Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Тиолы

и дисульфиды

Цистинурия

Цистин выделяется с мочой человека в количестве

30 мг в день [100]. У некоторых людей, однако, в моче

обнаруживали значительно большие количества цистина;

так, описаны случаи выделения с мочой более 1 г цисти-

на в день. Это состояние, названное цистинурией, встре-

чается примерно у 1 человека из 600 [101]. В легких слу-

чаях цистинурия не приводит к возникновению каких-

либо патологических симптомов, но в более тяжелых

она может сопровождаться образованием цистиновых

камней в мочевых путях. По данным Бранда, Кэхилла и

Гарриса [102], цистеин, гомоцистеин и метионин повы-

шают выведение цистина у больных цистинурией, тогда

как цистин, введенный таким больным, подвергается нор-

мальным превращениям и не выделяется с мочой. На

основании этих данных указанные исследователи при-

шли к заключению, что цистин может подвергаться окис-

лению без предварительного восстановления в цистеин

и что у больных цистинурией нарушен обмен цистеина.

В этих случаях, по мнению авторов, метионин пищи, пре-

вращаясь в цистеин, служит главным источником цисти-

на мочи. Однако в последнее время при изучении пато-

генеза цистинурии было обнаружено, что возникновение

этого заболевания связано не с нарушением межуточ-

ного обмена какой-либо серусодержащей кислоты, а с на-

рушением функции почек. Согласно данным Дента и

Роза [103], у больных цистинурией очень низок почечный

порог для цистина, вследствие неспособности почечных

канальцев реабсорбировать цистин. Повышенное выде-

ление цистина сопровождается повышенным выделением

лизина, а иногда — аргинина и орнитина [103—105]. При-

меняя хроматографические, микробиологические и поля-

рографические методы, Дент и сотрудники [106, 107] по-

казали, что в плазме больных цистинурией содержание

цистина не выше, чем в плазме здоровых людей. При

раздельном введении с пищей цистеина, цистина и ме-

тионина здоровым людям и больным цистинурией было

обнаружено, что только цистеин вызывает заметное по-

вышение количества цистина в плазме и моче [106, 107].

Эти данные объяснили тем, что цистеин быстро

Г лава III

всасывается и превращается в дистин, тогда как сам ци-

стин всасывается в кишечнике медленно, а метионин хотя

и всасывается быстро, но превращение его происходит

медленно, причем лишь часть его превращается в ци-

стин [107].

Учитывая эти данные, а также ряд других, Дент и

сотрудники [106] полагают, что у больных дистинурией

обмен, по-видимому, не отличается существенно от об-

мена у здоровых субъектов, т. е. у них нет дефекта об-

мена в том смысле, как это принимал Геррод [108].

ДРУГИЕ ТИОЛЫ И ДИСУЛЬФИДЫ

Г о м о ц и с т е и н и г о м о ц и с т и н

Считают, что в процессе взаимопревращений метио-

нина в цистеин гомоцистеин играет очень важную роль,

которая будет рассмотрена в двух последующих главах.

В гл. III приводятся данные относительно образования

гомоцистеина из метионина и участия его в процессах,

приводящих к образованию цистеина, в гл. III и IV —

данные о синтезе метионина из гомоцистеина. Хотя изве-

стно, что гомоцистин выделяется с мочой животных, по-

лучавших метионин, в свободном виде гомоцистеин и

гомоцистин до сих пор не были обнаружены в тканях

животных. Однако показано, что в процессе фермента-

тивного синтеза креатина из гликоциамина и S-аденозил-

метионина образуется S-аденозилгомоцистеин [109], ко-

торый препаратами печени крысы расщепляется до го-

моцистеина [110].

По мнению некоторых авторов, обмен гомоцистеина

отличается от обмена гомоцистина, и хотя оба соединения

окисляются до сульфата [111, 112], процесс окисления

гомоцистеина сопровождается образованием значитель-

ного количества таурина, что не наблюдается при окис-

лении гомоцистина [46, 113]. В настоящее время, однако,

общепризнано, что in vivo гомоцистеин и гомоцистин

превращаются друг в друга и что этот процесс сходен

с процессами взаимопревращений цистеина и цистина.

Природа ферментной системы, участвующей в окислении

Тиолы и дисульфиды

гомоцистеина, еще не установлена, но Рэккер [114] опи-

сал трансгидрогеназу, катализирующую восстановление

гомоцистина в печени в присутствии глутатиона. D- или

L-гомоцистин поддерживают рост крыс, получающих

корм с недостаточным содержанием цистина [115, 116].

