Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Тиолы и дисульфиды

Были получены также данные о наличии десульфи-

рующих систем, действующих не на цистеин, а на дру-

гие субстраты. Фромажо и Денюэль [37] показали, что

в тканях животных существует отличная от цистеинде-

сульфгидразы система, при действии которой на гомо-

цистеин освобождается сероводород. Другая ферментная

система — экзоцистиндесульфгидраза, — осуществляю-

щая образование сероводорода в процессе распада пеп-

тидов и других производных цистина, обнаружена в пе-

чени крыс Гринстайном и Лейтгардтом [38].

Окисление цистеина и цистина в сульфат

Как показано рядом авторов, из цистеина, цистина

[39, 40] и метионина [41, 42] в организме высших живот-

ных образуется сульфат. Окисление этих аминокислот в

сульфат препаратами тканей было обнаружено лишь в

1934 г. в опытах Пири [23], проведенных на срезах пече-

ни и почек крысы. На основании полученных данных

Пири предложил схему окисления цистеина и цистина,

которую можно представить следующим образом:

I ~ Г

UHCS-SUHC —> 2 UHCSH —> 2 UHCSOH —> UHCSH +

+ UhcSO

H —»- H

—>- H

Важная особенность этой схемы состоит в том, что

з ней предполагается участие цистеинсульфиновой кис-

юты (в качестве промежуточного продукта) в окисле-

ши цистеина. Как будет показано ниже, дальнейшие ис-

следования подтвердили это предположение.

Первой ступенью в процессе окисления цистеина

читают образование цистеинсульфеновой кислоты

цис SOH) [23, 24, 43].

UhcSH —>• UHCSOH;

редполагают, что эта кислота образуется также путем

адролитического распада цистина [23, 44]

Цис S-S

ЦИС

+ H

O —> Цис SH + Цис SOH.

3 Зак. 2552.

Глава I/

Цистеинсульфеновая кислота нестабильна и при физио-

логических условиях должна, по-видимому, распадаться

на цистеин и цистеинсульфиновую кислоту [23—45]

2 Цис SOH —> Цис SH + Цис SO

Роль цистеинсульфиновой кислоты как промежуточного

продукта в окислении цистеина подтверждается тем, что

она быстро окисляется различными препаратами тканей

[13, 19, 43]. Далее было показано окисление цистеин-

сульфиновой кислоты в сульфат в организме здоро-

вых людей [40] и у животных [46]. Наличие этой кислоты

в организме животных было установлено в 1954 г.,

когда Бержере и Шатанье [47] обнаружили ее в мозге

крысы.

В последние годы предположение Пири [23] о превра-

щении цистеинсульфиновой кислоты в сульфит и даль-

нейшем окислении его в сульфат неоднократно подтвер-

ждалось различными исследователями. В настоящее

время считают, что эти процессы представляют собой

главный путь образования сульфата в организме [48].

Твердо установлено также окисление сульфита в сульфат

in vivo [49], но только недавно было показано [50], что

этот процесс является ферментативным (см. гл. VIII).

Данные о превращении цистеинсульфиновой кислоты

в сульфит были получены Фромажо, Шатанье и Берже-

ре [13] путем инкубирования сульфиновой кислоты с пре-

паратами печени в анаэробных условиях. Ферментная

система, ответственная за образование сульфита, была

названа этими авторами «десульфиниказа». Они нашли

также, что в этом процессе одновременно образуется

аланин. Оказалось, что очищенные препараты указанной

ферментной системы нуждаются в диализуемом факторе

который был идентифицирован как а-кетоглутарова5

кислота [51], что свидетельствует об участии трансаминаз

ной реакции в этом процессе. На основании полученны:

данных превращения цистеинсульфиновой кислоты мо

жно представить себе в виде серии реакций, изображен

ных ниже; наличие их в организме крысы было подтвер

Тиолы и дисульфиды

ждено экспериментально [52].

