Обмен серосодержащих аминокислот

В молекулах белка обнаружены три серосодержащие аминокислоты (метионин, цистеин и цистин), метаболически тесно связанные друг с другом. Благодаря на­личию высокореактивной SH-группы в составе цистеина в тканях легко осуществля­ется ферментативная окислительно-восстановительная реакция между цистеином и цистином'.

Дисульфидная связь часто образуется между двумя остатками цистеина внутри одной полипептидной цепи или между двумя полипептидными цепями, способствуя тем самым стабилизации молекулы белка. Цистеин является составной частью три-пептида глутатиона, сокращенно обозначаемого Г—SH, что подчеркивает функцио­нальную значимость его тиогруппы и возможность образования дисульфидной связи окисленного глутатиона (Г—S—S—Г).

Известно, что многие ферменты содержат в активном центре SH-группы, абсо­лютно необходимые для каталитической реакции. При их окислении ферменты те­ряют свою активность. Предполагается, что одной из главных функций глутатиона является сохранение этих ферментов в активной восстановленной форме. Окисленный глутатион может вновь восстанавливаться под действием глутатионредуктазы, исполь­зуя НАДФН₂. С другой стороны, глутатион может оказывать ингибирующее дей­ствие на некоторые белки: в частности, известна реакция инактивации инсулина под действием глутатионинсулинтрансгидрогеназы, в которой SH-i лутатион является донором водородных атомов, разрывающих дисульфидные связи между двумя поли­пептидными цепями молекулы инсулина. Показана также коферментная функция глутатиона, в частности для глиоксилазы I. Выше обсуждалось участие глутатиона в транспорте аминокислот через клеточную мембрану.

Поскольку в процессе катаболизма сера метионина в тканях в основном пере­ходит в серу цистеина, а взаимопревращение цистина в цистеин легко осуществля­ется, проблема окисления серы всех аминокислот практически сводится к окислению цистеина. Главным путем оказался окислительный, включающий окисление цистеина в цистеинсульфиновую кислоту, трансаминирование последней с а-кетоглутаратом и образование пирувата и сульфита по схеме:

Сульфит затем быстро окисляется в тканях и выводится с мочой в виде не­токсичных сульфатов и эфиросерных кислот. Об использовании цистеина и продук­тов его окисления — цистеинсульфиновой и цистеиновой кислот — в образовании таурина было сказано выше.

Метионин вступает в печени в реакцию трансаминирования с а кетоглутаратом и превращается в ое-кето-Р-метилтиомасляную кислоту. Однако этот путь обмена не является главным; последний, как было указано выше, лежит через цистеин, в состав которого включается сера метионина. Превращение метионина в цистеин оказалось необратимым процессом. Выяснилось также, что углеродный скелет цистеи-на имеет своим источником другую аминокислоту, а именно серии. Фактическим донором метальных групп в реакциях трансметилирования является не свободный метионин, а так называемый активный метионин — S-аденозилметионил, который образуется в процессе АТФ-зависимой реакции, катализируемой метионин-аденозил-трансферазой:

Своеобразие данной реакции заключается в том, что СН₃-группа метионина активируется под действием положительного заряда соседнего атома серы. S-адено-зилметионин участвует во всех реакциях, где метальная группа используется в био­синтетических реакциях, например в синтезе адреналина, креатина, тимина, фосфа-тидилхолина, бетаина и др. Образовавшийся после отщепления метильной группы S-аденозилгомоцистеин подвергается гидролизу на аденозин и гомоцистеин; послед­ний или используется в синтезе серина (это основной путь превращения), или служит акцептором метильной группы от №-СН₃-ТГФК в синтезе метионина (эту реакцию катализирует гомоцистеинметилтрансфераза), завершая, таким образом, своеобразный цикл активирования метильной группы:

В качестве примера ниже приводится схема биосинтеза креатина, в котором принимают участие три аминокислоты: аргинин, глицин «и метионин. Реакция син­теза протекает в две стадии. Первая стадия - биосинтез гуанидинацетата осуществля­ется в почках при участии глицин-амидинотрансферазы:

Креатин подвергается фосфорилированию с образованием креатинфосфата, который после дефосфорилирования (необратимая реакция) превращается в креатинин, выделяющийся с мочой.

Гомоцистеин может вновь превращаться в метионин путем метилирования. Одна­ко основной путь дальнейшего превращения гомоцистеина| связан с его использова­нием в синтезе цистеина, который может быть представлен в виде двух последо­вательных ферментативных реакций:

Ферменты, катализирующие синтез и распад цистатионина (цистатионин-р-синтаза и цистатионаза), содержат ПФ. Цистеин далее подвергается окислению по описан­ному выше пути, а гомосерин после трансаминирования с ос-кетоглутаратом превра­щается в ос-кетомасляную кислоту; последняя может также образоваться из цистатио­нина непосредственно, минуя стадию гомосерина.