Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Сульфониевые соединения, сульфоксиды и сульфоны 103

Зэддили, Кантони и Джемийсон [41] осуществили эту

•идролитическую реакцию путем обработки S-аденозил-

«етионина щелочью.

Окисление сульфониевых соединений

Исследуя судьбу серы сульфониевых соединений у

животных, Moy [42] нашел, что некоторые сульфониевые

соли при введении крысам окисляются и вызывают по-

вышение содержания неорганического сульфата в моче.

Этот процесс, однако, не является общим путем обмена

указанного типа соединений. Так, например, хлориды ди-

метилтетина, диметил-р-пропиотетина, этилметилтетина и

сульфохолина окисляются в сульфат, тогда как хлориды

диэтилтетина, триэтилсульфония, триметилсульфония и

этилдиметилсульфония таким путем не распадаются. По-

видимому, деметилирование этих соединений и их спо-

собность превращаться в сульфат коррелируют между

собой. В связи с этим было выдвинуто предположение,

что первичной ступенью в окислении сульфониевых

соединений, как и в окислении метионина [42], является

перенос метильной группы к какому-либо акцептору,

например к гомоцистеину. Это предположение было

подтверждено в опытах, показавших, что если при

инкубации диметилтетинхлорида в аэробных условиях

со срезами печени крысы не присутствует гомоцистеин,

то повышенного образования сульфата не наблюдается

[43]. Однако продукт деметилирования тетина — метил-

тиоуксусная кислота — быстро окисляется при этих усло-

виях и в отсутствие гомоцистеина.

Дальнейшие данные об обмене тетинов были получе-

ны путем введения метки (С

) в их метильные группы.

При введении внутрибрюшинно крысам меченных таким

путем диметилтетинхлорида и диметилпропиотетинхло-

рида изотоп быстро появлялся в углекислоте выдыхае-

мого воздуха [44]. Возможно, что метильные группы не

окисляются, пока они еще находятся в составе молекул

тетина, а превращаются только после их включения в

метионин и другие соединения, напоимер бетаин (см

стр. 78).

104

Г лава

III

СУЛЬФОКСИДЫ, СУЛЬФОНЫ И РОДСТВЕННЫЕ

ИМ СОЕДИНЕНИЯ

Тиоэфиры могут быть окислены до сульфоксидов и

сульфонов химическим путем, но в биологических систе-

мах эта реакция, по-видимому, не происходит. Одно вре-

мя сульфоксиды и сульфоны метионина считали проме-

жуточными продуктами его превращения, но до сих пор

нет доказательств существования фермента, который мог

бы осуществлять образование или расщепление этих двух

соединений. Согласно Беннету [45], метионинсульфоксид

• SO • CH

• CH

CH (NH

)

•

способен замещать метионин в пище крыс. Это можно

считать указанием на возможность восстановления этого

соединения в метионин. Быстрое окисление метионин-

сульфоксида в сульфат у собаки [46] и способность его

действовать в качестве предшественника таурина при об-

разовании парных желчных кислот [47] можно объяснить

таким же образом. В опытах с тканями in vitro такого

превращения не наблюдали. Так, в срезах печени крысы

сульфоксид не окисляется в сульфат [48] и не исполь-

зуется как донатор метальных групп для синтеза креа-

тина [26]. Беннет [49] тоже установил, что дисульфоксид

цистеина (—SO-CH

-CH(NH

) -С0

Н)

может в неко-

торой степени замещать цистин в пище и что в этом

случае также, вероятно, происходит восстановление

сульфоксидной группы. Можно допустить в этом случае

наличие и другого механизма, а именно неферментатив-

ного расщепления сульфоксида с образованием цистеин-

сульфиновой кислоты и цистина [50]. Цистеинсульфино-

вая кислота интенсивно окисляется в сульфат в организ-

ме животного [51] и в срезах тканей [52]. В опытах на

собаках с желчной фистулой было показано, что эта кис-

лота повышает образование таурина [53].

