Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Литература

10?

83. Layton L. L., Fed. Proc., 9, 195 (1950).

84. Layton L. L, Frankel D. R., Scapa S., Cancer, N. Y.,

3, 725 (1950).

85. Bostrom H, Mansson В, J. biol. Chem., 196, 483

(1952).

86. Bostrom H., Gardell S., Acta chem. scand, 7, 216 (1953).

87. В о s t г о m H, Odeblad E, Friberg U, Acta path.

microbiol. scand., 33, Fasc. 4 (1953).

88. Jorpes E, Odeblad E, Bostrom H, Acta haemat, 9,

273 (1953).

89. Odeblad E, Bostrom H, Acta path, microbiol. scand.,

31, 339 (1952).

90. Davies D. V, Young L, Nature, Lond., 173, 448 (1954).

91. Bostrom H.. Ark. Kemi, 6, 43 (1953).

92. Bostrom H., Roden L, Vestermakr A, Nature, Lond.,

176, 601 (1955).

93. Layton L. L, Proc. Soc. exp. Biol, N. Y, 76, 596 (1951).

94. S с h i 11 e r S, Mathews. M. B, Dorfman A, Fed. Proc.,

13, 290 (1954).

95. Schiller S„ Mathews M. B, Jefferson H, Ludo-

wieg J, Dorfman A, J. biol. Chem, 211, 717 (1954).

96. Schiller S, Mathews M. B, Goldfabe

L, Ludo-

wieg J, Dorf man A, J. biol. Chem, 212, 531 (1955).

97. Horecker B. L, Mehler A. H„ Annu. Rev. Biochem, 24,

207 (1955).

98. Dohlman С. H, Acta physiol. scand, 37, 220 (1956).

99. Dziewiatkowski D. D, J. biol. Chem, 223, 239 (1956).

100. Layton L. L, Arch. Biochem. Biophys, 32, 224 (1951).

101. Bostrom H, Odeblad E, Ark. Kemi, 6, 39 (1953).

102. Jackson D. S, Biochem. J, 54, 638 (1953).

103. Jackson D. S., Biochem. J, 56, 699 (1954).

Глава VII

ДРУГИЕ ОРГАНИЧЕСКИЕ

СЕРУСОДЕРЖАЩИЕ СОЕДИНЕНИЯ

В предшествующих главах были описаны превраще-

ния главных типов соединений, содержащих серу, одна-

ко многие соединения серы, представляющие определен-

ный биохимический интерес, в них не рассматривались.

Данные по обмену некоторых наиболее важных из этих

соединений приводятся ниже.

Тиамин

Известно, что высшие животные нуждаются в ти-

амине. У человека и некоторых животных эта потреб-

ность частично покрывается за счет синтеза этого вита-

мина бактериями кишечника [1]. Микроорганизмы силь-

но различаются по способности синтезировать тиамин.

Некоторые из них, по-видимому, способны осуществлять

полный его синтез, другие для осуществления этого син-

теза нуждаются в получении одной или обеих гетероци-

клических частей молекулы. Ряд микроорганизмов

совершенно не обладает способностью синтезировать

тиамин и нуждается в получении его в готовом виде.

Гаррис [2], изучая образование тиамина у Neurospora,

нашел, что в этом процессе предшественник тназола реа-

гирует с пиримидиновой частью с образованием проме-

жуточного продукта, превращающегося затем в тиамин.

Лучше изучено превращение тиамина в его пирофос-

фат — кокарбоксилазу. Это соединение участвует в ка-

честве кофермента в процессах декарбоксилирования

gt-кетокисдот. Из дрожжей, слизистой кишечника и

Другие органические серусодержащие соединения 135

печени крысы были получены препараты фермента, кото-

рые осуществляли образование тиаминпирофосфата из

тиамина в присутствии АТФ и ионов Mg

[3—5]. В опы-

тах с АТФ, меченной P

, показано, что это соединение

участвует в синтезе тиаминпирофосфата в организме

крысы [6] и что при этом, возможно, происходит перенос

пирофосфатной группы от АТФ к тиамину. Важное зна-

чение имеет то обстоятельство, что у животных с диа-

бетом фосфорилирование тиамина снижено [7] и что вве-

дение инсулина повышает количество кокарбоксилазы в

крови больных диабетом [8] и в печени диабетических

крыс [9].