• SO

H CH

I I

CH-NH

+ CH

—±

I ^ I ^

со

• SO

со -

со

H CH

+ CH

•

+ со

CH-NH

а-Кетоглу таровая

кислота

+ CH-NH

Аланин •

Глутаминовая

кислота

Пировиноградная

кислота

Цистеинсульфинов

кислота

(З-Сул ьфинил пиро-

винограднзя

кислота

Дальнейшие данные об обмене цистеинсульфиновой

кислоты были получены Сингером и Кирни [53]. Исполь-

зуя ацетонированные препараты митохондрий из тканей

кивотных, эти авторы показали, что окисление цистеин-

Глава I/

сульфиновой кислоты начинается путем переамини-

рования ее с а-кетоглутаровой кислотой или с щавелево-

уксусной кислотой согласно уравнениям:

Цистеинсульфиновая кислота + а-Кетоглутаровая кислота +

+ '/2 O

+ H

O —> Пировиноградная кислота +

+ Глутаминовая кислота + SO" + H

Цистеинсульфиновая кислота + Щавелевоуксусная кислота +

+ '/г O

+ H

O —>- Пировиноградная кислота +

+ Аспарагиновая кислота + SO" + H

Сингер и Кирни показали также, что окисление цистеин-

сульфиновой кислоты этими препаратами может проис-

ходить в присутствии соответствующего красителя (в ка-

честве акцептора водорода) и что в этом процессе уча-

ствует дифосфопиридиннуклеотид (ДПН).

Цистеинсульфиновая кислота + ДПН

—•

——> p-Сульфинилпировиноградная кислота + NH

+ ДПН-Н;

p-Сульфинилпировиноградная кислота —

—Пировиноградная кислота + SO^"";

SOJ

-—> SO

""".

Известно, что p-сульфинилпировиноградная кислота

может подвергаться ферментативному окислению в

р-сульфонилпировиноГрадную кислоту, но, по-видимому,

это последнее соединение не образуется в качестве про-

межуточного продукта при превращении цистеинсульфи-

новой кислоты в сульфат.

Шапвиль и Фромажо [54] осуществили синтез S

-Uii-

стеинсульфиновой кислоты путем инкубирования в ана-

эробных условиях Бисульфита и пировиноградной и глу-

таминовой кислот с ацетонированным препаратом из по-

чек кролика. Есть основание предполагать, что первой

ступенью в этом процессе является образование р-суль-

финилпировиноградной кислоты из пировиноградной кис-

лоты й SO

. Поскольку р-сульфинилпировиноградную

кислоту можно считать р-сульфиниловым аналогом ща-

велевоуксусной кислоты, эта реакция подобна реакции

Вуда — Веркмана.

Тиолы и дисульфиды

Необходимо также упомянуть о том, что конечным

продуктом окисления цистина и цистеина может быть

тиосульфат. Вопрос о его появлении в небольших коли-

чествах в моче рассмотрели Фромажо и Poep [55]. Од-

нако до сих пор не выяснено, образуется ли тиосульфат

ферментативно из других неорганических соединений

серы или является нормальным промежуточным продук-

том в обмене органических серусодержащих соединений.

Превращение цистеина ицистина в таурин

Обмен таурина подробно рассмотрен в гл. V, поэтому

здесь дан лишь краткий обзор его превращений. Давно

известно, что в организме животного цистеин и цистин

превращаются в таурин. Показано, что у крысы внутри-

венное введение 5

-цистеина сопровождается появле-

нием S

-TaypiiHa в печени [56]. Изучение последователь

ности отдельных реакций в этом процессе привело к со-

зданию ряда гипотез, главные из которых выражаются

следующими уравнениями:

(1) Цистеин —>- Цистеинсульфиновая кислота —>

-—у Цистеиновая кислота —> Таурин;

(2) Цистеин —у Цистеиндисульфоксид —>

—>- Цистаминдисульфоксид —> Таурин;

(3) Цистеин —> Цистеинсульфиновая кислота —>

-—> (З-Аминоэтансульфиновая кислота —> Таурин.

Как будет указано в гл. V, большинство исследователей

считают, что таурин образуется согласно уравнению (3).

Процесс, приведенный в уравнении (1), рассматривается

как альтернативный, но в количественном отношении ме-

нее важный.

Таурин встречается в свободной форме у самых раз-

личных животных. Поскольку данных о его дальнейших

превращениях в организме нет (за исключением соеди-

нения его с желчными кислотами), считают, что он пред-

ставляет собой конечный продукт обмена серы.

Г лава III

Обмен азота цистеина и цистина

Немногочисленные данные относительно окислитель-

ного дезаминирования цистеина и цистина, имеющиеся в

литературе, дают основание полагать, что в организме

животных этот процесс протекает с небольшой интенсив-

ностью. Грин и сотрудники [57, 58] наблюдали, что окси-

даза L-аминокислот из почек крыс вызывает лишь мед-

ленное дезаминирование цистина; что же касается ци-

стеина, то действие указанного фермента на этот суб-

страт вообще сомнительно. В присутствии а-кетоглутаро-

вой кислоты цистеин, однако, служит субстратом для

действия трансаминаз сердечной мышцы и печени [59].

