингомиелин синтезируется в результате

взаимодействия (реакции) церамида с ЦДФ-холином:

Следует отметить, что различие в синтезе холин- и этаноламинсодер-

жащих фосфолипидов, с одной стороны, и инозитсодержащих фосфоли-

пидов – с другой, заключается в том, что в первом случае при участии ЦТФ

образуется ЦДФ-холин или ЦДФ-этаноламин – реакционноспособные азо-

тистые основания, а во втором случае при участии ЦТФ образуется

ЦДФ-диглицерид – реакционноспособная форма диглицерида.

Распад и обновление фосфолипидов

Известно, что молекулы белков расщепляются в тканях полностью. Поэто-

му для молекулы белков можно определить время обновления. Фосфоли-

пиды также активно распадаются в тканях, но для каждой части молекулы

время обновления различно. Например, время обновления фосфатной

группы отличается от времени обновления 1-ацильной группы, и обуслов-

лено это наличием ферментов, вызывающих частичный гидролиз фосфоли-

пидов, вслед за которым снова может происходить их синтез (рис. 11.7).

К сожалению, в настоящее время нет достаточно полных данных

о фосфолипазном спектре той или иной ткани. Хорошо известно, что

фосфолипаза A

атакует эфирную связь фосфолипидов в положении 1.

Фосфолипаза А

катализирует гидролиз эфирной связи в положении 2 гли-

церофосфолипидов, в результате чего образуются свободная жирная кис-

лота и лизофосфолипид (в случае фосфатидилхолина – лизолецитин), ко-

торый реацилируется ацил-КоА при участии ацилтрансферазы.

Фосфолипаза С атакует эфирную связь в положении 3, что заканчивается

образованием 1,2-диглицерида и фосфорильного основания.

Фосфолипаза D катализирует отщепление от фосфолипида азотистого

основания. Долгое время считалось, что фосфолипаза D содержится только

397

Фосфатидная кислота

ЦТФ

РР

ЦДФ-диглицерид

Цитидин

Сфингозин

Церамид

Сфингомиелин

Ацил-КоА

КоА

ЦДФ-холин

ЦМФ

Рис. 11.7. Гидролитическое расщепление

фосфолипазами строго определенных свя-

зей фосфолипидов.

в растительных тканях. В последнее время ее удалось обнаружить в раст-

воримой фракции мозга крысы, а затем в микросомах мозга и других

органов, а в самое последнее время-в митохондриях печени крысы.

Нет ясности в отношении фосфолипазы В. Возможно, что это-смесь

ферментов, обладающих свойствами фосфолипаз А

и А

. Не исключено,

что фосфолипаза В-фермент, действующий только на лизофосфолипид

(например, лизолецитин), т.е. это лизофосфолипаза.

БИОСИНТЕЗ ХОЛЕСТЕРИНА

В 40-60-х годах нашего столетия К. Блох и сотр. в опытах с использо-

ванием ацетата, меченного

С по метильной и карбоксильной группам,

показали, что оба атома углерода уксусной кислоты включаются в холесте-

рин печени приблизительно в одинаковых количествах. Кроме того, было

доказано, что все атомы углерода холестерина происходят из ацетата.

В дальнейшем благодаря работам Ф. Линена, Г. Попьяка, Дж. Корн-

форта, А.Н. Климова и других исследователей были выяснены основные

детали ферментативного синтеза холестерина, насчитывающего более 35

энзиматических реакций. В синтезе холестерина можно выделить три

основные стадии: I – превращение активного ацетата в мевалоновую кис-

лоту, II – образование сквалена из мевалоновой кислоты, III – циклизация

сквалена в холестерин.

Рассмотрим стадию превращения активного ацетата в мевалоновую

кислоту. Начальным этапом синтеза мевалоновой кислоты из ацетил-КоА

является образование ацетоацетил-КоА посредством обратимой тиолазной

реакции:

Затем при последующей конденсации ацетоацетил-КоА с 3-й молекулой

ацетил-КоА при участии гидроксиметилглутарил-КоА-синтазы (ГМГ-КоА-

синтаза) образуется β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА:

398

СН

—СО—S-KoA + СН

—СО—S-KoA

Ацетил-КоА-ацетилтрансфераза

СН

—СО—СН

—СО—S-KoA + HS-KoA.

