Обмін амінокислот і білків

Учені вже давно звернули увагу на те, що органічному світу властива «разюча універсальність». На це вказує майже повна ідентичність компонентів, з яких побудовані клітинні структури, подібність шляхів синтезу і розпаду багатьох хімічних сполук у клітині, наборів ферментів, що каталізують реакції обміну, тощо.

Ми вже звертали увагу на подібність в обміні вуглеводів рослинних і тваринних організмів і надалі ще не один раз торкнемося цієї проблеми. Однак наша задача полягає у вивченні біохімічних особливостей рослин, на яких, головним чином, ми будемо зупинятися далі.

Особливості азотного обміну рослин

На синтезі, розпаді та перетворенні амінокислот і білків насамперед відбиваються особливості азотного обміну рослин у цілому. Ці особливості пов'язані з автотрофністю рослин. Їх дві:

1.Рослина використовує для утворення азотистих сполук мінеральні форми азоту (NH₄⁺ і NO₃^–). Правда, було встановлено, що рослини можуть поглинати органічні азотисті сполуки (амінокислоти, нуклеотиди, азотисті основи), але при цьому вони спочатку їх розщеплюють із виділенням аміаку, який потім і використовують.

2.Рослини дуже ощадливо витрачають азот. Вони не виділяють будь-яких азотистих продуктів розпаду, а багаторазово реутилізують його. Після розщеплення білків і амінокислот аміак, що утворився, знову використовується у синтезі азотистих речовин. Крім того, рослина, де це можливо, заміняє азотисті речовини безазотними. Наприклад, клітинна оболонка багатьох грибів містить хітин, а клітинна оболонка рослин цілком складається з безазотних полісахаридів. Коричнево-чорні пігменти меланіни в рослин як мономери мають безазотисті фенольні сполуки, а у тварин – це похідні індолу, який у своєму складі має азот.

Загальні шляхи синтезу амінокислот

Таких шляхів два – пряме амінування кетокислот і переамінування. Ці процеси подібні у рослин і тварин.

При прямому амінуванні аміак приєднується до кетокислоти за участю відновлювача NАDРН і при виділенні води. Реакцію каталізує відповідна дегідрогеназа.

Цю реакцію каталізує аланіндегідрогеназа.

У рослин, крім кетокислот, прямому амінуванню може піддаватися фумарова кислота під дією аспартат-аміак-ліази, що активується Са²⁺.

При переамінуванні відбувається перенесення аміногрупи з амінокислоти на кетокислоту, в результаті утворюються нові амінокислота і кетокислота. Реакція відбувається під дією амінотрансфераз, простетичною групою яких є похідне вітаміну В₆ – фосфопіридоксаль.

Найактивнішу участь у переамінуванні беруть дикарбонові амінокислоти – аспарагінова і глутамінова та їхні аміди.

Утворення амінокислот при фотосинтезі

Амінокислоти, поряд із вуглеводами, є продуктами фотосинтезу. У процесі фотосинтезу утворюються 5 амінокислот: серин, аланін, цистеїн, гліцин, аспарагінова кислота.

Безпосередньо з 3-ФГК утворюються серин і аланін. Із серину шляхом заміщення -ОН групою –SН виникає цистеїн.

У С₄-шляху після карбоксилювання фосфоенолпірувату (ФЕП) утворюється щавлевооцтова кислота (ЩОК), яка в результаті переамінування дає аспарагінову кислоту.

У процесі фотодихання з гліоксилевої кислоти при переамінуванні утворюється гліцин.

Із амінокислот, що виникають при фотосинтезі, можуть утворюватися інші амінокислоти як шляхом їх перетворення, так і шляхом переамінування.

Механізми знешкодження аміаку

Вихідною речовиною для синтезу азотистих сполук у рослинах є аміак. Він надходить у рослину з ґрунту, утворюється при відновленні NO₃^– і при розпаді білків та амінокислот. Однак вільний аміак отруйний і зазвичай міститься в рослинах у невеликій кількості. Рослина змушена знешкоджувати аміак, не допускаючи його накопичення.

Існує ряд механізмів знешкодження аміаку в рослинах. Основні з них три: утворення амідів, сечовини та амонійних солей.

Утворення і роль амідів у рослині

Аміди синтезуються з аспарагінової і глутамінової кислот шляхом приєднання молекули аміаку. Реакції каталізують аспарагін- і глутамінсинтетаза відповідно. У реакції бере участь АТР, тому що для утворення C-N-зв'язку потрібна енергія. Синтетази активуються іонами Mg²⁺.

Таким чином, кожна молекула дикарбонової амінокислоти може зв'язати і знешкодити одну молекулу аміаку. Аміди можуть накопичуватися у великих кількостях. Особливо багато їх утворюється при проростанні насіння бобових у темноті, коли відбувається інтенсивний розпад запасних білків і утворюється велика кількість аміаку. До того ж у темноті через нестачу вуглеводів знижується використання NH₃ у синтезі амінокислот.

Аміди відіграють у метаболізмі рослин дуже важливу роль:

1) утворюють механізм знешкодження аміаку в рослині;

2) як і дикарбонові амінокислоти, беруть активну участь у переамінуванні, віддаючи амідну групу не тільки на утворення амінокислот, але й інших сполук (глюкозамін, азотисті основи та ін.);

3) складають резерв дикарбонових амінокислот, яким належить значна роль в азотному обміні;

4) входять до складу багатьох рослинних білків;

5) утворюють транспортну і запасну форми азоту.

Дата добавления: 2014-01-04