{З-Меркаптопировиноградная кислота — кетокислота, об-

разующаяся при этом процессе, — не обнаружена в жид-

костях организма, но, как уже упоминалось (см. стр. 31),

во многих тканях крысы содержится активная фермент-

ная система, превращающая (3-меркаптопировиноград-

ную кислоту в пировиноградную. В опытах Арнстайна и

Кроуэлла [60] по обмену С

-3-ОЬ-цистина и S

-DL-UH-

стина у крысы было обнаружено, что пировиноградная

кислота является важным промежуточным продуктом

обмена цистина. Но если цистеин и цистин превращают-

ся таким путем, они должны обладать глюкогенным дей-

ствием. Однако данные, касающиеся этого вопроса, про-

тиворечивы. Одни исследователи [61, 62] наблюдали глю-

когенное действие указанных соединений, другие [63,

64] — нет.

M е р к а п т у р о в ы е кислоты

Из меркаптуровых кислот первой была открыта

я-бромфенилмеркаптуровая кислота, или М-ацетил-S-

(л-бромфенил)-L-цистеин. В 1879 г. Бауман и Прейс

[65] выделили это соединение из мочи собак, которым

вводили бромбензол. Вскоре Яффе [66] сообщил о выде-

лении n-хлорфенилмеркаптуровой кислоты из мочи со-

бак после введения им хлорбензола. Эти исследователи

установили наличие в моче животных кислотнолабиль-

ных веществ, при распаде которых образуются меркап-

туровые кислоты. Они считали, что этими предшествен-

Тиолы и дисульфиды

никами меркаптуровых кислот являются производные

глюкуроновой кислоты. В 1895 г. Бауман и Шмитц [67]

описали выделение я-йодфенилмеркаптуровой кислоты

из мочи собак, которым давали йодбензол. п-Фторфенил-

меркаптуровую кислоту из мочи крыс, получавших фтор-

бензол, недавно выделили Янг и Збарский [68]. Меркап-

туровые кислоты, образующиеся из моногалогенбензо-

лов, имеют следующее строение:

NH -СО CH

хО-нЛ

(X=F, Cl, Br или I)

Получены также данные о присутствии меркаптуровых

кислот в моче животных, получавших некоторые ди- и

трихлорбензолы [69—71].

Меркаптуровые кислоты были выделены из мочи жи-

вотных, которым вводили незамещенные циклические

углеводороды. Первой из таких соединений была выде-

лена 1-нафтилмеркаптуровая кислота

NH-CO-CH

S-CH

-CH

I Il I CO

Это соединение было получено в 1934 г. Борном и Ян-

гом [72] из мочи кроликов, получавших нафталин. Впо-

следствии Бойленд и Леви [73] выделили 1-антранилмер-

каптуровую кислоту из мочи кроликов и крыс после вве-

дения последним антрацена, а Збарский и Янг [74] вы-

делили фенилмеркаптуровую кислоту из мочи крыс,

получавших бензол. На основании этих результатов были

высказаны предположения о том, что канцерогенные

углеводороды могут in vivo вызывать образование мер-

каптуровых кислот. Однако показать это не удалось, и

имеются химические данные, указывающие на нестабиль-

Г лава III

ность соединений цистеина с высшими полициклически-

ми углеводородами [75].

Как впервые показал Стекол, бензилхлорид [76] и

л-бромбензилбромид [77] вызывают образование меркап-

туровых кислот в организме животного. Этот тип реак-

ции представляет определенный интерес, так как обра-

зуется соединение, в котором галоген замещен:

NH СО CH

Cl —> CH

S • CH

•

Topn и сотрудники изучали у кролика обмен всех 19 сое-

динений серии хлормононитробензолов. Было найдено,

что меркаптуровые кислоты образуются из большинства

этих соединений путем замещения нитрогруппы или хло-

ра группой ацетилцистеина; в качестве примера можно

привести следующие реакции:

Cl Cl

\=/

Cl Cl Cl Cl

CI<^ ^S-CH

-CH

NH-СО CH

_N0

__N0

4ci-—Ss CH

Cl Cl Cl Cl

NH-CO-CH

Результаты этих исследований были суммированы и об-

суждены в работе Брея, Джеймса и Topna [78].

