Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Введение

N N-CH-CH (OH)-CH (OH)-CH-CH

-S-CH

-CH

-CH (NH

)-CO

1 о-——

S-Аденозилгомоцистеин

Другим важным тиоэфиром является нуклеозид 5'-ме-

тилтиоаденозин. Это соединение уже давно известно как

составная часть дрожжей; в настоящее время предпола-

гают, что оно связано с синтезом и распадом метионина

в этих организмах. В растениях встречаются и другие

тиоэфиры, в том числе диметилсульфид [19], метио-

нол [20]

-S-[СН

]

-ОН

и метил-Б-метилтиопропионат

-S-CH

-CH

-COO-CH

Последний был получен из сока ананаса [21].

Из природных сульфониевых соединений три были

идентифицированы достаточно точно, но имеются дан-

ные о существовании и других соединений такого рода.

Диметил-|3-пропиотетин

(CH

)

S-CH

-CH

-CO

был выделен из различных морских водорослей [22] в

виде солей, а из различных растительных источников

был получен метионинметилсульфонийхлорид [23, 24]

(CH

)

S-CH

- CH

•

CH (NH

)

•

HCr.

Наличие этих соединений в тканях животных не устано-

влено, но родственная сульфониевая соль, а именно

S-аденозилметионин, является промежуточным продук-

том обмена метионина в печени млекопитающих.

Ряд сульфоксидов обнаружен в растениях. Аллиин,

или S-аллилцистеинсульфоксид, был выделен из чеснока

Глава //

[25], и его считают предшественником диаллилдисуль-

фида, полученного из этого растения. Недавно выясни-

лось, что аналогичное соединение, идентифицированное

как S-метилцистеинсульфоксид, содержится в капусте и

других растениях [26, 27]. В семенах редиски найден

сульфоксид сульфорафен

•

CH=CH

•

NCS

и соответствующий нитрил [28]. В литературе появилось

сообщение о том, что в моче животных, получивших ме-

тионин, обнаруживается сульфоксид этой аминокислоты,

но есть основания полагать, что в условиях данного опы-

та он был артефактом [29]. Возможно, что рр'-диоксиди-

этилсульфоксид, считающийся компонентом ткани над-

почечников быка, также представляет собой артефакт,

так как он может образоваться в процессе экстракции.

Два сульфона — чейролин

•

(CH

)

•

NCS

и эризолин

•

(CH

)

• NCS

обнаружены в виде глюкозидов в семенах желтофиоли.

Эти и другие изотиоцианаты, найденные в растениях

[30, 31], встречаются в виде соединений эфиров серной

кислоты и глюкозидов, имеющих общую структурную

формулу

R-C=N-O

•

S—C

Имеется несколько сообщений о наличии диметилсуль-

фона в папоротниках, а также в крови и надпочечниках

коров.

Наиболее важная природная сульфоновая кислота —

таурин

N CH

-CH

обнаружена в свободном состоянии в моче и тканях

млекопитающих, а также в мышцах и органах многих

Введение 15

беспозвоночных. Таурин является также компонентом

парных желчных кислот. Изоэтионовая кислота

НО

•

представляющая собой оксианалог таурина, по-видимо-

му, входит в состав аксоплазмы кальмара [32]. Среди

сульфоновых кислот, найденных в растениях, известны

метансульфоновая кислота СНз

•

SO3H и сульфоуксус-

ная кислота

C • CH

•

обе они встречаются в соединении с алкалоидами [33].

Сульфиновая кислота

•

CH (NH

) • CO

образующаяся из цистеина, недавно была выделена из

мозга крысы [34]; она является важным промежуточным

продуктом в окислении цистеина.

Из природных эфиров серной кислоты наиболее ши-

роко распространены сульфомукополисахариды — соеди-

нения, в которых серная кислота связана с различными

аминосахарами. Сульфомукополисахариды встречаются

в секретах слизистой и в хрящевых тканях. Эфиры сер-

ной кислоты являются нормальными составными частя-

ми мочи. В виде таких эфиров выделяются, например,

некоторые стероиды, а также некоторые фенолы, обра-

зующиеся в слизистой кишечника в результате воздей-

ствия бактерий.

Недавно в моче был обнаружен тирозин-О-сульфаг,

установлено, что он входит в состав фибриногена [35].

Другим представителем этого класса соединений яв-

ляется сернокислый эфир холина

(CH

)

N-CH

-CH

-O- SO

•

выделенный из мицелия плесени Aspergillus sydovi [36].

Было показано, что в природе встречаются и некото-

рые гетероциклические соединения серы. Мы уже упо-

минали о двух из них, а именно о биотине и тиамине.

К соединениям такого типа относятся и некоторые

Глава //

антибиотики, например пенициллины, тиолютин и аурео-

тридин [37].