Сульфон метионина

•

CH (NH

)

•

по-видимому, не подвергается ферментативному расщеп-

лению. Уинго, Смит и Вуд [54], изучая судьбу меченного

сульфона метионина у крысы, обнаружили, что он не

Сульфониевые соединения, сульфоксиды и сульфоны 105

окисляется в сульфат в сколько-нибудь значительном

количестве, но выделяется в моче по крайней мере в трех

формах, одна из которых — соединение его с глутамино-

вой кислотой. Ранее было найдено, что этот сульфон не

может замещать метионин пищи [25] и не действует как

донатор метальной группы в препаратах тканей [26]. От-

сутствие в организме животных механизма для превра-

щения этого сульфона в метионин часто используется в

опытах по изучению пищевых потребностей. При обра-

ботке белка экспериментального корма перекисью водо-

рода присутствующий метионин окисляется в сульфон, и

корм, таким образом, становится недостаточным в от-

ношении метионина [55].

Некоторые алифатические дисульфоны, в том числе

сульфонал, трионал и тетронал, уже довольно давно ис-

пользуются как снотворные средства:

Согласно данным Баумана и Каста [56], изучавших эти

соединения, имеется некоторая зависимость между фар-

макологическими свойствами этих дисульфонов и их

чувствительностью к метаболическому расщеплению. Со-

единения с общим строением CH

(SO

-R)

фактически

не обладают снотворной активностью и выделяются

главным образом в неизмененном виде. Соединения,

имеющие строение CRR'(S0

• R"h, обладают большой

снотворной активностью и интенсивно превращаются в

соединения не установленной пока природы; дисульфоны,

которые изображаются формулой CHR (SO

•

R') 2,

занимают промежуточное положение. Некоторые арома-

тические сульфоны являются антибактериальными аген-

тами и некоторые из них используются в химиотерапии

проказы. В организме эти соединения подвергаются ме-

таболическим изменениям, которые касаются только

кольцевых структур и не захватывают сульфоновую

группировку.

(CH

)

-C-(SO

-C

)

Сульфонал

• C

•

С (SO

•

)

Трионал

)

•

С • (SO

•

)

Тетронал

106

Г лава

III

В последнее время значительный интерес вызывает

сульфоксимин метионина

•

SO • CH

•

CH (NH

)

•

Это соединение образуется при действии треххлористого

азота на проламины и является токсическим фактором

муки, обработанной указанным агентом. У животных оно

не превращается в метионин и не окисляется в значи-

тельном количестве до неорганического сульфата [57].

Имеются данные, дающие основание предполагать, что

сульфоксимин метионина действует как антагонист ме-

тионина в обмене.

ЛИТЕРАТУРА

1. Crum Brown A, Fraser Т. R, Trans. Roy Soc. Edinb,

7, 663 (1872).

2. Ing Н. R., Wright W. M., Proc. Roy. Soc., В, 109, 337

(1931).

3. Hunt R, Renshaw R. R., J. Pharmacol., 44, 63 (1932).

4. Toennies G, J. biol. Chem., 132, 455 (1940).

5. Abel J. J, Hoppe-Seyl. Z., 20, 253 (1895).

6. C h a

1 1

e n g e r F, Leaver D, Whitaker M. I, Biochem.

J., 56, ii (1954).

7. C h a 11 e n g e r F, Simpson M. I, J. chem. Soc, p. 1591

(1948).

8. Bywood R., Challenger F, Biochem. J., 53, xxvi (1953).

9. Cantoni G. L, J. biol. Chem, 189, 203 (1951).

10. Cantoni G. L, J. biol. Chem, 189, 745 (1951).

11. Cantoni G. L, J. Amer. chem. Soc, 74, 2942 (1952).

12. Cantoni G. L, J. biol. Chem, 204, 403 (1953).

13. Baddiley J, Jamieson G. A, Chem. and Ind., p. 375 (1954).

14. Bywood R, Challenger F, Leaver D, Whita-

ker M. I, Biochem. J, 48, xxx (1951).

