Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Литература

22. С h а 11 е n g е г F., Simpson М. I., J. chem. Soc., р. 1591

(1948).

23. M с R о г i е R. A., Sutherland G. L., Lewis М. S., Bar-

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

Soc., 76, 115 (1954).

24. Challenger F., Hayward В. J., Chem. and Ind., р. 729

(1954).

25. Stoll A., Seebeck E., Helv. chim. acta, 31, 189 (1948).

26. Synge R. L. M., Wood J. С., Biochem. J., 60, XV (1955).

27. Morris С. J., Thompson J. F., J. Amer. chem. Soc., 78, 1605

(1956).

28. Schmid H., Karrer P., Helv. chim. acta, 31, 1017, 1087,

1497 (1948).

29. Dent C. E., Science, 105, 335 (1947).

30. E 111 i n g e r M. G., Lundeen A. J., J. Amer. chem. Soc.,

78, 4172 (1956).

31. Kjaer A., Gmelin R., Jensen R. B., Acta chem. scand., 10

26 (1956).

32. Koechlin B. A., Proc. nat. Acad. Sci., Wash., 40, 60 (1954).

33. BersinT., Advanc. Enzymol., 10, 223 (1950).

34. Bergeret B., Chatagner F., Biochim. biophys. Acta, 14,

297 (1954).

35. Bettelheim F. R., J. Amer. chem. Soc., 76, 2838 (1954).

36. Woolley D. W., Peterson W. H., J. biol. Chem., 122, 213

(1937—1938).

37. Binkiey S. B., Annu. Rev. Biochem., 24, 597 (1955).

38. Umezawa H., Oikawa K, Okami Y., Maeda K., J. Bact.,

66, 118 (1953).

39. Osborne Т. B., Mendel L. B., J. biol. Chem., 20, 351 (1915).

40. Postgate J. R., J. gen. Microbiol., 5, 725 (1951).

41. Baumann E., Pfiug. Arch. ges. Physiol., 12, 63, 69 (1876).

42. Baumann E., Pflug. Arch. ges. Physiol., 13, 285 (1876).

43. Baumann E., Hoppe—Seyl. Z., 2, 335 (1878—1879).

44. V о n Bergmann G., Beitr. chem. Physiol. Path, 4, 192

(1904).

45. Virtue R. W., Doster-Virtue M. E., J. biol. Chem., 119,

697 (1937).

46. P i r i e N. W., Biochem. J., 28, 305 (1934).

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

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

Глава //

49. Bernheim F., Bernheim М. L. С., J. biol. Chem., 127,

695 (1939).

50. Lowenstein J. M., Young L., Biochem. J., 52, XXV (1952).

51. M a w Q. A., Biochem. J., 60, XXXii (1955).

52. Henry R. J., Housewright R. D., J. biol. Chem., 167, 559

(1947).

53. Henriques F. C., jun., Kistiakowsky G. B., Marg-

netti C., Schneider W. G., Industr. Engng Chem.

(Anal.), 18, 349 (1946).

54. Young L., Edson M., MeCarter J. A., Biochem. J., 44,

179 (1949).

55. Eldjarn L., Nygaard O., Scand. J. clin. Lab. Invest., 6, 160

(1954).

56. Tarver H., Schmidt C. L. A., J. biol. Chem., 130, 67 (1939).

57. Seligman A. M., Fine J., J. clin. Invest., 22, 265 (1943).

58. D z i e w i a t ко wski D. D., J. biol. Chem., 161, 723 (1945).

59. В о u r s n e 11 J. C., Francis G. E., Wormall A., Biochem.

J., 40, 743 (1946).

60. Owen E. C., Biochem. J„ 30, 352 (1936).

61. Hawkins J. B., Young L., Biochem. J., 56, 166 (1954).

62. Tarver H., Advanc. biol. med. Phys., 2, 281 (1951).

63. Williams R. B., Dawson R. M. C., Biochem. J., 52, 314

(1952).

64. Howell S. F., Thayer J. -D., Labaw L. W., Science, 107,

299 (1948),

65. Rowley D., Miller J., Rowlands S., Lester-Smith

E., Nature, Lond., 161, 1009 (1948).

66. Gutmann H. R., Wood J. L., Cancer Res., 10, 8 (1950).

67. Marsden C. M., Young L., Unpublished work.

68. Howard A., Pelc S. R., Nature, Lond., 167, 599 (1951).

69. D z i e w i a t к о w s к i D. D., Trans. Fourth Conference, Josiah

Macy Jr. Foundation, p. 74, Oklahoma City. TheFoundation (1952).

70. Davies D. V., Young L., J. Anat. Lond., 88, 174 (1954).

71. Toennies G., Kolb J. J., Analyt. Chem., 23, 823 (1951).

72. Pasieka A. E., Morgan J. F., Biochim. biophys. Acta, 18,

236 (1955).