/Ч

R-CO-NH-CH—CH C(CH

)

I I I

CO-N CH • CO

Пенициллин

(R обозначает Д

-пентенил, бензил, n-оксибензил или н-гептил)

S-

\/\N/

NH-ацетил

NH-пропионил

Тиолютин

Ауреотрицин

Среди гетероциклических серусодержащих соединений

следует отметить также глиотоксин и актитиазиновую

кислоту. Последнее соединение, оказывающее токсиче-

ское действие in vitro на микобактерий, представляет

интерес в том отношении, что оно сходно по своей струк-

туре с биотином и способно действовать в качестве

актиметаболита этого ростового фактора у бакте-

рий [3, 8].

О=, NH

I I

-[CH

-CO

Актитиазиновая кислота

МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОБМЕНА

СЕРУСОДЕРЖАЩИХ СОЕДИНЕНИИ

Большинство методов, разработанных для изучения

процессов обмена, пригодно также для исследования

обмена серусодержащих соединений. Ряд важных откры-

тий в этой области связан с изучением пищевых потреб-

ностей различных организмов. Впервые исследования

такого рода были проведены Осборном и Менделем [39],

Введение

которые пытались стимулировать рост крыс цистином

пищи. Позднее в работах других исследователей, заме-

нявших дистин другими родственными серусодержащи-

ми соединениями, было установлено, что необходимой

составной частью рациона является скорее всего не ци-

стин, а метионин.

В опытах по изучению пищевых потребностей, про-

водившихся главным образом на крысах, животные по-

лучали основные рационы, недостаточные в отношении

серусодержащих аминокислот. Для таких рационов мо-

жно использовать некоторые белки, например казеин,

содержащий лишь небольшие количества цистина, или

арахин, в котором недостаточно содержание метионина.

Можно также использовать белки, подвергнутые пред-

варительно такой химической обработке, при которой

серусодержащие аминокислоты становятся недоступны-

ми для использования животными; например, при обра-

ботке казеина перекисью водорода содержащийся в нем

метионин окисляется до сульфона. Кроме того, белок в

рационе можно заменить смесью аминокислот, из кото-

рой исключены метионин и цистин. Животные, содержа-

щиеся на таком рационе, перестают расти, и у них раз-

виваются различные симптомы недостаточности этих

аминокислот. При добавлении к пище метионина и ци-

стина или одного метионина рост животных восстана-

вливается. Наблюдение за ростом животных позволило,

кроме того, изучить соединения, конкурирующие с нор-

мальными серусодержащими метаболитами, а также те

соединения, которые связывают серусодержащие соеди-

нения и тем самым мешают животным использовать их.

К соединениям первого типа относятся этионин и окси-

тиамин, которые вызывают торможение роста в резуль-

тате метаболического антагонизма с метионином и ти-

амином соответственно. Бромбензол служит примером

соединений второго типа, так как он выделяется в соеди-

нении с цистеином, что приводит к недостаточности

серусодержащих аминокислот в организме.

В результате исследований по действию серусодер-

жащих соединений на рост микроорганизмов были раз-

виты крайне важные микробиологические методы опре-

деления метионина, цистеина, биотина и тиамина. Были

2 Зак. 2552.

Глава //

также поставлены опыты по замещению серусодержа-

щих соединений в нормальных питательных средах пред-

полагаемыми промежуточными продуктами их обмена;

таким способом было, например, установлено, что для

тех бактерий, которые восстанавливают сульфат, послед-

ний может быть заменен сульфитом [40]. В исследованиях

такого рода используют также искусственно получен-

ных мутантов, которые не способны осуществлять опре-

деленные процессы обмена и поэтому нуждаются в соот-

ветствующих метаболитах (см. гл. IX).

Неорганический сульфат является главным конечным

продуктом обмена серы у животных, и содержание его

в моче многократно подвергалось количественному опре-

делению. В результате работ Баумана [41—43] было уста-

новлено, что серная кислота выделяется как в виде сво-

бодных сульфатов, так и в сочетании с различными ор-

ганическими соединениями. Однако сера находится в

моче не только в этих двух формах. В настоящее время

принято считать, что в моче имеется три фракции

серы — неорганический сульфат, эфиры серной кислоты

и нейтральная сера. Для установления количественного

содержания этих фракций в моче необходимо опреде-

лить 1) общее содержание серы, 2) общее содержание

сульфата (т. е. содержание как неорганического суль-

фата, так и сульфата, освобождающегося при кислотном

гидролизе) и 3) содержание неорганического сульфата.

Тогда нейтральная сера будет определяться по разности

между общей серой и серой всего сульфата, а сера эфи-

ров серной кислоты — по разности между серой всего

сульфата и серой неорганического сульфата.

