Янг Л., Моу Дж. Метаболизм соединений серы

Подождите немного. Документ загружается.

Тиоэфиры

Реакция переноса серы с образованием б'-метилтио-

аденозина происходит у дрожжей. Полагают, что при

этом в качестве промежуточного продукта образуется

«активный метионин», или S-аденозилметионин (см.

стр. 102). Встречается ли он у животных, неизвестно.

Деметилирование и трансметилирование

В результате изучения взаимоотношений между ме-

тионином и цистином выяснилась другая важная роль

метионина в биохимических процессах, а именно незаме-

нимость его S-метильной группы в питании и обмене. На

основании этих данных была развита концепция транс-

метилирования, или биологического переноса цельных

метильных групп от одного соединения к другому. Дю-

Виньо, в лаборатории которого этот вопрос был подверг-

нут тщательному экспериментальному исследованию, по-

святил ему несколько специальных обзоров [27, 47, 48].

В 1932 г. Батц и Дю-Виньо [49] получили гомоцистин

путем химического деметилирования метионина и вы-

сказали предположение, что деметилирование может

быть первичной реакцией в превращении метионина у

животных. Бранд [11] и Льюис [50] также рассматривали

деметилирование метионина как этап его катаболиче-

ского обмена; они указали, что S-метильная группа, воз-

можно, удаляется не окислительным путем, а использу-

ется в синтезе других соединений, например креатина.

Важность обмена метильных групп метионина стала

очевидной из наблюдений Дю-Виньо и сотрудников

[51

—

53], показавших, что метионин нельзя заменить в корме

растущих крыс ни гомоцистеином, ни гомоцистином, если

в этом корме не присутствуют некоторые определенные

соединения, а именно производные четвертичного аммо-

ния холин и бетаинглицин, которые могут служить ис-

точниками метильных групп, необходимых для превра-

щения гомоцистеина в метионин. В дальнейшем, исходя

из того, что крысы могут расти, получая корм, не содер-

жащий холина и бетаина, но содержащий метионин, было

сделано заключение, что в организме происходит синтез

Этих N-метилсоединений при участии метионина, достав-

Г лава III

ляющего необходимые метальные группы. Это в свою

очередь повело к предположению, что перенос метальных

групп между метионином, с одной стороны, и холином и

бетаином — с другой, биологически обратим {47].

Доказательство переноса метильной группы метиони-

на к холину и другим соединениям было получено Дю-

Виньо и сотрудниками [54] с помощью меченого метио-

нина, в котором все три водорода метильной группы были

замещены дейтерием:

-S- CH

•

CH (NH

)

•

Дейтерированный метионин добавляли в количестве

1,4% в течение определенного периода времени к корму

крыс, содержащему вместо белка смесь очищенных ами-

нокислот. Затем крыс убивали и из их тканей выделяли

холин и креатин, а из мочи — креатинин. Было найдено,

что содержание дейтерия в N-метильных группах этих

соединений было примерно одинаково. Количество изо-

топа, включившегося в эти соединения, повышалось с

удлинением времени, в течение которого животных со-

держали на экспериментальном рационе. По истечении

94 дней такого кормления 87—89% N-метильных групп

холина, креатина и креатинина содержали дейтерий, т. е.

происходили из введенного дейтерометионина. Эти цифры

значительно выше тех, которые можно было ожидать,

если бы метальные группы метионина сначала окисля-

лись до промежуточных продуктов (например, до форм-

альдегида), а затем вновь ресинтезировались в металь-

ные группы холина и креатина. В этом процессе должна

была бы происходить потеря по крайней мере одного

атома дейтерия на каждую метальную группу, содержа-

щую три дейтерия, и, как видно из приводимой ниже

схемы, степень включения изотопа в метильную группу

не должна была бы превышать 67%:

-CD

—> CD

O —> CD

H-

Если бы промежуточным соединением была муравьиная

кислота, максимальное включение дейтерия было бы

еще ниже. Возможность превращения метальных групп

Тиоэфиры

в метанол была исключена, поскольку в опытах с мече-

ным метанолом происходил лишь незначительный пере-

нос его метальной группы как таковой [55]. Точное до-

казательство биологического переноса метильной группы

метионина как единого целого было получено Келлером

и сотрудниками [56] при скармливании крысам смеси

-метилметионина и тридейтерометионина. В этих опы-

тах было установлено, что отношение дейтерия к С

N-метильных группах холина и креатина, выделенных из

тканей, соответствовало отношению этих изотопов в вве-

денном метионине.

Крайне важно, что процесс трансметилирования от

метионина к холину происходит даже в том случае, когда

в корме содержится вполне достаточное количество хо-

лина. Таким образом, этот процесс является нормальным

и постоянным процессом обмена и его нельзя рассматри-

вать как возможный путь для устранения нефизиологи-

ческих количеств метионина в организме. Возможность

обратной реакции, а именно переноса метильных групп

от холина к метионину, была показана путем введения

крысам холина, меченного дейтерием в метильных груп-

пах; из белков тканей был затем выделен метионин, ме-

ченный дейтерием в S-метильной группе [57].