Для изучения обмена тиамина у крыс его метили в

тиазоловом кольце S

[11] или С

в положении 2 [10].

В обеих сериях опытов было отмечено, что у нормаль-

ных животных примерно

радиоактивного изотопа

выделяется с мочой и очень мало изотопа обнаружи-

вается в кале. Почти вся S

мочи была сосредоточена

во фракции нейтральной серы и только небольшая часть

выделялась в виде сульфата. Во многих отношениях эти

результаты аналогичны данным, полученным ранее Бор-

суком и сотрудниками [12] в опытах с введением S

-TH-

амина людям. При введении 5

-тиамина крысам и ис-

следовании мочи методом хроматографии на бумаге

установлено наличие в моче различных соединений, ме-

ченных С

[10, 13], а именно производных тиазола, фос-

форилированных форм тиамина и некоторых соедине-

ний, которые при исследовании микробиологическим ме-

тодом давали реакцию, аналогичную тиамину.

Фермент тиаминаза, расщепляющий тиамин, был по-

лучен из различных источников. Его открыли Фудзита и

сотрудники [14, 15] в результате исследований, показав-

ших отсутствие тиамина у некоторых моллюсков, причем

его нельзя было обнаружить в организме моллюска да-

же после добавления извне [16, 17]. Почти одновремен-

но Грин и сотрудники [18, 19], исследуя причины возник-

новения паралича у лисиц, которым скармливали сырую

рыбу, обнаружили, что это заболевание связано с нали-

чием особого фактора, присутствующего в организме

карпа. В дальнейших исследованиях было выяснено, что

этот фактор представляет собой тиаминазу [20, 21]; было

136 Г лава III

также найдено, что этот фермент присутствует в различ-

ных бактериях [22] и в папоротниках [23, 24]. Важное

значение наличия «антитиаминовой активности» в пи-

щевых продуктах заключается в том, что потребление

с пищей таких продуктов может вызвать появление ти-

аминовой недостаточности. Так, например, скармлива-

ние папоротников крупному рогатому скоту может вы-

звать появление «папоротниковой болезни» [23], что свя-

зано с наличием в папоротнике антитиаминового фак-

тора, который, согласно Фудзита [25], состоит из тиами-

назы и термостабильного фактора. При введении мы-

шам экстрактов, полученных из внутренностей карпа,

содержащих тиаминазу, наблюдались явления, сходные

с симптомами тиаминовой недостаточности [26]. Крам-

питд и Вулли [27] получили данные, показывающие, что

тиаминаза рыб расщепляет тиамин на его пиримидино-

вый и тиазоловый компоненты. Некоторые ароматиче-

ские амины заметно стимулируют активность тиаминазы

[28] и при этих условиях фермент осуществляет обмен-

ную реакцию, в которой пиримидиновая часть тиамина

соединяется не с тиазолом, а с органическим основа-

нием. Имеются указания о роли пролина как естествен-

ного кофактора тиаминазы, поскольку он присутствует

в активных препаратах этого фермента из папоротников

и служит кофактором для тиаминазной системы папо-

ротников in vitro [29]. Физиологическое значение тиами-

назы пока еще не установлено.

Б и о ти н

d-Биотин встречается в свободном состоянии и в свя-

занных формах, одной из которых является биоцитин.

Райт и сотрудники [30] выделили последний в ничтож-

ных количествах из 25 т дрожжей и показали, что он

представляет собой е-]Ч-биотинил-Ь-лизин; продуктом

обмена у некоторых микроорганизмов является также

с?-биотин-/-сульфоксид [31]. Биотин требуется животным

лишь в очень незначительных количествах, и эта потреб-

ность легко удовлетворяется за счет синтеза биотина

бактериями их кишечника (см. гл. IX). Для того чтобы

Другие органические серусодержащие соединения 137

вызвать у животного состояние биотиновой недостаточ-

гости, необходимо предотвратить этот бактериальный

;интез путем включения в рацион какого-либо антибак-

териального агента, проявляющего активность в кишеч-

ном тракте. Другой метод получения биотиновой недо-

статочности состоит в добавлении к корму сырого яич-

ного белка, содержащего белковый комплекс авидин,

который, соединяясь с биотином, делает его недоступ-

ным для усвоения животными.