В отношении идентификации соединений, образую-

щих в моче фракцию нейтральной серы, существует еще

некоторая неопределенность. Обычно считают, что в этой

фракции присутствуют серусодержащие аминокислоты,

тиолы, таурин, тиоцианат и тиосульфат. Во фракцию

эфиров сульфата входит сульфат, выделяемый в связан-

ной форме с некоторыми оксисоединениями, например

стероидами и фенолами, в том числе с тирозином. Не-

органический сульфат составляет главную фракцию серы

в нормальной моче. Поскольку в нормальном рационе

обычно содержатся незначительные количества неорга'

Введение 19

нической серы, большая часть неорганического сульфата

мочи образуется за счет окисления серусодержащих

аминокислот.

В большей части ранних работ, посвященных обмену

серусодержащих соединений, определяли количество се-

ры, выделяемое с мочой при различных условиях, и ее

распределение между тремя указанными выше фракци-

ями. Таким путем удавалось получить некоторые данные,

позволяющие судить, окисляются ли органические и не-

органические соединения серы до сульфата или выде-

ляются в неизмененном виде. Однако в ряде таких ис-

следований уделялось недостаточно внимания отдельным

экспериментальным деталям, имеющим немаловажное

значение. В таких опытах не всегда точно контролиро-

вали количество пищи, потребляемой подопытными жи-

вотными, а также содержание в ней серы и не всегда

учитывали, что вещества, введенные per os, перед всасы-

ванием могут подвергаться влиянию микроорганизмов

кишечника. Более того, обычно считали, что любой опре-

деляемый в моче избыток серы образуется исключитель-

но за счет введенных серусодержащих соединений, —

предположение, которое далеко не всегда оправдывается.

В настоящее время благодаря использованию соедине-

ний, меченных S

, появилась возможность выяснить не-

которые из этих вопросов.

Таурин, представляющий собой один из конечных

продуктов обмена серы, выделяется с желчью в соеди-

нении с желчными кислотами. Это обстоятельство было

использовано для изучения образования таурина. В опы-

тах на собаках с желчной фистулой Бергман [44] нашел,

что содержание таурохолевой кислоты в желчи повы-

шается после введения холата натрия. Однако было от-

мечено, что при продолжительном введении холата на-

трия запасы таурина в организме истощаются до такой

степени, что образование таурохолевой кислоты начи-

нает снижаться и выделение ее с желчью почти совер-

шенно прекращается. При введении животным цистина

выделение таурохолевой кислоты восстанавливалось до

исходного уровня, на основании чего можно предпола-

гать, что цистин служит предшественником таурина.

Этот метод исследования был впоследствии усовершен-

Глава //

ствован и широко использован Вертью и Достер-

Вертью [45].

Многие процессы обмена серы изучали в тканевых

срезах, кашицах и суспензиях, причем удалось разде-

лить и исследовать ряд ферментов, принимающих уча-

стие в этих процессах. В некоторых случаях использо-

вали перфузируемые органы. Реакции, осуществляемые

в различных тканях и отдельными ферментами, исследо-

вали путем химического определения продуктов реакции

или при помощи манометрических методов. В опытах по

окислению цистина и метионина до сульфата Пирл [46]

впервые успешно использовал срезы тканей для изуче-

ния обмена серусодержащих соединений. Он отделял не-

органический сульфат в виде нерастворимой бензидино-

вой соли и по колориметрической реакции определял

бензидин в осадке. В более поздних опытах по изучению

окисления тканями других серусодержащих соединений

применяли по существу тот же метод [47, 48]. Измере-

ние потребления кислорода тканями в присутствии серу-

содержащих субстратов [47, 49] не всегда приводило к

убедительным результатам, так как не всегда удавалось

точно установить структуру образующихся продуктов.

Так, например, сульфатазные [50], трансметилазные [51]

и пенициллиназные [52] реакции, ведущие к образова-

нию кислот, проводили в среде, содержащей бикарбонат,

и количество выделяющейся СОг измеряли манометри-

чески. Другие ферментативные реакции исследовали пу-

тем определения образующихся продуктов, например

сероводорода, выделяющегося из цистеина при действии

десульфгидраз, или фенолов, освобождающихся из арил-

серных кислот под действием арилсульфатаз.

