Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961
Общая биохимия и физиология аминокислотного обмена
Синтез пептидных связей
Синтез глутамина
В 1935 г. Кребс впервые наблюдал синтез глутамина в опытах со срезами тканей [540]. Образующийся глутамин был выделен в виде хлоргидрата [541]. Кребс отметил, что синтез глутамина в препаратах из тканей морской свинки тормозится в условиях анаэробиоза и при добавлении цианида; он пришел к заключению, что этот синтез зависим от реакций, доставляющих энергию [540]. В более поздних работах с бесклеточными системами Бюжар и Лейтгардт [542], Спек [543, 544] и Эллиотт [545—547] нашли, что источником энергии для синтеза глутамина может служить аденозинтрифосфат. Ферментная система синтеза глутамина найдена в печени, мозге и некоторых других тканях различных видов животных, у бактерий и растений [62, 542—556]; она катализирует следующую реакцию:
а также аналогичную реакцию, в которой аммиак замещен гидроксиламином:
Как для реакции (1), так и для реакции (2) необходимо присутствие ионов магния или марганца; в реакциях используются стехиометрические количества АТФ. Ферментная система синтеза глутамина катализирует, кроме того, следующую реакцию переноса:
Для этой реакции необходимо наличие ионов магния или марганца и каталитических количеств аденозинтрифосфата и неорганического фосфата (аденозинтрифосфат действует слабее, чем смесь аденозиндифосфата и неорганического фосфата).
L-Глутаминовую кислоту можно заменить D-глутаминовой кислотой [557] и некоторыми рацемическими производными глутаминовой кислоты (например, а-метилглутаминовой кислотой [558—560] или β-метилглутаминовой кислотой [560]); обычно реакция (1) с этими производными протекает медленнее, чем реакция (2). Реакция переноса (3) может осуществляться в какой-то мере в системе с а-метилглутамином, тогда как другие аналоги глутамина не проявляют заметной активности. Помимо аммиака и гидроксиламина, в реакции синтеза могут вступать гидразин, метиламин и этиловый эфир глицина, причем образуются соответствующие y-глутамилпроизводные.
Установлено, что реакция синтеза глутамина обратима. На основании константы равновесия реакции (1) вычислено [561], что при стандартных условиях разность между величинами свободной энергии гидролиза глутамина и гидролиза АТФ составляет 4300 кал. Если принять, что свободная энергия гидролиза глутамина составляет —3500 кал (т. е. примерно столько же, сколько для гидролиза аспарагина), то величина стандартной свободной энергии АТФ должна быть близка к —7800 кал. Это значение несколько ниже величины, полученной в прежних определениях, т. е. —10 500 [562, 563], но согласуется с величинами, полученными позже при помощи самых различных методов [535, 564—566].
Хотя синтез глутамина представляет собой обратимую реакцию, исследования с применением С14-глутаминовой кислоты показали, что свободная глутаминовая кислота не является обязательным промежуточным продуктом при реакции переноса (3). Иными словами, превращение глутамина в y-глутамилгидроксамовую кислоту не связано с образованием глутаминовой кислоты путем обращения синтеза, а протекает, вероятно, через образование промежуточного соединения, вступающего в реакцию с гидроксиламином [560]. Ферментные препараты, осуществляющие синтез глутамина, катализируют еще одну реакцию — арсенолиз глутамина, т. е. превращение глутамина в глутамат и аммиак в присутствии арсената, Mg++ (или Мn++) и аденозиндифосфата [561]. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что реакции синтеза переноса и арсенолиза катализируются одним и тем же ферментом. С этим выводом согласуется тот факт, что в ходе очистки фермента наблюдается параллельное повышение его активности в указанных трех реакциях и что при ультрацентрифугировании препаратов эти реакции оказываются связанными с одной и той же монодисперсной фракцией. Кроме того, оказалось, что эти реакции нуждаются примерно в одних и тех же нуклеотидах и ионах металлов. Описаны некоторые различия в действии ионов металлов, активаторов (например, ß-меркаптоэтанола, цистеина) и ингибиторов (например, фторида) на реакции синтеза и переноса, но это не может служить доказательством различия ферментов.
Других кофакторов и свободных промежуточных соединений не обнаружено. Ни y-глутамилфосфат, ни амидофосфорная кислота (O = P(OH)2NH2) не проявляют активности [544, 567]. По данным ряда работ, ферментные препараты, катализирующие синтез глутамина, осуществляют обмен Р32-фосфата между АТФ, АДФ и неорганическим фосфатом [561, 568, 569]. Интересно отметить, что для реакции обмена фосфата необходимо наличие L-глутамата и аммиака [707]. Имеются сообщения о том, что подобные же реакции катализируются ферментами, участвующими в синтезе глутатиона (стр. 268). Было показано также, что синтез глутамина [реакция (1)] связан с переносом (ω-кислородного атома (меченного О18) от глутаминовой кислоты к неорганическому фосфату [570—572, 708]. Хотя эти данные указывают на образование y-глутамилфосфатной связи, не исключена возможность и других объяснений. Если действительно реакция синтеза и переноса осуществляются одним и тем же ферментом, то любой предполагаемый механизм должен, очевидно, объяснять тот факт, что для реакции переноса необходимы АДФ и фосфат. Такой механизм должен также находиться в согласии с более узкой специфичностью реакции переноса по сравнению с реакцией синтеза.