Борсук и Дубнов [117] описали фермент, находящийся

в печени крыс и осуществляющий превращение гомоци-

стина в метионин. Эти наблюдения можно считать под-

тверждением данных о превращении гомоцистина в го-

моцистеин. Имеются также некоторые данные о том, что

в печени крысы присутствует ферментная система, окис-

ляющая гомоцистеин в гомоцистеиновую кислоту [43].

Окисление серы гомоцистеина в процессе обмена веществ

нарушается при S-этилировании или S-бензилирова-

нии гомоцистеина [112]. S-Бензилгомоцистеин, введенный

собакам, превращается в N-ацетилпроизводное [118] —

гомолог бензилмеркаптуровой кислоты.

Бореку и Уэлшу [119] не удалось обнаружить окис-

лительного дезаминирования гомоцистеина и гомоцисти-

на в срезах печени и почек крыс, но, как уже упомина-

лось, D- и L-гомоцистин способны поддерживать рост

у крыс, получающих корм с недостаточным содержа-

нием цистина; это указывает на возможность восстано-

вления D-гомоцистина в D-гомоцистеин, который в даль-

нейшем превращается в L-гомоцистеин в результате де-

заминирования и последующего реаминирования. Из

L-гомоцистеина, образующегося таким образом, может

образовываться L-метионин и L-цистеин.

При инкубации гомоцистеина с препаратами печени,

поджелудочной железы или почек освобождается серово-

дород; по мнению Фромажо и Денюэля [37, 120], этот про-

цесс осуществляется гомоцистеиндесульфгидразой. Этот

фермент отличен от цистеиндесульфгидразы, посколь-

ку отношение количеств сероводорода, образующегося

из гомоцистеина и из цистеина, изменяется при исполь-

зовании различных ферментных препаратов. Кроме того,

•

гомоцистеиндесульфгидраза менее стабильна, чем ци-

стеиндесульфгидраза, и получены ферментные препара-

ты, активные в отношении цистеина, но не гомоцистеина.

Природа всех веществ, образующихся при десульфиро-

вании гомоцистеина у животных, еще не установлена.

Г лава III

Интересно отметить, что Каллио [121] приготовил бес-

клеточный экстракт из Proteus •morganii, в присутствии

которого происходит стехиометрическое превращение

гомоцистеина в сероводород, аммиак и а-кетомасляную

кислоту:

-SH CH

I I

I +H

O —J-I + H

S + NH

•

СО

I I

H CO

Некоторые вопросы, касающиеся роли гомоцистеина

в обмене серусодержащих аминокислот, рассмотрены в

работе Кантони [122].

Глутатион

Глутатион, или f-глутамилцистеинилглицин, пред-

ставляет собой трипептид, широко распространенный в

живых системах. Большая часть тиоловых групп, содер-

жащихся в клетках, входит в состав глутатиона. Синтез

его способны осуществлять клетки самых различных ти-

пов, и очевидно, что он принимает участие во многих

процессах обмена. Глутатион подвергается в тканях жи-

вотных быстрому обновлению. При введении М

-глици-

на и М

-глутаминовой кислоты крысам и кроликам

Уэлш и Риттенберг [123, 124] нашли, что аминокислоты

включаются в глутатион печени значительно быстрее,

чем в ее белок. Расчет, проведенный этими авторами,

показал, что период полураспада глутатиона в печени

крысы составляет 2—4 часа, тогда как соответствующая

величина для общего белка печени равна 5—7 дням.

Андерсон и Мошер [125] в опытах с 8

-цистином также

получили данные, свидетельствующие о быстром обнов-

лении глутатиона.

Блох и его сотрудники детально исследовали синтез

глутатиона препаратами тканей. Этот вопрос предста-

Тиолы и дисульфиды

вляет особый интерес, поскольку выяснение его может

пролить свет на общий процесс образования пептидной

связи между аминокислотами. Показано, что экстракты

из ацетонированных препаратов печени голубя образуют

глутатион из глутаминовой кислоты, глицина и цистина

в присутствии Mg

и АТФ [126]; ферменты, катализи-

рующие этот процесс, были найдены в печени различных

животных [127]. Этот процесс состоит по крайней мере

из двух последовательных реакций [128]. В первой реак-

ции глутаминовая кислота соединяется с цистеином,

образуя f-глутамилцистеин, во второй этот дипептид

реагирует с глицином, давая глутатион. Значительные

успехи достигнуты по очистке ферментов, участвующих

в этих двух реакциях [129, 130], и получены дан-

ные, позволяющие считать, что вторая реакция обра-

тима [131].

