Биохимия аминокислот - А. Майстер 1961
Промежуточный обмен аминокислот
Введение
Познание процессов промежуточного обмена аминокислот явилось результатом множества разнообразных экспериментальных исследований и наблюдений. Работы в области физиологии и биохимии питания позволили получить важные данные, которые в конечном счете привели к выяснению ряда реакций обмена, а в двух случаях — к открытию и идентификации новых аминокислот (метионин и треонин). Применение мутантных штаммов микроорганизмов оказалось весьма эффективным способом исследования процессов обмена, и в частности тех процессов, с которыми связан биосинтез аминокислот. В культурах мутантов, у которых блокированы различные звенья биосинтеза, накапливаются промежуточные продукты, которые нередко удается обнаружить по их способности обеспечивать рост других мутантных штаммов. Наблюдения на людях, страдающих наследственными пороками обмена веществ, наряду с исследованиями обмена у микроорганизмов сыграли большую роль в выяснении нормальных путей обмена аминокислот. Ряд интересных сведений дали исследования с перфузией изолированных органов, со срезами тканей, гомогенатами и экстрактами тканей и очищенными ферментами. Широкое применение в изучении промежуточного обмена находят меченые соединения. Этот метод, часто используемый в сочетании с другими подходами, оказался путеводной нитью к отысканию и расшифровке многих реакций обмена.
Не приходится сомневаться в существовании видовых различий в обмене аминокислот; достаточно напомнить, что млекопитающие в отличие от многих микроорганизмов не синтезируют некоторые аминокислоты. Однако многие пути обмена почти идентичны у самых различных видов. Ввиду этого, например, данные, полученные в опытах с Neurospora, способствовали выяснению аналогичных явлений у животных; известны случаи, когда исследования шли в обратном порядке.
Пути синтеза и распада аминокислот бывают часто, но не всегда различными. В ряде случаев противопоставление «синтеза» и «катаболизма» носит произвольный характер, например при рассмотрении обмена аргинина, орнитина и цитруллина или глицина и серина. В нижеследующих разделах этой главы при рассмотрении обмена каждой аминокислоты реакции «синтеза» и «катаболизма» обсуждаются вместе. Такой порядок изложения представляет некоторые удобства, однако совершенно очевидно, что многие реакции обмена служат связующими звеньями между аминокислотами, обмену которых посвящены отдельные разделы.
Следует отметить, что усилия биохимиков были направлены прежде всего на изучение «главных в количественном отношении» путей превращения аминокислот. Это являлось естественным следствием ограниченной чувствительности применяемых методов. Такое положение дела приводит иногда к тому, что превращения, стоящие на первом месте в количественном отношении, отождествляются с превращениями, имеющими наибольшее значение в обмене веществ. Между тем, хотя внимание нередко привлекают те пути обмена, которые преобладают количественно, вполне очевидно, что некоторые превращения, второстепенные в количественном отношении, могут иметь большое и даже решающее физиологическое значение.
Количество данных, касающихся биосинтеза аминокислот, очень велико, но о ранних стадиях биосинтеза известно меньше, чем о более поздних. Современные представления о механизмах превращения газообразного азота в аммиак у растений изложены в специальной монографии [1]. Миллер [2] сделал очень интересную попытку подойти к решению проблемы первичного образования органических веществ на земле: он показал образование аминокислот (глицин, саркозин, DL-аланин, ß-аланин, DL-a-аминомасляная кислота и а-аминоизомасляная кислота), а также других соединений (молочная, муравьиная и уксусная кислоты) в системе, содержащей метан, аммиак, водород и воду. Эту смесь, близкую к предполагаемому составу земной атмосферы на ранних стадиях ее образования, подвергали в течение недели и дольше воздействию электрических разрядов. Было найдено, что аминокислоты образуются путем гидролиза нитрилов; последние в свою очередь возникают в результате реакции между альдегидами и синильной кислотой, образующимися под действием электрических разрядов. Миллер высказал любопытное предположение о возможном синтезе первых живых организмов из аминокислот и других соединений, образовавшихся в результате взаимодействия между альдегидами, синильной кислотой и аммиаком в первичном океане.