Метальные группы других S-метил и N-метилсоеди-

нений, встречающихся в тканях животных или выделяю-

щихся с мочой, также происходят из метионина. Так,

например, показано, что при введении крысам С

-метил-

метионина в организме животных образуется С

-метил-

адреналин [58]; ансерин, содержащий дейтерий в своей

N-метильной группе, был выделен из мышц кролика пос-

ле введения per os дейтерометионина [59]. Процесс транс-

метилирования протекает не только у крысы и кролика,

но также у человека [60]; получен ряд данных о наличии

этого процесса у собаки, морской свинки, цыпленка и

других видов животных.

В последние годы стало очевидным, что метальные

группы могут синтезироваться в организме животных из

самых различных предшественников; один из таких пред-

шественников—серин. (З-Углеродный атом серина может

в процессе обмена переходить в одноуглеродное соедине-

ние, возможно в формальдегид или муравьиную кислоту

Глава 111

или близкое к ним соединение, из которого затем обра-

зуется метильная группа метионина. Этот процесс, од-

нако, может протекать лишь в ограниченном объеме и

неспособен полностью удовлетворить потребность расту-

щего животного в метальных группах.

Важные данные были получены при исследовании

процесса трансметилирования in vitro. В 1940 г. Борсук

и Дубнов [61] показали, что в аэробных условиях в сре-

зах печени крысы образуются небольшие количества кре-

атина из гликоциамина. Этот синтез заметно усиливался

при добавлении к среде метионина или смеси холина и

гомоцистеина [62]. Было также найдено, что в гомогена-

тах печени морской свинки образование креатина из гли-

коциамина и метионина удваивается при добавлении

АТФ или какого-либо источника этого соединения [63].

В последнем случае эффект обнаруживается только в

аэробных условиях, которые, по-видимому, необходимы

для постоянного обеспечения АТФ, принимающей таким

образом участие в реакции трансметилирования. Уста-

новлено также, что N-никотинамид в срезах печени под-

вергается метилированию за счет метионина, причем

эта реакция, так же как и синтез креатина, зависит от

присутствия кислорода [64].

Дальнейшее развитие эта проблема получила в рабо-

тах Кантони и сотрудников, которые показали, что АТФ

принимает участие в процессе метилирования никотин-

амида за счет метионина. Кантони [65] установил, что в

этих условиях АТФ действует не как фосфорилирующий

агент, а принимает участие в превращении метионина в

биохимически активную форму, которое предшествует

переносу его метильной группы. В печени различных

животных обнаружена ферментная система, осуществ-

ляющая это превращение; схематически его можно пред-

ставить следующим уравнением [66]:

Метионин -J- АТФ —>• «Активный метионин» -f- ЗР0

Для полной активности фермента необходимо присут-

ствие глутатиона и ионов магния. «Активный метионин»

не содержит фосфора, и, изучая его свойства, Кантони

[67] пришел к заключению, что он является сульфоние-

Тиоэфиры

вым соединением — S-аденозилметионином, имеющим

следующую структуру:

/VN

N Il

I! I Cl-

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

-S-CH

-CH

-CH (NH

)-CO

I О 1 I

CH.

Правильность этой формулы была подтверждена, когда

был синтезирован S-аденозилметионин [68] и установ-

лено, что синтетический продукт идентичен по своим

свойствам с выделенным из тканей S-аденозилметиони-

ном. Кантони [69, 70] показал также, что в присутствии

соответствующих ферментов S-аденозилметионин спосо-

бен осуществлять прямое метилирование гликоциамина

и никотинамида (см. стр. 100). До появления работ Кан-

тони и его сотрудников трудно было решить вопрос о

механизме, посредством которого метионин так быстро

отдает свою метальную группу. Данные, показавшие, что

активной формой метионина является метилсульфониевое

соединение, значительно способствовали выяснению ме-

ханизма процессов трансметилирования (см. гл. IV).

Окисление мет ильных групп метионина

После введения per os крысам метионина, меченного

в S-метильной группе, C

вскоре появляется в вы-

дыхаемом воздухе, что указывает на быстрое окисление

S-метильной группы в организме. Маккензи и сотрудники

[71, 72] нашли, что при введении 200 мг меченого метио-

нина крысам почти треть этого количества подвергается

в течение 52 час. окислению таким путем. Можно пред-

полагать, что метальная группа окисляется либо будучи

связанной с метионином, либо после ее отщепления в

виде метантиола. Более вероятным, однако, кажется

предположение, по которому окисление происходит после

переноса метильной группы к некоторым другим соеди-

нениям, например холину или бетаину, метальные группы

Г лава III

которых у крыс, как известно, быстро окисляются до

двуокиси углерода [73]. Маккензи считает, что в этом по-

следнем процессе первоначально образуется бетаин и в

качестве промежуточных продуктов реакции — саркозин,

формальдегид и, возможно, муравьиная кислота. При по-

мощи С

было показано, что метальные группы как ме-

тионина, так и бетаина служат источником метильных

групп саркозина у крыс [74]. В интактном организме крыс

и в препаратах печени крыс саркозин превращается в

формальдегид и муравьиную кислоту и в конечном итоге

окисляется до CO

[75].

