21.9. Шикимат и хоризмат-промежуточные продукты биосинтеза ароматических аминокислот

Теперь обратимся к биосинтезу незаменимых аминокислот, пути образования которых гораздо сложнее, чем пути образования заменимых аминокислот. Для обсуждения мы выбрали два синтеза - ароматических аминокислот и гистидина.

Синтез фенилаланина, тирозина и триптофана у E.coli идет по общему пути (рис. 21.9). Первая стадия - конденсация фосфоенолпирувата (промежуточного продукта гликолиза) с эритрозо-4-фосфатом (промежуточный продукт пентозофосфатного пути). Образующийся семиуглеродный сахар теряет фосфорильную группу и циклизуется с образованием 5-дегидрохинной кислоты. Дегидратация дает 5-дегидрошикимат, который восстанавливается с помощью NADPH до шикимата (рис. 21.10). Затем еще одна молекула фосфоенолпирувата конденсируется с 5-фосфошикиматом:

Рис. 21.7. Цикл активированной метильной группы.

Рис. 21.8. Синтез цистеина.

Рис. 21.9. Путь биосинтеза ароматических аминокислот у Е. coli.

образовавшийся продукт теряет фосфатную группу и превращается в хоризмат.

После образования хоризмата путь биосинтеза раздваивается. Проследим вначале ветвь синтеза префената (рис.

Рис. 21.10. Синтез хоризмата, промежуточного продукта в биосинтезе фенилаланина, тирозина и триптофана в клетках Е. coli.

В реакции, катализируемой мутазой, хоризмат превращается в префенат, непосредственный предшественник ароматического кольца фенилаланина и тирозина. В результате реакций дегидратации и декарбоксилирования префената образуется фенилпируват. Кроме того, окислительное декарбоксилирование префената дает -гидроксифе-пилпируват. Эти -оксокислоты подвергаются переаминированию, образуя фенилаланин и тирозин соответственно.

Ветвь, которая начинается с синтеза антранилата, приводит к синтезу триптофана. К хоризмату присоединяется аминогруппа боковой цепи глутамина и образуется антранилат. Вообще глутамин служит донором аминогрупп во многих реакциях биосинтеза. Затем антранилат конденсируется с фосфорибозилпирофосфатом (ФРПФ), активированной формой рибозофосфата. Кроме того, ФРПФ - ключевой промежуточный продукт синтеза гистидина, а также пурин-и пиримидиннуклеотидов (разд. 22,3). Атом рибозо-5-фосфата связывается с атомом азота антранилата. Движущая сила этой реакции - гидролиз гшрофосфата,

Рибозный остаток фосфориболизантранилата претерпевает перестройку (рис. 21.12) с образованием Этот промежуточный продукт расщепляется и декарбоксилируется с образованием индол-3-глицеролфосфата. Наконец, индол-3-глицеролфосфат

реагирует с серином, образуя триптофан. Глицерофосфатная боковая цепь индол-3-глицеролфосфата заменяется углеродным скелетом и аминогруппой серина. Эта реакция катализируется триптофан-синтазой.

Триптофан-синтаза имеет субъединичное строение Фермент можно диссоциировать на две -субъединицы и комплекс По отдельности они катализируют частичные реакции, приводящие к синтезу триптофана:

Рис. 21.11. Синтез тирозина и фенилаланина из хоризмата.

Каждый активный участок содержит в качестве простетической группы пиридоксаль-фосфат. При образовании комплекса каталитические свойства его компонентов заметно меняются. Скорости частичных реакций под действием комплекса более чем в 10 раз превышают скорости реакций, катализируемых отдельными субъединицами. Более того, синтез триптофана под действием осуществляется с помощью согласованного механизма. Индол, образовавшийся в первой частичной реакции, сразу же реагирует с серином, не высвобождаясь из комплекса с Таким образом, взаимодействия между субъединицами мультисубъединичного фермента могут изменять его каталитические свойства.

Рис. 21.12. Синтез триптофана из хоризмата.