Опыты с микроорганизмами, нуждающимися в био-

тине, и с тканями животных, страдающих явлениями

биотиновой недостаточности, показали, что этот вита-

мин участвует в ряде процессов обмена [32]. Механизм

действия биотина, однако, еще не установлен. Возмож-

но, что он используется для синтеза более сложной моле-

кулы, обладающей свойствами кофермента. Некоторые

исследователи предполагают, что он скорее имеет отно-

шение к синтезу ферментов, чем непосредственно уча-

ствует в реакциях обмена [33—35]. Биотин принимает

участие в процессах включения углекислоты в различные

карбоновые кислоты, а также в процессах ее отщепления.

Полагают также, что он играет роль в синтезе различных

четырехуглеродных кислот, например в синтезе щавеле-

воуксусной и аспарагиновой кислот из ггировиноградной

кислоты

[36, 37]. Так, у бактерий и дрожжей, растущих

Исследования, проведенные в последние годы, показали не-

правильность представления о том, что биотин участвует в каче-

стве кофермента в процессе обратимого карбоксилирования пиро-

виноградной кислоты с образованием щавелевоуксусной кислоты,

а затем и аспарагиновой кислоты. В работе Семенца и его сотруд-

ников (Semenza G, Prestidge L, Menard-Jeker D. и Better-GalIand,

М, Helv. Chim. Acta, 42, 669 (1959)) было установлено, что при по-

мощи связывания биотина авидином можно отделить биотин от

карбоксилазы щавелевоуксусной кислоты, причем последняя при

этом не теряет своей активности. Эти данные были подтверждены

в исследованиях Гамильтона и Вестгеймера (Hamilton G, Westhei-

mer F, J. Am. Chem. Soc, 81, 2277 (1959)), которым удалось вы-

делить активную кристаллическую карбоксилазу щавелевоуксусной

кислоты, не содержащую биотина. Хотя данные о том, что биотин

участвует в процессе карбоксилирования пировиноградной кисло-

ты, и не подтвердились, роль биотина в других процессах, свя-

занных с переносом CO

, можно считать твердо установленной.

Линену и его сотрудникам в 1959 г. удалось показать, что био-

тин в качестве кофермента участвует в весьма важном процессе прев-

138

Г лава III

на среде с недостаточным содержанием биотина, затор-

можен рост и снижена способность использовать CO

для образования карбоксильной группы аспарагиновой

кислоты, возможно в результате нарушения образования

щавелевоуксусной кислоты [38]. Добавление аспараги-

новой кислоты к среде в этом случае ликвидирует ме-

таболический блок, в связи с чем рост микроорганизмов

восстанавливается [39, 40].

У животных одно из проявлений биотиновой недо-

статочности состоит в повышенном выделении аммиака.

Полагают, что это является следствием повышенной

кислотности, возникающей в результате ослабления про-

цесса карбоксилирования пировиноградной кислоты и

накопления этого соединения в крови. Процесс карбо-

ксилирования пропионовой кислоты в янтарную кислоту,

наличие которого показано в митохондриях печени кры-

сы, также заметно снижен при биотиновой недостаточ-

ности [32]. По-видимому, биотин участвует в процессе

декарбоксилирования также ацетоуксусной, щавелево-

уксусной, янтарной, яблочной и аспарагиновой кислот и

в окислении изовалерьяновой кислоты в ацетоуксусную

кислоту [4]. Кроме того, при биотиновой недостаточности

обнаружено снижение скорости синтеза цитруллина из

орнитина [42], и можно предполагать, что это связано с

нарушением превращения глутаминовой кислоты в карб-

ращения |3-метилкротонил-КоА в р-метилглутаконил-КоА, протекаю-

щем при воздействии соответствующей карбоксилазы

-C=CH-CO-KoA + АТФ + CO

COOH-CH

-C=CH-СО—KoA +АДФ + Pi.