Олсон и Бинкли [132] выделили из почек свиньи два

фермента: один из них гидролизует -f-глутамильную

связь в глутатионе, а другой гидролизует цистеинилгли-

цин. Эти авторы нашли, что первую из этих реакций ак-

тивирует глутамин [133], но в дальнейшем выяснилось,

что этим свойством обладает ряд аминокислот, причем

некоторые из них в этом отношении более активны, чем

глутамин [134].

Хейнс и сотрудники [135] наблюдали, что в присут-

ствии препаратов почек глутатион реагирует с различ-

ными добавленными аминокислотами, образуя новые

пептиды, содержащие глутаминовую кислоту; возможно,

что они представляют собой •у-глутамилпептиды. Пока-

зано, что в присутствии глутатиона и фенилаланина, гли-

цина [135], аргинина [136] и других аминокислот в пре-

паратах почек образуются f-глутамилпептиды [134]. Да-

лее оказалось, что глутатион не единственный донатор

f-глутамила, так как в присутствии фермента, осущест-

вляющего реакции переноса, другие "f-глутамилпептиды

действуют подобным же образом [135, 137]. В качестве

примера можно привести образование глутатиона из ци-

стеинилглицина и ^-глутамилпептидов [137]. Быстрое

обновление глутатиона в процессе обмена и наличие фер-

мента, катализирующего перенос глутамильного радика-

ЛЭ глутатиона, дают основание предполагать, что глута-

Г лава III

тион принимает какое-то участие в синтезе белка [136,

138]. Однако ввиду наличия широко распространенных

реакций транспептидирования это предположение сле-

дует считать маловероятным.

Фермент глиоксалаза, катализирующий превращение

метилглиоксаля в молочную кислоту [139—141], широко

распространен у животных, растений и микроорганизмов;

для проявления его активности необходимо присутствие

восстановленного глутатиона [142]. Было установлено,

что процесс превращения метилглиоксаля в молочную

кислоту состоит из двух ферментативных реакций [143—

146]. Рэккер [146] разделил ферменты, участвующие в

этих реакциях, и назвал их глиоксалазой I и глиоксала-

зой II. Он показал, что первая реакция катализируется

глиоксалазой I и представляет собой конденсацию ме-

тилглиоксаля, находящегося в энольной форме, с глута-

тионом (GSH) с образованием промежуточного про-

дукта, превращающегося в тиоловый эфир; при участии

глиоксалазы II этот эфир гидролизуется до молочной

кислоты и глутатиона:

СО

CHO

C-OH C-OH

со

с—он

н—с—он

со

-Н,0

Н—С—ОН + QSH

Крымский и Рэккер [147] показали, что дегидрогеназа

глицеральдегид-3-фосфата содержит прочно связанную

простетическую группу, которую они идентифицировали

как глутатион. Сопоставив эти данные с наблюдениями

Рэккер

о глиоксалазной системе, авторы пришли к

предположению об активной роли сульфгидрильных

групп в окислении триозофосфата [148]. Были получены

Тиолы и дисульфиды 49

данные, показывающие, что глицеральдегид-3-фосфат

реагирует с сульфгидрильной группой дегидрогеназы и

затем окисляется в тиоловый эфир, расщепляющийся

фосфоролитически с образованием 1,3-дифосфоглицери-

новой кислоты. Обе реакции в этом процессе катализи-

руются дегидрогеназой глицеральдегид-3-фосфата и тре-

буют присутствия ДПН [148].

Из приведенных данных видно, что изучение глута-

тиона в последние годы было весьма плодотворным.

Ценный обзор работ в этой области можно найти в тру-

дах симпозия, посвященного глутатиону [149].

Кофермент А содержит p-меркаптоэтиламиновую груп-

пировку, сульфгидрильная группы которой является

функциональной частью молекулы этого кофермента [150]

(его часто обозначают IIS-KoA). Открытие кофермен-

та А Липманом [151] позволило понять механизм раз-

личных процессов обмена, протекающих с участием ацил-

производных, в частности механизм синтеза и распада

жирных кислот и кетоновых тел и механизм образова-

ния лимонной кислоты, ацетилхолина и N-ацетиларил-

аминов. Реакции, ведущие к образованию кофермента А

у млекопитающих, были выяснены в работах Хогленда

и Новелли [152]. Оказалось, что для биосинтеза кофер-

мента А необходим цистеин, который, по-видимому, не

может быть замещен никаким другим серусодержащим

соединением. В присутствии АТФ цистеин соединяется

с пантотеновой кислотой, образуя N-пантотенилцистеин,

который затем декарбоксилируется с образованием пан-

тетеина. Показано, что эти реакции катализируются фер-

ментами, присутствующими в надосадочной фракции го-

могенатов печени крысы:

HO-CH

-C- CH (ОН) -CO-NH- CH

• CH

• CO

H + CH • NH

Кофермент А

-SH

АТФ

Пантотеновая кислота

4 Зак. 2552.