Эти превращения происходят согласно следующей

схеме:

Метионин-СНз —> S-Аденозилметионин-СНз

H • CHO ч— Саркозин-СНз ч—- Бетаин-СН

•

ct)

H —j. CO

Исследования по обмену формальдегида и муравьи-

ной кислоты показали, что эти два соединения участвуют

в самых различных синтетических реакциях, в том числе

в биосинтезе серина и глицина и в образовании пуринов,

порфиринов и других соединений. Тот факт, что формаль-

дегид и муравьиная кислота, принимающие участие в

столь разнообразных реакциях, являются продуктами

распада метионина, свидетельствует о важной роли этой

аминокислоты в межуточном обмене.

Деза минирование и переаминирование

Подобно большинству незаменимых аминокислот, ме-

тионин способен дезаминироваться и, как было показано,

служить субстратом для L-аминокислотных оксидаз пе-

чени и почек крысы [76] и яда змей [77]. Уэлш и Бо-

рек [78, 79] и Бернгейм и сотрудники [80] показали, что

дезаминирование метионина в препаратах почек проис-

ходит с образованием а-кето-^-метилтиомасляной кис-

лоты

-S-CH

-CH

СО-CO

Тиоэфиры

которую они идентифицировали в виде ее 2,4-динитро-

фенилгидразона. Эта кетокислота была главным продук-

том, образующимся в этих опытах. Она найдена также

в моче крыс после скармливания им больших количеств

метионина [81].

Недавно различные группы исследователей подтвер-

дили первоначальные наблюдения Браунштейна и Криц-

ман [82] о том, что большинство аминокислот, в том числе

метионин, могут служить донаторами аминогрупп, пере-

носимых к различным кетокислотам. Показано, что в экс-

трактах из мышц сердца, печени и почек крысы и кро-

лика метионин отдает свою аминогруппу а-кетоглутаро-

вой и пировиноградной кислотам [83, 84]. Рауселл [85],

используя отмытые препараты печени крысы, показал

наличие переаминирования между метионином и пирови-

ноградной кислотой или а-кето-н-масляной кислотой, но

не обнаружил переаминирования между метионином и

щавелевоуксусной и а-кетоглутаровой кислотами. Дока-

зано, что в дезаминировании метионина могут участво-

вать различные трансаминазы, а также оксидазы L-ами-

нокислот. Эти ферменты, возможно, ответственны за

главную часть дезаминирования метионина, наблюдае-

мую in vivo.

Окисление серы метионина

Главные конечные продукты в процессе обмена серы

метионина—таурин и серная кислота. Таурин является

компонентом парных желчных кислот и, кроме того, най-

ден в небольших количествах в моче. По-видимому, он

образуется не непосредственно из метионина, а имеет в

качестве более близкого предшественника цистеин (см.

гл. II). О превращении метионина в таурин свидетель-

ствует появление S

-TaypHHa в желчи собак после вве-

дения им 8

-метионина [86, 87] (см. гл. V).

Мюллер [88] вскоре после открытия им метионина со-

общил об окислении его в сульфат. Он показал, что у

людей выделение неорганического сульфата с мочой по-

вышается после введения метионина. Аналогичные ре-

зультаты получили другие исследователи в опытах;

Г лава III

с различными видами животных. По-видимому, этим

путем превращается главная часть введенного метио-

нина. Если бы происходило непосредственное окисление

тиоэфирной связи, то должны были бы образовываться

такие продукты, как сульфоксид и сульфон метионина

•

SO • CH

• CH

•

CH (NH

) • CO

•

• CH

•

• CH (NH

)

•

и, возможно, метансульфоновая кислота CH

•

Н;

затем эти соединения должны были бы превращаться в

организме животного в сульфат. Имеются, однако, дан-

ные, что такого рода процессы не происходят. Ни суль-

фон метионина, ни метансульфоновая кислота не вызы-

вают при введении в организм повышенного выделения

сульфата с мочой [89, 90]. После введения сульфоксида

выделение сульфата несколько увеличивается [91], но

это, вероятно, является следствием предварительного

восстановления его в метионин.

