Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Глава VIII

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ ФОРМЫ СЕРЫ

В настоящей главе рассматривается обмен элемен-

тарной серы и неорганических ионов сульфида, тиосуль-

фата, тетратионата, сульфита, сульфата и тиоцианата

у животных. Обмен этих соединений у микроорганизмов

обсуждается в гл. IX и здесь рассматривается лишь в

том случае, если обмен неорганических форм серы свя-

зан с деятельностью микроорганизмов кишечного тракта.

Элементарная сера

Предполагают, что небольшое количество серы,

скармливаемой в виде порошка животным, усваивается

в результате превращения ее в сероводород под дей-

ствием микроорганизмов кишечника [1—3]. В коллои-

дальной форме сера быстро всасывается в организме

[3, 4]. Грингард и Вулли [3] нашли, что коллоидальная

сера, введенная людям в дозах 0,50—0,75 г, всасывается

полностью и количественно выделяется с мочой в виде

сульфата. Они наблюдали заметное увеличение количе-

ства выделяемого с мочой сульфата уже через 2 часа

после введения серы. Но препараты коллоидальной серы

могут содержать полисульфиды и политионаты, и воз-

можно, что именно эти соединения являются источника-

ми сульфата. Тарвер и Шмидт [5] скармливали крысам

1 JUS элементарной серы, меченной S

, и нашли, что

большая часть S

выделяется с мочой в виде суль-

фата. Менее 0,035% введенной S

было обнаружено в

белках внутренних органов, на основании чего эти

154

Глава VlIl

авторы пришли к выводу, что крысы, вероятно, не могут

использовать элементарную серу для синтеза серусодер-

жагцих аминокислот. У жвачных в результате деятельно-

сти микроорганизмов кишечника неорганические формы

серы используются для этой дели, и, например, у ягнен-

ка элементарная сера может участвовать в синтезе се-

русодержащих аминокислот [6].

Сульфид

Сероводород представляет собой сильно действующее

токсичное вещество; вдыхание воздуха, содержащего

0,6 мг сероводорода на 1 л, в течение 30—60 мин. при-

водит к смертельным заболеваниям людей [7]. Влияние

сероводорода на ткани, по-видимому, избирательно, по-

скольку Смит [8] нашел, что он не влияет на потребле-

ние кислорода в печени и почках, но заметно нарушает

потребление кислорода в мозге. Хаггард [9, 10} наблю-

дал, однако, что при внутривенном введении собакам

значительных количеств сульфида натрия он не оказы-

вает токсического действия и что насыщенная кислоро-

дом кровь может окислять серу сульфида. Теперь из-

вестно, что сульфид при внутривенном введении соба-

кам окисляется в сульфат [11]. Дзевятковский [12] вво-

дил небольшие количества 8

-сульфида натрия крысам

per os (1,66 мг серы сульфида) или внутрибрюшинно

(0,2 мг серы сульфида) и нашел, что примерно половина

этого количества выделяется с мочой в виде сульфата

в первый же день после введения.

В тканях животных и в бактериях обнаружен фер-

мент, расщепляющий цистеин на пировиноградную кис-

лоту, аммиак и сероводород. Этот фермент — цистеин-

десульфгидраза, или цистеиндесульфураза, описан в об-

зорах Смита [13] и Фромажо [14]. Обнаружены также

другие десульфгидразы, а именно гомоцистеиндесульф-

гидраза, катализирующая образование сероводорода из

гомоцистеина [15], и экзоцистиндесульфгидраза, освобо-

ждающая сероводород из пептидов, содержащих конце-

вую группировку цистина [16]. Механизм образования

сероводорода из цистина рассмотрен в гл. II.