73. L о w e n s t e i n J. M., Ph., D. Thesis, University of London

(1953).

74. E d w a r d s L. J., Biochem. J., 57, 542 (1954).

75. Corner E. D. S., Young L., Biochem. J., 61, 132 (1955).

76. Awapara J., Wingo W. J., J. Biol. Chem., 203, 189 (1953).

Глава II

ТИОЛЫ И ДИСУЛЬФИДЫ

ЦИСТЕИН И цистин

Первой аминокислотой, обнаруженной в природе, был

цистин. Хотя он был выделен Уолластоном [1] из моче-

вых камней еще в 1810 г., прошло почти 100 лет, пока

Фридману [2, 3] удалось установить его структуру. На-

личие цистина в белках установил Мёрнер [4]. Метионин

не был известен до 1922 г., и только после его открытия

стало выясняться истинное значение цистина и цистеина

в питании и их место в обмене серусодержащих соеди-

нений.

Обычно считают, что в живом организме происходит

взаимопревращение цистеина в цистин и что в качестве

питательных веществ они способны замещать друг дру-

га. У высших животных потребность в этих аминокисло-

тах зависит от потребления метионина, так как послед-

ний поддерживает рост молодых крыс и при отсутствии

цистина в рационе [7, 8], тогда как цистин не может под-

держивать рост в отсутствие метионина. Эти данные, как

и ряд других, показывают, что у высших животных сера

метионина может превращаться в серу цистеина и ци-

стина, но обратный процесс не происходит [см. гл. III].

Вместе с тем известно, что некоторые микроорганизмы

способны использовать серу цистина для синтеза метио-

нина [см. гл. IX].

Цистеин и цистин входят в состав белков и, следо-

вательно, ферментов и некоторых гормонов. Активность

ряда ферментов зависит от целостности сульфгидриль-

ных групп в остатках цистеина, входящих в состав фер-

мента, и тормозящее действие некоторых веществ, на-

пример йодуксусной кислоты и соединений мышьяка,

обусловлено их способностью связывать сульфгидриль-

26 Глава //

ные группы'ферментов. У других биологически важных

веществ, например инсулина, тромбина и окситоцина, на-

блюдается обратная картина: они обладают нормальной

активностью лишь в том случае, если дисульфидные связи

внутри их молекулы не повреждены. Образование ди-

сульфидных связей между остатками цистеина в отдель-

ных полипептидных цепях имеет существенное значение

для поддержания определенной конфигурации в молеку-

лах некоторых белков. В особенности это относится к

фибриллярным белкам, например к кератинам, содержа-

щим свыше 12% цистина. Кроме включения в белки,

цистеин и цистин участвуют во многих других реакциях

обмена, которые мы подробно рассмотрим ниже.

Белки

Глутатмон

Кофермент А

Цистеин

Цистин

Цистеинопля

кислота

Меркаптуровыс

кислоты

Сероводород

' Цистеинсульфиновая

кислота

Производные

тиазолидина

Установлено, что различные организмы используют

цистеин в синтезе глутатиона — трипептида, играющего

большую роль в поддержании на определенном уровне

восстановительных процессов, протекающих в клеточных

системах; кроме того, цистеин имеет и ряд других функ-

ций. Так, например, он используется для синтеза кофер-

мента А, причем у высших животных он, по-видимому,

не может быть замещен в этом процессе никакими дру-

гими соединениями. Кофермент А играет роль ключе-

вого соединения в межуточном обмене, и его активность

Тиолы и дисульфиды

обусловлена способностью его сульфгидрильных групп

реагировать с ацилсоединениями с образованием тиоло-

вых эфиров. Кроме того, цистеин участвует в процессах

обмена, связанных с образованием меркаптуровых кис-

лот, т. е. S-замещенных производных N-ацетилцистеина.

Цистеин подвергается в организме десульфированию,

что ведет к образованию сероводорода и других продук-

тов, в том числе пировиноградной кислоты и аммиака

[9, 10]. В настоящее время считают, что цистеинсульфи-

новая кислота является важным промежуточным продук-

том в окислительном превращении цистеина. In vivo ци-

стеинсульфиновая кислота превращается в р-аминоэтан-

сульфиновую [11] и цистеиновую кислоты [12], которые

служат предшественниками таурина. Главным конечным

продуктом окисления цистеина является сульфат. Полу-

чены данные, показывающие, что цистеинсульфиновая

кислота превращается в аланин и сульфит [13] и что по-

следний окисляется в сульфат. Образование сульфата

представляет собой один из важных процессов обмена

серы, так как он необходим для образования сульфо-

мукополисахаридов и соединений эфиров серной кисло-

ты с фенольными соединениями и стероидами.

