Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961

Роль аминокислот в питании
Использование организмами D-аминокислот

В тканях высших животных D-аминокислоты не найдены; если они и присутствуют в этих тканях, то их концентрации, очевидно, невелики. Тем не менее животные способны усваивать D-изомеры некоторых аминокислот, и иногда в такой степени, что последние могут обеспечивать рост животных взамен соответствующих L-изомеров. Усвоение D-аминокислот зависит в основном от скорости их превращения в L-изомеры. Такая инверсия может осуществляться по крайней мере двумя путями: 1) окислительное превращение D-изомера в аналогичную а-кетокислоту и последующее специфическое для L-конфигурации реаминирование (переаминирование, стр. 210) и 2) прямая рацемизация — реакция, которую до сих пор наблюдали лишь у бактерий (стр. 239). По-видимому, наличие оксидазы D-аминокислот является необходимым, но не всегда достаточным условием использования D-аминокислот в организме животных. Как показывает табл. 15, D-фенилаланин и D-метионин усваиваются мышью, крысой и человеком. Однако имеются данные о том, что у человека D-фенилаланин не может полностью покрывать потребность в L-изомере, хотя эквивалентное количество DL-фенилаланина достаточно для поддержания азотистого равновесия [46].

При сравнительно высоких концентрациях D-валина в пище он обеспечивает рост крыс в отсутствие L-изомера [129]. D-гистидин усваивается крысами, но не мышами. D-триптофан не может быть использован для поддержания азотистого равновесия у человека, тогда как у крысы рост может обеспечиваться обоими изомерами. Интересно отметить, что ни крыса, ни человек не могут использовать ацетил-D-триптофан, тогда как ацетил-L-изомер усваивается ими [43, 44]. У человека 75% введенного с пищей ацетил-D-триптофана выводится с калом [132]. D-Тирозин усваивается крысами, оказывая сберегающее влияние на потребность в L-фенилаланине [128]. D-Изомеры фенилаланина, тирозина, гистидина и метионина дезаминируются очищенной оксидазой D-аминокислот (стр. 184). D-Треонин и D-лизин не используются для роста и не подвергаются действию оксидазы D-аминокислот. Вместе с тем D-лейцин и D-изолейцин доступны действию этого фермента, но не поддерживают рост. Непригодность этих аминокислот для обеспечения роста объясняется, вероятно, тем, что скорость их инверсии относительно невелика. Поскольку соответствующие лейцину и изолейцину а-кетокислоты легко используются для роста (табл. 16), можно заключить, что лимитирующим фактором является скорость дезаминирования этих аминокислот. То, что D-лейцин действительно подвергается инверсии в организме, подтверждено исследованиями, в которых крысам вводили меченный дейтерием D-лейцин. Выделенный после этого из ткани L-лейцин содержал заметное количество изотопа [139].

Таблица 15 Использование D-аминокислот *

* -+ используется; — не используется.

** Использование для роста.

*** Использование для обеспечения азотистого равновесия.

**** мезо-Цистин вдвое менее активен, чем L-цистин [131, 294].

В общем пищевая ценность D-изомеров, используемых для роста, ниже, чем у соответствующих L-изомеров, хотя найдены экспериментальные условия, при которых оба изомера проявляют почти одинаковое действие. Возможно, что степень усвоения D-изомера повышается при наличии в рационе следов L-формы, однако механизм этого явления не ясен [140]. Данные, приведенные в табл. 15, основаны на исследованиях, проведенных с D-аминокислотами. Аналогичные результаты дали исследования, в которых сравнивали действие L- и DL-аминокислот. Получены данные, согласно которым цыплята используют D-изомеры фенилаланина, метионина, триптофана и лейцина, но не используют D-треонин, D-валин и D-изолейцин [141 —146].    

Таблица 16 Использование а-кетокислот для роста крыс

Ван-Пилсум и Берг [147] исследовали пищевую ценность рационов, составленных из рацемических аминокислот. В противовес высказанным ранее предположениям представление о том, что D-аминокислоты оказывают значительное тормозящее действие, не нашло убедительного подтверждения. Если только уровень метионина не слишком высок, рационы, составленные из рацемических и из L-аминокислот, оказывают на крыс одинаковое действие. При использовании относительно высоких концентраций аминокислот возможно торможение роста. Однако при этом оказывается, что L-изомеры проявляют по крайней мере такое же тормозящее действие, как и D-формы, если не большее [31, 148]. D-Аминокислоты могут утилизироваться для синтеза заменимых аминокислот при доставке всех незаменимых L-аминокислот [149]. Если в состав рациона включены одновременно несколько D-аминокислот, подвергающихся быстрой инверсии (например, фенилаланин и метионин), то наблюдается меньшая скорость роста, чем при их раздельном введении. На основании этих данных можно думать, что активность оксидазы D-аминокислот невелика.