Ацетоацетил-КоА

СН

—СО—СН

—СО—S-KoA + СН

—СО—S-KoA

Ацетоацетил-КоА

Ацетил-КоА

– Н

ГМГ-КоА-синтаза

Далее β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА под действием регуляторно-

го фермента НАДФ-зависимой гидроксиметилглутарил-КоА-редуктазы

(ГМГ-КоА-редуктаза) в результате восстановления одной из карбоксиль-

ных групп и отщепления HS-KoA превращается в мевалоновую кислоту:

ГМГ-КоА-редуктазная реакция – первая практически необратимая реак-

ция в цепи биосинтеза холестерина. Она протекает со значительной потерей

свободной энергии (около 33,6 кДж). Установлено, что данная реакция

лимитирует скорость биосинтеза холестерина.

Наряду с классическим путем биосинтеза мевалоновой кислоты имеется второй

путь, в котором в качестве промежуточного субстрата, по-видимому, образуется не

β-гидрокси-β-метилглутарил-КоА, а β-гидрокси-β-метилглутарил-S-АПБ. Реакции

этого пути идентичны начальным стадиям биосинтеза жирных кислот вплоть до

образования ацетоацетил-S-АПБ. В образовании мевалоновой кислоты по этому

пути принимает участие ацетил-КоА-карбоксилаза – фермент, осуществляющий

превращение ацетил-КоА в малонил-КоА. Оптимальное соотношение малонил-КоА

и ацетил-КоА для синтеза мевалоновой кислоты – 2 молекулы ацетил-КоА на

1 молекулу малонил-КоА.

Участие малонил-КоА – основного субстрата биосинтеза жирных кислот в обра-

зовании мевалоновой кислоты и различных полиизопреноидов показано для ряда

биологических объектов: печени голубя и крысы, молочной железы кролика,

бесклеточных дрожжевых экстрактов. Этот путь биосинтеза мевалоновой кислоты

отмечен преимущественно в цитозоле клеток печени. Существенную роль в обра-

зовании мевалоната в данном случае играет ГМГ-КоА-редуктаза, обнаруженная

в растворимой фракции печени крысы и неидентичная микросомному ферменту по

ряду кинетических и регуляторных свойств. Регуляция второго пути биосинтеза

мевалоновой кислоты при ряде воздействий (голодание, кормление холестерином,

введение поверхностно-активного вещества тритона WR-1339) отличается от ре-

399

β-Гидрокси-β-метилглутарил-КоА

Мевалоновая кислота

ГМГ-КоА-редуктаза

гуляции первого пути, в котором принимает участие микросомная редуктаза. Эти

данные свидетельствуют о существовании двух автономных систем биосинтеза

мевалоновой кислоты. Физиологическая роль второго пути окончательно не изу-

чена. Полагают, что он имеет определенное значение не только для синтеза веществ

нестероидной природы, таких, как боковая цепь убихинона и уникального основания

-(Δ

-изопентил)-аденозина некоторых тРНК, но и для биосинтеза стероидов

(А.Н. Климов, Э.Д. Полякова).

На II стадии синтеза холестерина мевалоновая кислота превращается

в сквален. Реакции II стадии начинаются с фосфорилирования мевалоновой

кислоты с помощью АТФ. В результате образуется 5-фосфорный эфир,

а затем 5-пирофосфорный эфир мевалоновой кислоты:

5-пирофосфомевалоновая кислота в результате последующего фосфо-

рилирования третичной гидроксильной группы образует нестабильный

промежуточный продукт – 3-фосфо-5-пирофосфомевалоновую кислоту, ко-

торая, декарбоксилируясь и теряя остаток фосфорной кислоты, превра-

щается в изопентенилпирофосфат. Последний изомеризуется в диметил-

аллилпирофосфат:

400

Мевалонат

5-Фосфомевалонат

5-Пирофосфомевалонат

5 -Пирофосфомевалонат

3-Фосфо-5-пирофосфо-

мевалонат

Диметилаллилпирофосфат

Изопентенилпирофосфат

АТФ

АДФ

АТФ

АДФ

АТФ

АДФ