50 Г лава III

HO-CH

-C-CH (OH)-CO-NH CH

-CH

-CO-NH-CH-CH

-SH

I I

N-Пантотенилцистеин

HO -CH

-C-CH(OH)-CO-NH-CH

-CH

-CO-NH-CH

-CH

-SH

Пантетеин

За этими реакциями следует фосфорилирование пан-

тетеина с образованием фосфопантетеина, требующее

присутствия АТФ. Препарат, содержащий фермент пан-

тетеинкиназу, катализирующий эту реакцию, получен

из надосадочных фракций печени голубя Левинтовым и

Новелли [153]:

„ АТФ

Пантетеин >

он CH

I I

> O=P-O-CH

-C-CH (OH) CO-NH-CH.,-CH

-CO-NH-CH

-CH

-SH.

I I

ОН CH

Фосфопантетеин

Последние две реакции, протекающие при биосинтезе

кофермента А, также нуждаются в присутствии АТФ.

Показано, что они катализируются ферментами, присут-

ствующими как в митохондриях, так и в надосадочной

фракции печени. В первой реакции фосфопантетеин реа-

гирует с АТФ с образованием неорганического пирофос-

фата и дефосфо-кофермента А. Последнее соединение

превращается в кофермент А путем фосфорилирования

в положении 3 рибоз.ы, входящей р его состав;

Тиолы и дисульфиды Sl

^ , АТФ

Фосфопантетеин >

он CH

I I

. O=P-O-CH

-C-CH (OH)-CO-NH-CH.-CH

-CO-NH-CHo-CH,-SH

I I

0 CH

1 О 1

АТФ

O=P-O-CH,-CH CH (OH)-CH (OH)-CH >

1 I

ОН N N

Дефосфо-кофермент А

ОН CH

I I

O=P-O-CH-C-CH (OH)-CO-NH-CH-CH

-CO NH CH

-CH

-SH

I I

о CH,

-O-

O=P-O-CH.,-CH CH-CH (ОН)- CH

I I I

ОН О NN

O=P-OH

он

.11 N

Кофермент А

Хогленд и Новелли [152] показали, что реакции био-

синтеза кофермента А требуют присутствия Mg

и суб-

стратов в восстановленной форме. Оказалось, что кофер-

мент А не циркулирует в плазме [154] и, возможно, что

каждый орган сам синтезирует кофермент А. Говье и

Гиббоне [155] сообщили, что при введении кофермента А

собакам он выделяется главным образом в виде

ы Глава III

фосфопантетеина. Кофермент А действует как перенос-

чик ацильных групп благодаря своей способности обра-

зовывать тиоловые эфиры, имеющие общую формулу

R-CO-S- KoA.

Одна из важных функций кофермента А связана с

синтезом и распадом жирных кислот. Ниже мы коротко

опишем его роль в окислении жирных кислот, чтобы

проиллюстрировать один из типов процессов, в котором

он участвует. На первой ступени этого процесса обра-

зуется соединение кофермента А с жирной кислотой. Для

этой реакции необходимо присутствие АТФ и Mg

, и

общую реакцию можно изобразить следующим обра-

зом [156]:

R-CH

- CH

•

H + HS

•

KoA + АТФ ^

—^ R-CH

- CH

-CH

-CO-S- KoA + АМФ

+ H

Указанное соединение подвергается дегйдрированию,

которое сопровождается восстановлением флавинаде-

ниндинуклеотида (ФАД):

•

-CO-S- KoA -f ФАД

—" R

•

CH=CH -CO-S- KoA + ФАД

•

2Н.

Ненасыщенное производное, присоединяя молекулу

воды, образует продукт, который дегидрируется

в присутствии ДПН:

R-CH

- СН-.СН -CO-S- KoA + H

^ R-CH

- CH (ОН) -CH

-CO-S- KoA

R-CH

- CH (ОН) -CH

-CO-S- KoA + ДПН

^ri

R-CH

-CO-CH

-CO-S- KoA + ДПН-Н + H

p-Кетоацилпроизводное кофермента А, образую-

щееся в последней реакции, подвергается тиолитиче-

скому расщеплению, которое катализируется фермен-

том р-кетотиолазой и протекает следующим путем:

R-CH

-CO-CH

-CO-S- KoA + HS

•

KoA ^zi

R-CH

-CO-S- KoA + CH

-CO-S- KoA.