Неорганические формы, серы

155

Сера сульфида, кроме окисления в организме жи-

вотных в сульфат, может в небольших количествах ис-

пользоваться для образования цистина. Об этом сви-

детельствуют опыты, в которых крысам ежедневно в те-

чение 11 дней вводили внутрибрюшинно 1 мг S

-Cynb-

фида натрия, после чего их забивали; в цистине, выде-

ленном из волос, кожи, мышц и печени таких крыс, со-

держалось небольшое, но отчетливо определяемое коли-

чество S

. Небольшая удельная активность была также

обнаружена в д-бромфенилмеркаптуровой кислоте, вы-

деленной из тканей крыс, получавших ежедневно в те-

чение 3 дней 0,15 мл бромбензола [17]. Превращение

серы сульфида в серу цистеина может быть следствием

обратимости действия десульфгидразной системы; для

изучения этой возможности Смит и Холлидэй [18] инку-

бировали цистеин и 5

-сульфид натрия с препаратами

цистеиндесульфгидразы и останавливали реакцию, пре-

жде чем происходил полный распад цистеина. В отде-

ленном и тщательно очищенном цистеине было обнару-

жено небольшое количество S

. Однако образование

цистеина из пировиноградной кислоты, аммиака и суль-

фида обнаружить не удалось, и хотя в этих опытах бы-

ло показано образование серы цистеина из серы суль-

фида, механизм этого процесса остался неясным. Мало

вероятно, чтобы ион сульфида играл важную роль в об-

разовании цистеина в животных тканях, но возможно,

что он имеет большое значение в синтезе серусодержа-

щих аминокислот у некоторых микроорганизмов, напри-

мер у тех, которые встречаются в кишечнике жвач-

ных [19].

Тиосульфат

Присутствие тиосульфата в моче кошек и собак было

показано в 1867 г. Шмидебергом [20] путем выделения

его в виде бариевой соли. С тех пор было установлено,

что тиосульфат является нормальной составной частью

мочи человека и различных животных [21]. Первоначаль-

ные попытки количественного определения тиосульфата

в моче окончились неудачей, так как аналитические ме-

тоды, использованные для этой цели, были недостаточно

156

Глава VlIl

специфичными. Лишь в 1932 г. в качестве специфиче-

ского осадителя для тиосульфата был предложен три-

этилендиаминникельнитрат [22], который и был приме-

нен для определения тиосульфата в моче [23—25]; при

помощи этого метода Гаст, Араи и Олдрич [25] нашли,

что тиосульфат постоянно присутствует в моче взрослых

людей в количестве 2—17 мг в день в пересчете на серу

тиосульфата. Количество тиосульфата, выделяемое с мо-

чой, вероятно, мало отражает количество его, образую-

щееся в процессе обмена, поскольку известно, что в ор-

ганизме животных [26—28] и в срезах тканей [29] тио-

сульфат окисляется в сульфат. Тиосульфат может слу-

жить также донатором серы в синтезе тиоцианата при

участии фермента роданезы ((см. стр. 160), но степень

участия его в этом процессе при нормальных условиях

остается пока неизвестной.

Общепризнано, что тиосульфат образуется в организ-

ме при распаде цистина и метионина [21, 25], но суще-

ствуют различные мнения относительно механизма этого

процесса. Ряд исследователей, в том числе Пири [29],

считает, что образование тиосульфата происходит под

действием флоры кишечника. Вассел, Партридж и

Кроссли [24] нашли, что у голодающих собак выделение

тиосульфата с мочой прекращается и снова возобно-

вляется через 24 часа после кормления. Фромажо и

Ройер [21, 30], напротив, сообщили, что животные, не-

зависимо от того, являются ли они плотоядными или

всеядными, выделяют больше тиосульфата во время го-

лодания, чем в период нормального питания. Эти иссле-

дователи пришли к заключению, что тиосульфат обра-

зуется в тканях животных, а не бактериями кишечника.

Заслуживает внимания недавнее сообщение Бакстера и

'сотрудников [31] о наличии в печени крысы системы, ка-

тализирующей окисление сульфида в тиосульфат; актив-

ность этой системы была повышена у крыс, голодавших

в течение 24 час.

