Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961

Общая биохимия и физиология аминокислотного обмена
Обмен аминогруппы
Динамическое состояние аминокислот и белков

Наличие у млекопитающих активных ферментных систем дезаминирования и реаминирования было убедительно показано в опытах на крысах, которым вводили N¹⁵-аммоний и N¹⁵-аминокислоты. В классических работах Шёнхаймера и его сотрудников [73—80] было обнаружено, что введение крысам N¹⁵ (в виде солей аммония или аминокислот) приводит к появлению изотопной метки почти во всех аминокислотах. Было установлено, что в тканях концентрация изотопа, как правило, наиболее высока в той аминокислоте, которая была введена животному, далее в порядке убывающих концентраций изотопа следуют глутаминовая и аспарагиновая кислоты.

После скармливания N¹⁵-аспарагиновой кислоты наивысшая концентрация изотопа обнаруживается в выделенной из тканевых белков глутаминовой кислоте. Высокая концентрация изотопа в дикарбоновых аминокислотах хорошо согласуется с большой скоростью переаминирования этих аминокислот и с данными о включении азота аммиака в глутаминовую кислоту под действием глутаматдегидрогеназы. Тот факт, что после скармливания животным N¹⁵-аспарагиновой кислоты наибольшая концентрация изотопа обнаруживается в глутаминовой кислоте, находится в соответствии с широким распространением и высокой активностью глутамат-аспартат-трансаминазы. Исследования Шёнхаймера и его сотрудников показали также, что, хотя введенные per os N¹⁵-аминокислоты могут служить прямыми предшественниками соответствующих аминокислот белка, они разбавляются в организме одноименными присутствующими в нем аминокислотами.

До работ Шёнхаймера Фолин [81] предложил теорию «экзогенного» и «эндогенного» обмена. В этой теории принималось существование двух типов обмена азотистых веществ. В одном из них (экзогенном), зависимом от состава диеты, главным конечным продуктом являлась мочевина. В эндогенном обмене, который, согласно Фолину, протекает независимо от влияния диеты, одним из характерных конечных азотистых продуктов считался креатинин. Эндогенный обмен Фолин рассматривал как проявление «износа» тканей тела. Данные Шёнхаймера и его сотрудников не согласовались с концепцией Фолина; напротив, они подкрепляли представления Борсука и Кейли [82] о «непрерывном обмене». Изотопные исследования Шёнхаймера показали, что аминокислоты и белки тканей находятся в динамическом. состоянии в условиях как положительного, так и отрицательного баланса азота.

В одной из работ крысам вводили тяжелый изотоп азота в виде D-лейцина; количество включенного в белки N¹⁵ было примерно таким же, как и в случае кормления животных N¹⁵-L-лейцином. При введении D-лейцина, меченного дейтерием, некоторое количество дейтерия было найдено в тканевом L-лейцине, что свидетельствует о частичном переходе углеродного остова D-лейцина в L-лейцин; это превращение предполагает инверсию конфигурации а-углеродного атома. Результаты упомянутых опытов представляют интерес в связи с тем, что есть данные, свидетельствующие о невозможности замены L-лейцина D-лейцином в питании (опыты по обеспечению роста молодых крыс). Очевидно, превращение D-лейцина в L-лейцин протекает со скоростью, недостаточной для обеспечения роста животных. По-видимому, D-аминокислоты дезаминируются оксидазой D-аминокислот с образованием соответствующих а-кетокислот и последние подвергаются переаминированию, превращаясь в соответствующие L-аминокислоты.

Две аминокислоты — лизин и треонин — занимают в азотистом обмене особое положение, поскольку в них не включается в заметных количествах N¹⁵, введенный животным в виде аммиака или других аминокислот. После кормления животных лизином, меченным дейтерием и N¹⁵, изотопный азот был найден в других аминокислотах; однако в лизине, выделенном из тканевых белков, отношение концентраций дейтерия и N¹⁵ было почти таким же, как и во введенном лизине [83, 84]. Аналогичные результаты были получены и с треонином [85].

Наблюдения Шёнхаймера легли в основу представлений, согласно которым аминокислоты, поступающие в организм с пищей, находятся в равновесии с «метаболическим фондом» (metabolic pool) азотистых соединений. Компоненты общего метаболического фонда используются как для синтеза составных частей тканей, так и для образования конечных продуктов обмена. В общем это положение несомненно подтверждается полученными экспериментальными данными [73—80]; однако имеются существенные различия как в относительных скоростях обмена, или обновления, отдельных аминокислот, так и в особенности в скоростях включения N¹⁵-аминокислот в белки различных тканей. Так, например, Шёнхаймер обнаружил, что после скармливания крысам N¹⁵-L-лейцина сыворотка крови, стенки кишечника, почки, селезенка, сердце, печень и семенники воспринимают значительно большие количества изотопа (на единицу веса), чем гемоглобин, мышцы и кожа. Однако наибольшая доля общего количества удержанного в организме изотопа — около 67%—приходится на скелетные мышцы.

Механизм обратимого включения аминокислотных остатков в тканевые белки неизвестен; очевидно, этот процесс тесно связан с процессом биосинтеза белка. Отражает ли динамическое состояние тканей динамическое состояние молекул внутриклеточных белков, также окончательно не установлено. Эти вопросы обсуждаются ниже (см. стр. 272, 274).

Имеются указания на то, что высшим растениям также свойственно динамическое состояние аминокислот и белков [86], однако на растениях проведено по этому вопросу значительно меньше исследований, чем на крысах. При изучении индуцированного синтеза ß-галактозидазы у Escherichia coli найдено, что этот фермент синтезируется не за счет аминокислот, имеющих источником другие клеточные белки. Этот процесс носит необратимый характер, и, по имеющимся данным, другие клеточные белки Е. coli не обменивают своих аминокислот с «метаболическим фондом» аминокислот, используемым для биосинтеза ß-галактозидазы (стр. 275). Еще один пример необратимого процесса синтеза белка — образование вируса табачной мозаики [87]; хотя вирус синтезируется из продуктов распада белков листьев, между однажды синтезированным вирусом и тканями листа не происходит обмена компонентами.