15. McRorie R. A, Sutherland G. L, Lewis M. S, Bar-

ton A. D, Glazener M. R, Shive W, J. Amer. chem.

Soc, 76, 115 (1954).

16. Challenger F, Hayward B. J, Chem. and Ind, p. 729

(1954).

Литература

10?

17. McRorie R. A., Glazener М. R, Skinner С. G.,

Shive W., J. biol. Chem., 211, 489 (1954).

18. Moyer A. W, Du Vigneaud V., J. biol. Chem., 143, 373

(1942).

19. Simmonds S, Cohn М, Chandler J. Р, Du Vigne-

aud V., J. biol.. Chem, 149, 519 (1943).

20. Du Vigneaud V, Moyer A. W„ Chandler J. P, J.

biol. Chem, 174, 477 (1948).

21. Maw G. A, Du Vigneaud V, J. biol. Chem, 176, 1037

(1948).

22. Maw G. A, Du Vigneaud V, J. biol. Chem, 176, 1029

(1948).

23. Dubnoff J. W, Borsook H, J. biol. Chem., 176, 789

(1948).

24. Maw G. A, Biochem. J, 63, 116 (1956).

25. Bennett M. A, J. biol Chem, 141, 573 (1941).

26 Handler P, Bernheim M. L. C., J. biol. Chem, 150, 335

(1943).

27. Cohen S„ J. biol. Chem, 201, 93 (1953).

28. Shapiro S. K-, Biochim. biophys. Acta, 18, 134 (1955).

29. Schlenk F, Depalma R. E, Arch. Biochem. Biophys, 57,

266 (1955).

30. C a n t о n i G. L, Vignos P. J, jun, J. biol. Chem, 209, 647

(1954).

31. Cantoni G. L, A Symposium on Amino Acid Metabolism,

p. 601. Ed. by McElroy W. D, and Glass B. Baltimore. The

Johns Hopkins Press (1955).

32. Challenger F, Chem. Rev, 36, 315 (1945).

33. Cantoni G. L, Phosphorus Metabolism, 2, 129. Ed by McElroy

W. D. and Glass, B. Baltimore: The Johns HopkinsPress (1952).

34. C a n t о n i G. P, Scarano E, J. Amer. chem. Soc, 76, 4744

(1954).

35. Ericson L. E, Williams J. N, jun, Elvenjem C. A,

Acta chem. scand, 9, 859 (1955).

36. Suzuki U„ J. Tokyo chem. Soc, 34, 1134 (1914).

37. S u z u к i U, Odake S, Mori T, Biochem. Z, 154, 288

(1924).

38. Weygand F, Junk R„ Leber D, Hoppe-Seyl. Z., 291,

191 (1952).

39. Smith R. L, Schlenk F, Arch. Biochem. Biophys, 38, 167

(1952).

108

Г лава

III

40. Schlenk F, Smith R. L., J. biol. Chem., 204, 27 (1953).

41. Baddiley J, Cantoni G. L., Jamieson G. A, J. chem.

Soc., p. 2662 (1953).

42. Maw G. A., Biochem. J., 55, 42 (1953).

43. Maw G. A., Biochem. J., 58, 665 (1954).

44. Ferger M. F., Du Vigneaud V., J. biol. Chem, 185, 53

(1950).

45. Bennett M. A, Biochem. J, 33, 1794 (1939).

46. Pirie N. W, Biochem. J, 26, 2041 (1932).

47. Virtue R W, Doster-Virtue M. E, J. biol. Chem, 137,

227 (1941).

48. Medes G, Floyd N, Biochem. J, 36, 259 (1942).

49. Bennett M. A, Biochem. J, 31, 962 (1937).

50. Lavine T. F., J. biol. Chem, 113, 583 (1936).

51. Medes G, Biochem. J, 31, 1330 (1937).

52. Medes G, Biochem. J, 33, 1559 (1939).

53. Virtue R. W, Doster-Virtue M. E, J. biol. Chem, 127,

431 (1939).