Тетратионат

Обмен тетратионата и токсическое действие его на

почки изучали Гильман и сотрудники [32]. Эти исследо-

ватели наблюдали, что при внутривенном введении

Неорганические формы, серы 157

юбакам умеренных доз тетратионата быстро возникает

поражение почечных канальцев, которое может приве-

:ти в течение 1 часа к полной анурии. При внутривен-

ном введении кроликам и собакам тетратионат быстро

превращался в тиосульфат. Тетратионат легко восста-

навливается различными тиолами, и, как показал Гиль-

ман и сотрудники, его реакция с цистеином и 1-тйосор-

битолом происходит следующим образом:

2R SH + S

O-- —> 2S

-- + R-S-S-R + 2H

Эти тиолы при их предварительном введении обладают

:пособностью защищать кроликов против нефротоксиче-

:кого действия тетратионата, и возможно, что это дей-

:твие, а также восстановление тетратионата в организ-

ме до сульфата обусловлены его реакцией с тиоловыми

группами. Это предположение подтверждается данными

Гоффарта и Фишера [33], показавших, что при отравле-

нии тетратионатом снижается содержание в тканях вос-

:тановленного глутатиона; наиболее заметно этот эф-

фект проявляется в почках. В связи с этим нарушается

жислительно-восстановительное равновесие в клетках,

л это в свою очередь оказывает влияние на тиоловые

группы внутриклеточных ферментов.

Сульфит

Интерес к обмену сульфита повысился в связи сдан-

ными, показавшими, что при окислении серусодержащих

аминокислот в процессе обмена до сульфата (в качестве

промежуточного продукта) образуется цистеинсульфино-

вая кислота. Как уже было указано (см. гл. II), это со-

единение превращается в сульфинилпировиноградную

кислоту, которая расщепляется до SO

и пировиноград-

ной кислоты. Шапвиль и Фромажо [34] показали обра-

тимость этого процесса. При инкубации препаратов из

ночек кролика в анаэробных условиях со смесью пиро-

виноградной и глутаминовой кислот и меченного S

:ульфита они обнаружили образование 8

-цистеинсуль-

финовой кислоты.

158

Глава VlIl

В присутствии следов ионов поливалентных металлов

происходит автоокисление сульфита, но маловероятно,

чтобы эта реакция встречалась в биологических систе-

мах, поскольку она тормозится белками. Шмидт и Кларк

[35], однако, показали, что in vivo сульфит все же пре-

вращается в сульфат. Совсем недавно Геймберг, Фридо-

вич и Хэндлер [36] обнаружили в печени и почках мле-

копитающих и у некоторых бактерий фермент, который

является флавопротеином и катализирует окисление

сульфита в сульфат [37]. Имеются также данные о том,

что кофактором в процессе окисления сульфита препа-

ратами печени собаки служит шпоксантин [38] и что на

первом этапе этого процесса, вероятно, происходит реак-

ция между сульфитом и дисульфидной группой липое-

вой кислоты [39].

Сульфат

Большинство исследований по обмену сульфата отно-

сится к эфирам серной кислоты; соответствующие дан-

ные приведены в гл. VI. Другие стороны обмена суль-

фата рассматриваются ниже.

При введении небольших доз Бисульфата натрия

людям [40] и крысам [41—44] через рот или внутривенно

большая часть S

выделяется с мочой в виде неорга-

нического сульфата или его эфиров и лишь небольшая

часть задерживается в организме, главным образом в

составе сульфомукополисахаридов. Весьма интересен во-

прос о возможности использования серы сульфата в ор-

ганизме животных для синтеза серусодержащих амино-

кислот. Имеются лишь слабые основания считать, чтс

этот процесс может происходить в тканях животных,

но получены серьезные доказательства в пользу того, чтс

в организме животных этот процесс может осуществ-

ляться микроорганизмами кишечника. Установлено, чтс

все аминокислоты, незаменимые для крысы, могут быть

синтезированы в организме овцы, получающей пищу,

содержащую достаточные количества мочевины и неор-

ганического сульфата [45, 46]. У коров [47] и коз [48'

сера сульфата используется для синтеза цистина и

Неорганические формы, серы

159

летионина очень быстро, и через 3 час. после введения

-сульфата S

можно обнаружить в аминокислотах

Зелков молока. Как осуществляются отдельные реак-

ции в этом процессе, еще неизвестно, но, по-видимому,

!сточником меченных S

аминокислот является белок

5актерий рубца. Показано, что восстановление суль-

фата может происходить в рубце овцы [19], и после

жармливания Бисульфата !меченные S

цистин и ме-

тионин были обнаружены в составе белков рубца этих

«ивотных [47, 48].