Из указанных соединений, вызывающих образование

меркаптуровых кислот в организме животных, одним из

наиболее интересных является этилметансульфонат —

цитотоксический алкилирующий агент. Роберте и Уор-

вик [79] показали, что после введения крысам этого

эфира в их моче содержится этилмеркаптуровая кисло-

та. Таким образом, эти авторы впервые продемонстри-

Тиолы и дисульфиды

ровали возможность образования меркаптуровой кисло-

ты из алифатического соединения:

NH-CO-CH

-SO

-O- C

—> C

-S-CH

-CH

Различные S-арилцистеины, например S-фенилцисте-

ин [80] и S-(л-бромфенил) -цистеин [81], подвергаются in

vivo ацилированию с образованием меркаптуровых кис-

лот, причем установлено, что эти реакции протекают в

печени и почках [82]. У крысы S-бензилцистеин [76],

S-бензилглутатион [83] и S-бензил-р-меркаптопировино-

градная кислота [84] выделяются из организма в

виде бензилмеркаптуровой кислоты, тогда как а-окси-

аналог последнего из указанных соединений выделяется

в неизмененном виде [85].

Наблюдения Баумана и Прейса, а также Яффе о вы-

делении кислотнолабильных предшественников меркап-

туровых кислот недавно были подтверждены и продол-

жены другими авторами [86, 87]. Найт и Янг [87] пред-

ложили называть эти соединения «промеркаптуровыми

кислотами». Эти авторы показали, что у крыс эти соеди-

нения образуются из бензола, нафталина, антрацена и

четырех моногалогенов бензола. Из мочи кроликов, по-

лучавших нафталин, Бойленд, Симе и Соломон [86] вы-

делили промеркаптуровую кислоту, образующую при

разложении ее кислотой L-нафтилмеркаптуровую кисло-

ту. Это вещество было идентифицировано предваритель-

но как Ы-ацетил-5-(2-окси-1, 2-дигидро-1-нафтил)-L-ци-

стеин

NH-CO-CH

H S-CH

-CH

\/ H

/?\/\/ CO

I I |

°"

По-видимому, не все меркаптуровые кислоты, выделен-

ные из мочи, образуются из промеркаптуровых кислот,

так как при исследовании обмена бензилхлорида не

Г лава III

было доказано образования промеркаптуровой кислоты

из этого соединения [87].

Шервин и сотрудники [88—90] высказали предполо-

жение о том, что меркаптуровые кислоты являются про-

межуточными продуктами в обмене, и в подтверждение

этого взгляда привели данные своих опытов, в которых

эти соединения при введении свинье и кролику в значи-

тельной степени окислялись до эфирного сульфата. Эти

данные не получили, однако, подтверждения в опытах

Кумбса и Геле [91] и Лоури [92], а также в более позд-

них исследованиях; последние показали, что после вве-

дения крысам меченных S

меркаптуровых кислот во

фракции эфирного сульфата мочи содержится менее

[93].

При повторном введении кроликам нафталина у них

развивается катаракта [94] и уменьшается содержание

цистеина в хрусталике глаза [95] и содержание глута-

тиона в тканях глаза [96]. Возможно, что повышенная

потребность в серусодержащих аминокислотах, связан-

ная с обменом нафталина, действительно служит факто-

ром, содействующим развитию катаракты [97], но одним

этим нельзя объяснить роль нафталина в вышеуказан-

ном процессе, поскольку некоторые соединения, из кото-

рых у кролика образуются промеркаптуровые и меркап-

туровые кислоты, не приводят к возникновению ката-

ракты.

При введении бромбензола [97] или нафталина [98]

молодым крысам, в рационе которых количество серу-

содержащих аминокислот было достаточным для поддер-

жания нормального роста, рост животных задерживался.

Добавление к такому рациону соответствующих коли-

честв цистина илиметионина приводило к возобновлению

роста. Эти данные можно объяснить недостаточностью

серусодержащих аминокислот в организме, возникающей

при соединении бромбензола или нафталина с цистеи-

ном. Вместе с тем задержка роста животных наблюда-

лась и при введении животным некоторых полицикличе-

ских углеводородов, например пирена, метилхолантрена

и 3,4-бензпирена [99], тогда как никаких данных об

образовании из них промеркаптуровых и меркаптуровых

кислот нет.