По-видимому, образование сульфата является резуль-

татом трансметилирования и транссульфирования метио-

нина, так как цистеин, образующийся в результате этих

двух реакций, быстро окисляется в печени в сульфат.

В срезах печени крысы окисление метионина в сульфат

происходит значительно слабее, чем окисление гомоцис-

теина — продукта его деметилирования, и еще слабее,

чем окисление цистеина [92]. При этих условиях перенос

метальных групп незначителен, и он, по-видимому, огра-

ничивает скорость окисления метионина. Борек и Уэлш

[79] при изучении обмена метионина в изолированных

тканях нашли, что количество метионина, участвующего

в метилировании гликоциамина в срезах печени крысы,

точно соответствовало количеству сульфата, образую-

щегося из него при окислении в одинаковых эксперимен-

тальных условиях. Окисление серы метионина может

быть представлено следующим рядом реакций:

Метионин —> Гомоцистеин •—Цистеин -—>

—> Цистеинсульфиновая кислота

/ N

Сульфат ч— Сульфит Таурин

Тиоэфиры

Сульфат может образовываться также при окислении

сероводорода, возникающего при десульфировании гомо-

цистеина и цистеина, а также при окислении метантиола,

возможного продукта обмена метионина. Однако в на-

стоящее время нет данных, показывающих, что эти по-

следние две реакции играют сколько-нибудь существен-

ную роль в обмене метионина. Они являются, по-види-

мому, лишь второстепенными путями в окислении серы

метионина.

ПРОИЗВОДНЫЕ МЕТИОНИНА И ДРУГИЕ ТИОЭФИРЫ

Ввиду важного значения L-изомера метионина в био-

химических процессах было проведено множество иссле-

дований, авторы которых изучали специфичность этой

аминокислоты в различных метаболитических процессах

и пытались определить, до какой степени может быть

изменена ее химическая структура без того, чтобы она

потеряла свою биологическую активность. Внимание ис-

следователей было обращено как на D-изомер метионина,

так и на различные производные метионина, в частности

на а-кето- и а-оксианалоги, соответствующие сульфоксид

и сульфон и на этионин — S-этиловый аналог метионина,

а также на различные S-замещенные производные ци-

стеина и гомоцистеина. Многие из этих работ дали воз-

можность углубить наши знания относительно обмена

самого метионина.

D-Метионин

В ранних исследованиях по биохимии питания было

найдено, что рацемический метионин в своем поведении

мало отличается от L-формы. Опыты по влиянию амино-

кислот на рост животных показали, что у различных ви-

дов животных D-изомер может замещать в рационе L-ме-

тионин [93—95]; правда, Беннет [96] нашел, что у крыс

D-изомер утилизируется менее эффективно, чем L-форма.

Способность D-метионина замещать L-изомер можно

объяснить, если принять, что он подвергается в организме

оптической инверсии. Предполагают, что при действии

6 Зак. 2552.

Г лава III

D-аминокислотной оксидазы, для которой D-метионин яв-

ляется хорошим субстратом, в качестве промежуточного

продукта образуется а-кето-^-метилтиомасляная кис-

лота [97]. Тот факт, что этот а-кетоаналог метионина мо-

жет замещать метионин в качестве компонента пищи [98],

а также в качестве донатора метильной группы в син-

тезе креатина [99], объясняется, вероятно, реаминирова-

нием его в L-метионин. Это относится также к соответ-

ствующему а-оксипроизводному метионина

-S-CH

• CH

• CH(OH) • CO

•

Н.

которое, как полагают, окисляется вначале в а-кето-

кислоту [100, 101], а затем реаминируется.

N-замещенные производные метионина

Замещение в а-аминогруппе метионина не всегда при-

водит к нарушению его биологической активности. На-

пример, Ы-метил-ОЬ-метионин, как и L-метионин, обла-

дает способностью стимулировать рост животных [102]

и интенсивно окисляться в организме животных в суль-

фат [103]. Это, несомненно, связано с тем, что D- и L-изо-

меры замещенного метионина могут служить субстра-

тами для оксидаз D- и L-аминокислот [104].

Обмен N-ацилпроизводных метионина зависит не

только от природы замещающей группы, но также от оп-

тической конфигурации аминокислот. Ни L-, ни D-изомер

N-бензоилметионина не превращаются в организме кро-

лика в сульфат [105] и не могут поэтому замещать ме-

тионин в корме. N-OopMHfl-L-MeraoHHH замещает метио-

нин в пище крыс [93], но N-формил-О-метионин этим

свойством не обладает. Поскольку известно, что D-ме-

тионин может in vivo превращаться в L-изомер, можно

предполагать, что ферментная система, ответственная за

гидролитическое отщепление формильной группы, дей-

ствует только на L-производное. Известны также другие

примеры использования животными N-ацилпроизводных

L-аминокислот и невозможности использования соответ-

ствующих ^ацил-О-изомеров [106, 107].