Превращение серы сульфата в серу цистина происхо-

дит не только у жвачных животных; оно обнаружено

также у растущих цыплят [49]

у кур-несушек [50] и у

<рыс [51]. Куры, получившие H

(без носителя) че-

рез рот или путем внутримышечной инъекции, отклады-

вают яйца, в которых цистин (но не метионин) содержит

. В ранних работах [52, 53] не удавалось доказать

возможность использования серы сульфата в синтезе ци-

стина у взрослых крыс, но недавно Дзевятковский [51]

показал, что у растущих крыс после внутрибрюшинного

зведения Na

, не разбавленного носителем, этот

процесс действительно происходит. При введении неор-

ганического сульфата количество серы, участвующей в

этом процессе, очень незначительно, и, возможно,

некоторое количество сульфата могло проникать в ки-

шечник и подвергаться, таким образом, действию

бактерий.

В эмбрионе цыпленка в отличие от растущих цыплят

и кур введенная сера сульфата не используется в синте-

зе цистина [54, 55]. Установлено, что эмбрион цыпленка

использует некоторое количество серы сульфата в син-

тезе сульфомукополисахаридов [56, 57], но большая

пасть включается у него в таурин. JIoy и Роберте [55]

нашли, что включение сульфата в таурин можно обна-

ружить у эмбриона уже через 30 мин. после инъекции

Бисульфата, а Мехлин, Пирсон и Дентон [54] показали,

что до 65% S

, введенной в виде сульфа'га натрия в одно-

дневный зародыш, обнаруживается в таурине одноднев-

ного цыпленка. Этот тип обмена сульфата не ограничи-

вается эмбриональными тканями, так как, судя по дан-

ным Боштрёма и Аквиста [53], после введения взрослой

160

Глава

VlIl

крысе Na

небольшое количество S

можно обна

ружить в таурине, выделенном из печени. Мехашт

использования серы сульфата для синтеза таурина ещ(

не выяонен.

Тиоцианат

Как показал Ланг [58, 59], превращение цианида Е

тиоцианат катализирует фермент роданеза, находящий-

ся в печени и других тканях. Небольшие количества тио-

цианата находятся в крови, моче и слюне, и предпола-

гают, что этот тиоцианат образуется из следов цианида

появляющегося в процессе обмена у животных или осво-

бождающегося из некоторых пищевых источников, со-

держащих цианглюкозиды. У курильщиков содержание

тиоцианата в крови выше, чем у некурящих людей [60,

61]. Показано, что вдыхание табачного дыма сильно по-

вышает концентрацию тиоцианата в слюне [62]. Введе-

ние цианида приводит к повышенному выведению тио-

цианата с мочой [63]. Аналогичную картину наблюдали

у животных, которым вводили органические нитрилы,

например ацетонитрил, превращающиеся в процессах

обмена в синильную кислоту [64]. Боксер и Рикардс [65]

нашли, что после введения меченного С

цианида соба-

кам радиоактивный углерод появляется в моче в виде

свободного цианида, цианида, входящего в состав вита-

мина Bj

, и тиоцианата.

Роданеза широко распространена в животных тканях

[58, 66]. В присутствии подходящего донатора серы, на-

пример тиосульфата [58], этот фермент быстро превра-

щает цианид в тиоцианат. Другие соединения серы, в

том числе различные алифатические и ароматические

тиосульфаты, также служат донаторами серы в этой

реакции. Роданеза была выделена из печени быка и по-

лучена в кристаллическом виде Сёрбо [68, 69]. Предло-

женный им механизм этой реакции состоит в том, что

сначала одна или более дисульфидных групп фермента

(E) соединяются с тиосульфатом, а затем этот продукт

реагирует с цианидом, причем отщепляется сульфит и

образуется лабильный фермент-тиоцианатный комплекс,

Неорганические формы .серы

161

распадающийся с освобождением тиоцианата [67, 70].