Линен и сотрудники (Linen F, Knappe J, Lorch Е, Jiitting Q. и

Rigelman Е, Angew. Chem, 71, 481 (1959)) выделили этот фермент

из бесклеточных экстрактов Mycobacterium и бесспорно устано-

вили наличие в нем биотина. При связывании биотина авидином

активность фермента подавлялась и ее удавалось восстановить пу-

тем добавления к ферментной системе избытка биотина. В иссле-

дованиях, выполненных при помощи биотина, меченного С

, было

показано образование в указанной выше реакции в качестве про-

Другие органические серусодержащие соединения 139

амилглутаминовую кислоту. Есть указания на участие

биотина в дезаминировании некоторых аминокислот [43],

а также в синтезе никотиновой [44] и олеиновой [45]

кислот и пуринов [46].

Были сделаны некоторые попытки изучить судьбу

биотина в организме. При введении путем инъекции от-

носительно больших количеств биотина крысам было

обнаружено, что около 40% этого соединения выделяет-

ся с мочой. Ж. Френкель-Конрат и Г. Френкель-Конрат

[47], используя биотин, меченный С

в уреидной группе,

нашли, что это соединение выделяется частично в био-

логически неактивной форме. Инактивация биотина в

этом случае не сопровождалась распадом уреидной

группы, поскольку в выдыхаемой CO

радиоактивности

межуточного продукта соединения биотина с CO

, имеющего, по-

видимому, структуру одного из двух следующих соединений:

О О

Il Il

ОС со

Il / \ / \ Il

"ОС—N NH HN N—С—O

Il Il

HC CH О HC-—CH о

Il Il Il Il

C CH-(CH

)

-CO

C С—(CH

)

-СО"

S S

Схема реакции может быть полностью представлена в следующем

виде:

1) АТФ-j-Биотин-фермент , АДФ ~ Биотин-фермент 4- Pi;

2) АДФ ~ Биотин-фермент -f- CO

Mg + +

~ Биотин-фермент -f- АДФ;

3) CO

~ Биотин-фермент -)- fl-Метилкротонил-КоА ~

~ 1 Биотин-фермент -j- {S-Метилглутаконил-КоА.

Весьма вероятно, что биотин в качестве кофермента участвует

и в ряде других аналогичных процессов переноса CO

, например

в карбоксилировании ацетил-КоА при синтезе пальмитиновой кис-

лоты из ацетата (Wakil S. et al, Biochim. и Biophys. Acta, 29, 225;

30, 376 (1958). — Прим. ред.

140

Г лава III

обнаружено не было. Бакстер и Квастел [48] при по-

мощи бнотина, меченного С

в карбоксильной группе,

показали, что этот витамин в аэробных условиях рас-

щепляется срезами почек морской свинки до биологиче-

ски неактивных продуктов и меченой CO

. Эти авторы

предположили, что в этом случае происходит окисление

боковой цепи, но считали, что ферментная система, осу-

ществляющая это окисление, отличается от системы,

окисляющей низшие жирные кислоты. Имеются данные

о том, что в Aspergillus niger происходит окисление био-

тина до соответствующего сульфоксида [49], но сведений

о каких-либо других изменениях, которым подвергается

сера биотина, пока нет. Было установлено, что в крови

содержится гидролитический фермент — биотициназа, -—

расщепляющий биотицин на биотин и лизин [50] и ги-

дролизующий также биотинамид. Этот фермент, воз-

можно, ответствен за появление биотина в моче живот-

ных, получающих биоцитин, и имеет также значение в

питании, освобождая биотин из связанных форм. У не-

которых бактерий биоцитин служит источником био-

тина, и способность некоторых разновидностей бактерий

использовать это соединение связана, по-видимому, с

гидролизом биоцитина в их клетках. Имеются такие

данные о присутствии в печени второго фермента, дей-

ствующего на биоцитин и связанные формы биотина.

Этот фермент получил название биотинидаза [51].

Пенициллины

Пенициллины образуются у более чем 30 видов и раз-

новидностей Penicillium и Aspergillus, хотя для получе-

ния этих соединений в больших количествах используют

только некоторые штаммы P. notatum и P. chrysogenum.