54. Wingo W. J, Smith R. A, Wood J, Arch. Biochem.

Biophys, 47, 307 (1953).

55. Toennies G., J. biol. Chem, 145, 667 (1942).

56. Baumann E, Kast A, Hoppe-Seyl. Z, 14, 52 (1890).

57. Roth J. S„ Arch. Biochem. Biophys, 52, 269 (1954).

Глава V

СУЛЬФОНОВЫЕ кислоты

Некоторые алифатические сульфоновы? кислоты, на-

пример а-аминосульфоновые, нестабильны, и их распад

в организме объясняется скорее всего их нестойкостью,

а не является результатом ферментативных процессов.

Некоторые химически стабильные сульфоновые кислоты

не подвергаются распаду при парентеральном введении

животным, но при введении per os могут распадаться под

действием микроорганизмов кишечного тракта. Из суль-

фоновых кислот наибольший интерес для биохимиков

представляют цистеиновая кислота и таурин, и в данной

главе эти два соединения рассматриваются раздельно.

ЦИСТЕИНОВАЯ КИСЛОТА

Изучая цистеиновую кислоту

•

CH (NH

)

•

соон,

биохимики стремились глав<ным образом выяснить,

является ли это соединение промежуточным продуктом

при превращении цистеина и цистина в таурин и суль-

фат. Предположение, что цистеиновая кислота и таурин

могут в организме животного образовываться из цистеи-

на и цистина, возникло из результатов работы Фрид-

мана [1, 2]. В 1902 г., изучая строение цистеина, Фрид-

ман получил цистеиновую кислоту путем окисления

цистеина бромом и затем нагреванием превратил ее в

таурин. Хотя известно, что in vivo цистеин может пре-

вращаться в таурин, последние данные указывают на то,

110

Г лава III

что цистеиновая кислота играет в этом процессе весьма

небольшую роль.

В 1939 г. Беригайм и Бернгайм [3] и Мидес [4] пока-

зали, что ферментные препараты из печени крыс вызы-

вают превращение цистеина в цистеиновую кислоту. По-

пытки показать, что в этом процессе промежуточным

соединением является цистеинсульфиновая кислота, дали

противоречивые результаты [4, 5]. В более поздних сооб-

щениях были приведены данные, показывающие, что пря-

мое окисление цистеинсульфиновой кислоты в цистеино-

вую происходит в небольшом объеме в почках [6].

При исследовании декарбоксилирования цистеиновой

кислоты Вертью и Достер-Вертыо [7] давали per os ци-

стеиновую и холевую кислоту собакам с желчной фисту-

лой (постановка опытов была примерно такой же, как в

опытах Бергмана, см. стр. 111). При этих условиях значи-

тельно увеличивалось выделение таурохолевой кислоты.

Как показал позднее Блажко [8], печень собаки содер-

жит особый фермент — декарбоксилазу цистеиновой кис-

лоты, который осуществляет превращение цистеиновой

кислоты в таурин в анаэробных условиях. Аналогичный

фермент нашли Мидес и Флойд [9] в почках крысы. Не-

смотря на эти данные, имеются все же возражения про-

тив того, чтобы считать цистеиновую кислоту главным

предшественником таурина. Главное из этих возражений

заключается в том, что хотя декарбоксилаза цистеиновой

кислоты найдена в печени крысы, морской свинки и

свиньи, она отсутствует в печени кошки, кролика и тре-

ски, которые тем не менее образуют таурохолевую кис-

лоту. Это привело Блажко [10] к предположению о суще-

ствовании другого, независимого пути синтеза таурина.

Вероятность этого предположения увеличилась, когда

было показано, что суспензии печени кроликов и препа-

раты из других тканей декарбоксилируют цистеинсуль-

финовую кислоту с большей скоростью, чем цистеиновую

кислоту [6]. При декарбоксилировании цистеинсульфино-

вой кислоты образуется |3-аминоэтансульфиновая кислота

N-CH

-CH

-SO

H, которую считают более важным

предшественником таурина, чем цистеиновую кислоту.