В результате реакции цистина с цианидом наряду

с другими продуктами образуется 2-иминотиазолидин-4-

карбоновая кислота [14]. Как было установлено, она со-

держится в моче крыс после подкожного введения им

цианида натрия [15], что позволяет объяснить защитное

действие цистеина против отравления животных циани-

дом [16]. Как было установлено недавно, в митохондриях

может происходить конденсация цистеина с формальде-

гидом с образованием тиазолидин-4-карбоновой кислоты,

при последующем окислении которой образуется N-фор-

милцистеин. Интересной особенностью этих реакций яв-

ляется перемещение углерода формальдегида от серы

к аминогруппе цистеина [17].

Взаимопревращения цистеина и цистина

Быстрое взаимопревращение цистеина и цистина, ко-

торое можно осуществить чисто химическим путем, про-

исходит, вероятно, аналогичным образом в живых

Глава //

системах. Несмотря на важность взаимоотношений ме-

жду тиоловыми и дисульфидными группами в биохимиче-

ских процессах, ферменты, осуществляющие взаимопре-

вращения цистеина и цистина, изучены еще очень мало.

Не вызывает сомнений, что in vivo происходит окисле-

ние цистеина (micSH) в цистин (цисБ—Бцис).

2 Цис SH + V

—> Цис S-S цис + H

Эта реакция ускоряется в присутствии следовых коли-

честв ионов металлов, например Fe

+++

, Cu

и Мп

. Как

показал Кейлин [18], этот процесс можно также уско-

рить одновременным добавлением цитохрома с и цито-

хромоксидазы, но не каждого из этих соединений в от-

дельности. Действие этой системы нарушается такими

соединениями, как цианид, который является ингибито-

ром цитохромоксидазы. Медее [19] показал, что окисле-

ние цистеина в цистин может происходить в срезах и

суспензиях ткани печени крысы. Цистеин может реаги-

ровать с элементарной серой, образуя цистин и серо-

водород. Как показали наблюдения Майстера и сотруд-

ников [20], эта реакция имеет, по-видимому, определен-

ное значение в обмене цистеина.

Получены достаточно убедительные данные [21], сви-

детельствующие о том, что ферментативное восстановле-

ние цистина в цистеин происходит у некоторых видов

дрожжей (см. гл. IX); общепризнано также, что такое

восстановление протекает и у высших животных. Под-

тверждением этому служат некоторые данные, получен-

ные Льюисом, Апдеграффом и Мак-Гинти [22], которые

показали, что при введении кроликам фенилураминци-

стина или дибензоилцистина per os или путем инъекции

около половины введенных соединений выделяется с мо-

чой в виде производных цистеина. В опытах по обмену

серы в срезах тканей Пири [23] нашел, что при отсут-

ствии положительной нитропруссидной реакции прекра-

щается образование сульфата из цистина. На этом осно-

вании Пири высказал предположение, что окисление

цистина в сульфат, которое он наблюдал в указанных

выше опытах, происходит только после восстановления

Тиолы и дисульфиды

цистина в цистеин. Он полагал также, что образование

цистеина происходит в результате гидролитической

дисмутации цистина:

Цис S-S цис + H

O —» Цис SH + Цис SOH.

Химические опыты, проведенные другими исследовате-

лями [25—27], подтвердили возможность такой реакции.

Десульфирование цистеина и цистина

Tapp [28, 29], получив активные бесклеточные препа-

раты из Proteus vulgaris, впервые показал ферментатив-

ную природу процесса освобождения сероводорода из

цистеина и цистина у микроорганизмов. Наличие в тка-

нях млекопитающих системы, участвующей в образовании

:ероводорода из цистеина, было обнаружено Фромажо

1 сотрудниками [9] и Смитом [10]. Фермент, участвую-

ций в этой реакции, был охарактеризован Фрома-

ко [9] как десульфураза, а Смитом [30] — как десульф-

-идраза. По-видимому, эта ферментная система рас-

[ространена у высших животных довольно широко. Она

юкализована главным образом в печени, но в меньших

оличествах присутствует также в почках и поджелудоч-

ой железе [31]. По мнению Фромажо и сотрудников [9],

аблюдаемая ими суммарная реакция протекает следую-

щм путем:

3 Цис SH -—• Цис S-S цис + H

S + CH

CH (NH

)

•

мит [10], однако, получил результаты, указывающие на

зличие следующей реакции:

Цис SH + H

O —CH

•

СО

•

H + H

S + NH

На основании этого можно предположить, что де-

льфгидратирующий фермент катализирует превраще-

е цистеина с образованием сероводорода и а-амино-

риловой кислоты, последняя превращается в аммиак

Глава //

и пировиноградную кислоту с образованием иминокис-

лоты в качестве промежуточного продукта:

•

—•

Il I

C-NH

—> C=NH

I I

H CO

C-NH

+ H

-» СО + NH

Согласно этой схеме, освобождение сероводорода пред-

ставляет собой первую стадию превращения цистеина.