В исследованиях с мечеными соединениями широкое

применение нашел лишь один изотоп серы — S

(период

полураспада 87,1 дня). Испускаемые им р-частицы, по-

добно р-частицам С

, обладают низкой энергией

(0,167 Мэв), в связи с чем для точного измерения S

в биологическом материале [53—55] обычно приходится

отделять радиоактивную серу в виде твердого соедине-

ния. С этой целью серу обычно окисляют в серную кисло-

ту и последнюю выделяют в виде нерастворимой соли,

радиоактивность которой измеряют соответствующими

Введение

методами, например при помощи счетчика Гейгера —

Мюллера с тонким окошком. Окисление серы осуще-

ствляют самыми различными путями [53, 54, 56—59];

для осаждения серной кислоты применяют один из двух

методов — превращение ее в бариевую или бензидино-

вую соль. Преимущество первого метода состоит в том,

что для количественного осаждения сульфата бария тре-

буются более простые условия, чем для осаждения бен-

зидиновой соли. Вместе с тем физические свойства осад-

ка сульфата бария таковы, что собирать его и измерять

содержание S

в нем менее удобно, чем в бензидинсуль-

фате. Важно помнить, что осаждение бензидинсульфата

необходимо проводить при рНЗ [60], и в тех случаях,

когда помимо радиоактивного сульфата присутствуют

другие меченные S

соединения, необходимо иметь га-

рантию, что они также не осаждаются бензидином [61].

Для введения S

в различные биологически важные

соединения разработан ряд методов, описание которых

можно найти в обзоре Тарвера [62]. В некоторых слу-

чаях наиболее пригодными для этой цели оказались

биосинтетические методы. Так, например, S

-L-HHCTHH и

-L-MeTHOHHH были получены при гидролизе белков

дрожжей, росших на среде, содержащей 5

-сульфат на-

трия [63]. Пенициллин, меченный S

, также был получен

биологическими методами [64, 65]. Меченную S

меркап-

туровую кислоту можно выделить из мочи после введе-

ния животным 5

-цистина и соответствующего арома-

тического соединения, например бромбензола [66]; полу-

ченные таким образом радиоактивные меркаптуровые

кислоты были затем использованы для исследований по

обмену [67]. С развитием радиоавтографических методов

появилась возможность изучать распределение S

в сре-

зах тканей и других биологических материалах [68—70].

В изучении обмена серы, как и во многих других об-

ластях, крайне ценными оказались ионообменные мето-

ды и методы хроматографии на бумаге. Существует ряд

способов разделения серусодержащих аминокислот по-

средством хроматографии на бумаге [71, 72]. Этот метод

используют также для разделения меченных S

соеди-

нений, причем активность на отдельных участках хрома-

тограмм измеряют при помощи различных счетных

Глава //

устройств [73—75], а для определения локализации изо-

топа применяют метод радиоавтографии [69, 76].

Этот далеко не исчерпывающий обзор позволяет со-

ставить представление о разнообразии методов, приме-

няемых для изучения обмена серусодержащих соеди-

нений.

ЛИТЕРАТУРА

1. Bunker Н. J., A Review of the Physiology and Biochemistry

of the Sulphur Bacteria, London, H. M. S. 0. (1936).

2. В a г г о n E. S. G., Advanc. Enzymol., 11, 201 (1951).

3. Du Vigneaud V., Harvey Lect., 38, 39 (1942—1943).

4. Wright L. D., Cresson E. L., Skeggs H. R., Wood T. R.,

Peck R L., Wolf D. E., Folkers K-, J. Amer. chem.

Soc., 74, 1996 (1952).

5. Lardy H. A., Peanasky R., Physiol. Rev., 33, 560 (1953).

6. Reed L. J., Physiol. Rev., 33, 544 (1953).

7. Larson B. L., Salisbury G. W., J. biol. Chem., 201, 601

(1953).

8. Challenger F., Greenwood D., Biochem. J., 44, 87 (1949).

9. J a n s e n E. F., J. biol. Chem., 176, 657 (1948).

10. Birkinsha w J. H., Findiay W. P. K., Webb R. A., Bio-

chem. J., 36, 526 (1942).

11. Melville D. B , Eich S., Ludwig M. L., Fed. Proc., 15,

314 (1956).

12. Thompson J. F., Morris C. J., Zacharius R. M„ Nature,

Lond., 178, 593 (1956).

13. Van Veen A. G., Hyman A. J., Rec. Trav. chim. Pays—Bas,

54, 493 (1935).

14. Alderton G., J. Amer. chem. Soc., 75, 2391 (1953).

15. Newton G. G. F., Abraham E. P., Berridge N. J., Na-

ture, Lond., 171, 606 (1953).

16. Westail R. G., Biochem. J., 55, 244 (1953).

17. Horowitz N. H„ J. biol. Chem., 171, 255 (1947).

18. S u z u k i U., O d a k e S., M о r i Т., Biochem., Z., 154, 288 (1924).

19. Haas P., Biochem. J., 29, 1297 (1935).

20. Akabori S., Kaneko T., Proc. imp. Acad. Japan, 12, 131

(1936).

21. H a a g e n - S m i t A. J., Kirchner J. G., Deasy C. L..

Prater A. N., J. Amer. chem. Soc., 67, 1651 (1945).