Различные пенициллины отличаются по природе

N-ацильной группы, присоединенной к (3-лактамному

кольцу (см. стр. 16). Структура {3-лактамного кольца

нестабильна и легко расщепляется под действием раз-

личных веществ, в том числе спиртов, аминов, тиолов и

воды. Гидролитический распад пенициллина катализи-

руется некоторыми ионами металлов и может осущест-

Другие органические серусодержащие соединения 141

вляться бактериальным ферментом пенициллиназой [52],

причем образуются пенициллиновые кислоты, биологи-

чески неактивные:

/ \

-CH

-CO-NH- CH-CH С (CH

)

Пенициллиназа

III +H

O ->

СО—N-CH

•

Бензилпенициллин

-S

/ \

—> C

-CH

-CO-NH-CH CH C(CH

)

I I I

H HN—CH-CO

Бензилпенициллиновая кислота

В результате этой ферментативной реакции образуется

свободная карбоксильная группа, и поэтому ход реак-

ции в бикарбонатной среде можно исследовать путем

манометрического определения выделяющейся CO

[53].

При кислотном гидролизе пенициллины распадаются с

образованием двуокиси углерода, альдегида и пени-

цилламина

(CH

)

•

С (SH) - CH (NH

) • CO

Пеницилламин можно рассматривать как производное

цистеина или валина.

У растущих бактерий пенициллины снижают потреб-

ление кислорода [54]. Гэйл и Тейлор [55] нашли, что эти

соединения могут также заметно понижать усвоение

глутаминовой кислоты у Staphylococcus aureus, и пред-

положили, что в этом состоит первичное действие пе-

нициллинов. В другой теории, выдвинутой Крампицом

и Веркманом [56], предполагается, что пенициллины на-

рушают обмен нуклеиновых кислот у чувствительных к

нему организмов. Купер [57, 58], однако, недавно пока-

зал, что пенициллины прочно связываются в области

стенки бактериальной клетки с веществом, содержащим

липиды, и что это связывание предшествует метаболиче-

скому действию пенициллина. По-видимому, биохимиче-

ские изменения, наблюдаемые при действии пеницилли-

на на микроорганизмы, являются вторичными, первич-

142

Г лава III

ным же является влияние на осмотические свойства

клеток

Биосинтез пенициллинов. Уже в первый период про-

изводства пенициллина было отмечено, что при добавле-

нии к культуральной жидкости фенилуксусной кислоты,

р-фенилэтиламина или фенилацетамида выход бензил-

пенициллина значительно увеличивается [59]. В отсут-

стве этих соединений образовывался главным образом

и-гептилпенициллин. Роль фенилуксусной кислоты и род-

ственных ей соединений как предшественников бензиль-

ной группы бензилпенициллина была подтверждена в

опытах с дейтерированными соединениями [59]. Было

показано также, что n-оксифенилуксусная кислота яв-

ляется предшественником n-оксибензильной группы в

я-оксибензилпенициллине [59]. При отсутствии ее в куль-

туральной среде образуются только очень небольшие

количества этого пенициллина.

Недавно Арнстейн и Грант, а также Стивене и со-

трудники исследовали биосинтез кольцевых структур

пенициллинов у Penicillium chrysogenum. Предваритель-

но было установлено, что сера тиазолидинового кольца

происходит из неорганического сульфата культуральной

среды [60, 61]. Поскольку микроорганизмы быстро пре-

вращают неорганический сульфат в серусодержащие

аминокислоты, последние считают возможными проме-

жуточными метаболитами в синтезе пенициллина. Арн-

стейн и Грант [62, 63], используя L-цистин, меченный С

и N

, установили, что эта аминокислота включается

в молекулу пенициллина как таковая без какого-либо

предварительного изменения, кроме восстановления ее

в L-цистеин. Углеродная цепь L-валина также участвует

В настоящее время можно считать установленным, что одним

из важнейших факторов, обусловливающих бактериостатическое дей-

ствие пенициллина, является вызываемое им торможение образо-

вания некоторых соединений, входящих в состав клеточных обо-

лочек бактерий. В работах Ледерберга (Lederberg I, J. Bact.,

73, 144 (1957)) и Парка и Штромингера (Park I. и Stromin-

ger I, Science, 125, 99 (1957)) было показано, что пенициллин по-

давляет включение пептидов уридинпиросфосфат-Ы-ацетилмурамо-

вой кислоты в клеточную оболочку, в связи с чем в ней накапли-

ваются производные уридин-5-пирофосфата и прекращается ее

рост. — Прим. ред.