В ряде опытов [9, 11, 12, 13] человеку и животным

вводили цистеиновую кислоту per os или путем инъекций

Сульфоновые кислоты

111

и при введении ее per os наблюдали небольшое повыше-

ние в выделении сульфата; после введения этой кислоты

путем инъекции аналогичный эффект отсутствовал. На

этом основании считают, что окисление цистеиновой кис-

лоты до сульфата в первом случае происходит путем

воздействия кишечной флоры. Поэтому в настоящее вре-

мя считают, что цистеиновая кислота не является про-

межуточным соединением в окислении цистеина и цисти-

на в сульфат.

В мышечных препаратах цистеиновая кислота прини-

мает известное участие в реакциях переаминирования [14]

следующего типа:

а-Кетоглутаровая кислота -f- Цистеиновая кислота -—>

—>• Глутаминовая кислота -f- fi-Сульфонилпировиноградная кислота;

Щавелевоуксусная кислота + Цистеиновая кислота —>

—>• Аспарагиновая кислота + p-Сульфонилпировиноградная кислота

Об обмене (3-сульфонилпировиноградной кислоты

S-CH

CO-CO

H у животных известно мало.

По-видимому, она не вызывает образования сульфата

и, по некоторым данным, выделяется в неизмененном

виде в моче [9, 11].

ТАУРИН

Свободный таурин встречается у организмов самых

различных типов, часто в весьма значительных количе-

ствах [15—17]. У млекопитающих он появляется в желчи

в соединении с желчными кислотами [18] и присутствует

также в нормальной моче и в кале [19]. Общепризнано,

что таурин является конечным продуктом в обмене серы,

поскольку нет никаких данных о возможности его рас-

щепления в тканях человека и высших животных, хотя

известно, что он может подвергаться действию микроор-

ганизмов кишечника [11, 12].

Предположение Фридмана о том, что цистин может

служить предшественником таурина in vivo, получило

вскоре подтверждение в работе Бергмана [20]. Собакам

с желчной фистулой для уменьшения содержания таурина

112

Г лава III

в организме скармливали холевую кислоту; в этих

условиях выделение таурохолевой кислоты с желчью че-

рез некоторое время почти прекращалось. Если же соба-

кам в этот период вводили цистин, то, по данным Берг-

мана, образование таурина возобновлялось. Эти данные

были подтверждены и расширены Фостером [21—23]

и Вертью и Достер-Вертью [7, 24, 25], показавшими

в аналогичных опытах, что выделение таурохолевой

кислоты с желчью повышается при введении метио-

нина, цистина, цистеинсульфиновой кислоты, цистеиновой

кислоты, цистиндисульфоксида и гомоцистеина, но не

гомоцистина. Авапара и Уинго [26] в опытах с внутри-

венным введением крысам Э

-цистеина обнаружили на-

личие в печени S

-TaypnHa и таким образом подтвердили

превращение цистеина в таурин.

Гипотеза о том, что цистеиновая кислота является

непосредственным предшественником таурина, в течение

многих лет не вызывала сомнения. Когда же были полу-

чены данные, что цистеинсульфиновая кислота может

служить предшественником цистеиновой кислоты, а так-

же таурина [7], была предложена следующая последова-

тельность реакций, описывающая главный путь образо-

вания таурина:

SH CH

-SO

I I

CH-NH

—• CH-NH

I I

H CO

-SO

H CH

-SO

I I

CH-NH

—J-CH

-NH

H +CO

Доказательства, приводимые в пользу этой гипотезы, а

также возражения против нее были рассмотрены выше.

Данные о повышении образования таурина при введе-

нии цистиндисульфоксида [7] указывали на то, что это

соединение, возможно, представляет собой промежуточ-

ный продукт при превращении цистина в таурин [5, 9].

При декарбоксилировании дисульфоксида должен обра-

зовываться цистаминдисульфоксид, который хорошо

окисляется препаратами печени, тогда как сам цистамин

в этих условиях не окисляется [5]. Эти данные привели