+ S

S-S

+ CN"

•

S-

S-SCN

+ SO

S-SCN

+ SCN"

Фидлер и Вуд [71] получили данные, согласно которым

роданезная система Ланге содержит не только фермент

тиосульфат-цианид-транссульфуразу, для которой тио-

сульфат служит донатором серы при образовании тиоциа-

ната, но также другую транссульфуразу, использующую

для этого процесса серу (З-меркаптопировиноградной

кислоты. Сам тиоцианат также подвергается в орга-

низме расщеплению. После введения меченного С

тио-

цианата крьгсам Боксер и Рикардс [65] наблюдали, что

до 30% углерода тиоцианата окисляется ,в CO

. В опы-

тах других исследователей, вводивших крысам тиоциа-

нат, меченный S

, было отмечено, что основная часть

введенного количества выводится из организма в неиз-

мененном виде и менее 5% серы выделяется с мочой в

виде сульфата [72]. После !введения собакам токсических

доз тиоцианата натрия в крови был обнаружен цианид

[73], и имеется ряд данных [74—76], указывающих на на-

личие в эритроцитах человека и животных фермента,

осуществляющего превращение тиоцианата в цианид.

ЛИТЕРАТУРА

1. Denis W., Reed L„ J. biol. Chem., 73, 51 (1927).

2. Andrews J. С., J. biol. Chem., 122, 687 (1937—1938).

3. Greengard Н, Woolley J. R., J. biol. Chem, 132, 83

(1940).

11 Зак. 2552.

162

Глава VlIl

4. Maillard L. С., С. R. Acad. Sci., Paris, 152, 1583 (1911).

5. Tarver H., Schmidt С. L. A., J. biol. Chem., 146, 69

(1942).

6. Starks Р. В., H а

е W. Н, G а г г i g u s U. S., F о г b е s R. М,

J. Anim. Sci., 11, 776 (1952).

7. Rumpel W., Mitt. chem. Forchlnst. Ind. Wien, 4, 113 (1950).

8. Smythe С. V., Arch. Biochem., 2, 259 (1943).

9. Haggard H. W., J. biol. Chem., 49, 519 (1921).

10. Haggard H. W, Henderson Y, Charlton T. J., Amer,

J. Physiol, 61, 289 (1922).

11. Denis W„ Reed L, J. biol. Chem, 72, 385 (1927).

12. Dziewiatkowski D. D, J. biol. Chem, 161, 723 (1945).

13. Smythe С. V, Advanc. Enzymol, 5, 237 (1945).

14. Fromageot C, The Enzymes, chap. 41, p. 1237, Ed. by Sum-

ner J. B, and Myrback K. New York: Academic Press (1951).

15. Fromageot C, Desnuelle P, C. R. Acad. Sci, Paris, 214,

647 (1942).

16. Greenstein J. P, Leuthardt F. M, J. nat. Cancer Inst,

5, 209 (1944).

17. Dziewiatkowski D. D, J. biol. Chem, 164, 165 (1946).

18. Smythe С. V, Halliday D, J. biol. Chem, 144, 237 (1942).

19. Lewis D, Biochem. J, 56, 391 (1954).

20. Schmiedeberg 0, Arch. Heilk., 8, 422 (1867).

21. Fromageot C, R o*y e r A, Enzymologia, 11, 361 (1945).

22. Spacu G, Spacu P, Z. anal. Chem, 89, 192 (1932).

23. G a s t J. H, Publ. No. 214, University Microfilms, Vol. 2 (No. 2)

(1940).

24. Vassel B, Partridge R„ Crossley M. L, Arch.

Biochem, 4, 59 (1944).

25. Gast J. H, Arai K, Aldrich F. L, J. biol. Chem, 196,

875 (1952).

26. Trachtenberg W, Dissertation, Dorpat. (1861).

27. Nyiri W, Biochem. Z, 141, 160 (1923).

28. Zorkendorfer W, Biochem. Z„ 278, 191 (1935).

29. Pirie N. W„ Biochem. J, 28, 1063 (1934).

30. Fromageot C, Royer A, C. R. Acad. Sci., Paris, 219, 37

(1944).

31. Baxter C. F, Van Reen R, Pearson P. B, Fed. Proc,

15, 215 (1956).

32. G i

m a n A, Philips F. S, Koelle E. S„ Allen R. P,

St. John E, Amer. J. Physiol, 147, 115 (1946).