Возможно, однако, что процесс протекает не так. По-

скольку были получены данные, показывающие, что до-

бавление арсената нарушает образование сероводорода,

но не влияет на образование аммиака [32], можно до-

пустить, что сначала удаляется аммиак с образованием

p-меркаптопировиноградной кислоты, которая затем пре-

вращается в пировиноградную кислоту и сероводород [10].

Хотя у высших животных окислительное дезаминирова-

ние цистеина протекает медленно, известно, что между

цистеином и а-кетоглутаровой кислотой может происхо-

дить процесс переаминирования [33]. Вполне вероятно,

что в результате реакции переаминирования образуются

(З-меркаптопировиноградная и глутаминовая кислоты

причем последняя может освобождать аммиак в про-

цессе окислительного дезаминирования.

H CO

I I

-SH CH

I I I-I

CH-NH

+CH

—* СО + CH

Illl

H СО CO

H CH • NH

I I

H CO

Тиолы и дисульфиды

+ V

—> CH

+ NH

ChbNH

СО

Об участии реакции переаминирования в процессе де-

сульфирования цистеина в печени свидетельствует тот

факт, что пиридоксальфосфат действует как кофермент

в этом процессе. Было найдено, что в препаратах из пе-

чени крыс с недостаточностью витамина B

образование

сероводорода из цистеина происходит менее интенсивно,

чем в препаратах, полученных от нормальных живот-

ных [34]. Десульфирующая активность очищенных фер-

ментных препаратов полностью нарушалась также при

диализе и восстанавливалась при добавлении пирид-

оксальфосфата и неорганического фосфата [32]. Пирид-

оксальфосфат, по-видимому, не влияет на процесс де-

сульфирования p-меркаптопировиноградной кислоты [20],

и, следовательно, его действие связано с переаминиро-

ванием в первой фазе превращения цистеина.

Новые представления о процессе распада цистеина

возникли в связи с исследованиями Майстера и сотруд-

ников [20], которые показали, что при инкубировании

p-меркаптопировиноградной кислоты и глутамина с пре-

паратами глутаминазы печени образуется скорее аланин,

чем цистеин или цистин. Поскольку в этой системе цисте-

ин и цистин не превращались в аланин, создавалось впе-

чатление, что p-меркаптопировиноградная кислота пре-

вращается в пировиноградную кислоту, которая затем

путем переаминирования образует аланин. Образование

пировиноградной кислоты действительно наблюдалось

при инкубировании p-меркаптопировиноградной кислоты

с препаратами из тканей крысы и из различных микро-

организмов. В широко поставленных опытах с препара-

тами печени было обнаружено, что в этой реак-

ции наряду с пировиноградной кислотой накапливается

Глава I/

элементарная сера в стехиометрически эквивалентных

количествах. Если реакция протекает в присутствии соот-

ветствующего восстановителя, например |3-меркаптоэта-

нола, то наблюдается образование пировиноградной

кислоты и сероводорода в стехиометрически эквивалент-

ных количествах. Ферментные препараты, используемые

в этих опытах, не оказывали действия на цистеин и ци-

стин, но это могло объясняться отсутствием в них фер-

ментов, катализирующих превращение цистеина в р-мер-

каптопировиноградную кислоту [35].

На основании всех приведенных выше данных можно

представить себе следующий ход процесса десульфиро-

вания цистеина у высших животных:

(1) Цистеин -f- а-Кетоглутаровая кислота —>

—> {З-Меркаптопировиноградная кислота -f- Глутаминовая кислота;

(2) p-Меркаптопировиноградная кислота —>

—> Сера + Пировиноградная кислота;

(3) Сера -f- Донатор водорода —>

•—Сероводород + Окисленный донатор.

Эта схема позволяет понять, каким образом в различ-

ных десульфирующих препаратах могут образовываться

разнообразные продукты, о которых сообщалось выше.

В реакции (1) необходимо присутствие пиридоксальфос-

фата. В присутствии соответствующей системы дезами-

нирования глутаминовой кислоты должно происходить

образование аммиака. Пировиноградная кислота, обра-

зующаяся в реакции (2), может в процессе переами-

нирования превращаться в аланин. Если в реакции (3)

цистеин действует как восстановитель, то должен на-

копляться цистин, что и наблюдали Фромажо и сотруд-

ники [36].

Таким образом, создается впечатление, что суще-

ствуют два механизма десульфирования цистеина: при

одном из них происходит прямое образование сероводо-

рода, при другом сначала образуется элементарная сера.

Взаимоотношения между этими двумя механизмами еще

не ясны и должны быть изучены более подробно.