а-Кетокислоты, соответствующие большинству незаменимых аминокислот, способствуют росту почти в такой же мере, что и аналогичные им L-аминокислоты (см. табл. 16). Кроме того, было найлено, что молодые крысы росли с одинаковой скоростью на рационе, состоящем из десяти незаменимых аминокислот с добавлением глутаминовой кислоты, и на диете, в которой лейцин, изолейцин, валин, фенилаланин и метионин были одновременно заменены соответствующими а-кетокислотами и эквивалентным источником азота [150]. Хотя а-кетокислоты, соответствующие лизину и треонину, описаны, их использование в питании еще не исследовано. Непригодность а-кетоаналога аргинина в качестве замены L-аргинина в питании растущей крысы может быть обусловлена плохим всасыванием этой кетокислота, ее разрушением в результате побочных реакций или относительно малой скоростью переаминирования с образованием аргинина.

Введение рацематов или D-изомеров аминокислот приводит к появлению D-изомеров в моче [151—156]. Установлено также, что после приема с пищей ряда рацемических аминокислот и некоторых их аналогов с мочой выделяются соответствующие а-кетокислоты [157, 158]. По величине экскреции D-аминокислот или а-кетокислот после введения D- или DL-аминокислот пытались судить об использовании D-аминокислот организмом. Этот экспериментальный подход позволяет получить ряд полезных сведений, однако значительно более ценные данные об использовании D-аминокислот дали исследования, проведенные при помощи меченных изотопами изомеров аминокислот, а также исследования, посвященные влиянию D-аминокислот на рост и азотистое равновесие. Значение D-аминокислот в обмене зависит от ряда факторов. Известно, например, что D-аминокислоты всасываются слизистой кишечника значительно медленнее, чем соответствующие L-изомеры (стр. 165). Это свидетельствует о наличии «активного» механизма всасывания, способствующего поступлению в организм L-аминокислот. То обстоятельство, что D-изомеры всасываются относительно медленно и что для их инверсии требуется некоторое время, снижает, надо полагать, их ценность как материала для синтеза белка.

Бактерии обычно используют D-аминокислоты более эффективно, чем высшие животные. Это и не удивительно, так как D-аминокислоты входят в состав клеток бактерий (стр. 67). Кроме того, бактерии значительно легче, чем высшие организмы, приспосабливаются к особым условиям питания. Некоторые бактерии могут использовать D-изомеры аминокислот непосредственно, другие обладают ферментными системами, катализирующими инверсию D-аминокислот путем рацемизации, окисления и реаминирования и, возможно, другими путями. Ценный обзор, посвященный использованию D-аминокислот бактериями и другими организмами, составлен Райдоном [159]. Автор сообщает о 26 видах бактерий, использующих по крайней мере одну из 13 D-аминокислот. Наиболее часто используются D-изомеры валина, аланина, серина, глутаминовой кислоты аспарагиновой кислоты и гистидина. Имеются также сообщения об использовании бактериями D-изомеров лейцина, тирозина, фенилаланина, цистина, цистеина, пролина, метионина и триптофана.

Bacillus subtilis и родственные виды, образующие капсульные или внеклеточные полиглутаминовые кислоты с преобладанием D-конфигурации, используют D-глутаминовую кислоту. Эти организмы обладают аланинрацемазой и - D-трансаминазой. У других организмов (например, у Lactobacillus arabinosus) усвоение D-глутаминовой кислоты связано с превращением ее в L-изомер рацемазой глутаминовой кислоты (стр. 243). D-Аланин используется для роста у Streptococcus faecalis и ряда других организмов. Взаимопревращение L-аланина и D-аланина осуществляется рацемазой, действующей при участии пиридоксальфосфата. Конкретные функции D-аланина в метаболизме этих организмов мало изучены (см., однако, стр. 69). D-Серин превращается у некоторых организмов в пировиноградную кислоту, а D-треонин — в а-кетомасляную. У некоторых микроорганизмов D-цистеин подвергается десульфированию и дезаминированию с образованием пирувата. Многие D-аминокислоты дезаминируются микроорганизмами, у которых имеются оксидазы D-аминокислот (стр. 184).