Важный гормон растений индолил-3-ацетат (ауксин) предположительно получается путем окислительного декарбоксилирования а-кетокислоты, соответствующей

=сн.

О \

ОСН

РИС. 14-27. Структура н пути биосинтеза некоторых нндолсодержащих алкалоидов Ц

других продуктов метаболизма триптофана.

триптофану. Промежуточным соединением может служить соответст* вующий альдегид. Продукт его восстановления индолил-3-зтанол такжЦ присутствует в растениях и является активным метаболитом [142а]. i Многие годы алкалоид грамин из ячменя рассматривали как биохиЧ мический курьез, поскольку в его молекуле атом азота отделен от ин-j дольного кольца только одним атомом углерода. Теперь его считают^ продуктом распада триптофана, происходящего в результате РЬР-за*| висимой реакции, сходной с реакцией, катализируемой серии-трансоксн^ метилазой (гл. 8, разд. Д, 3, в; рис. 14-27). Другие алкалоиды образуют*! ся более традиционными путями. Конденсация изопентильной группы с индольным ядром триптамина лежит в основе образования лизерги-новой кислоты. Индольное кольцо триптофана можно отчетливо различить в структуре резерпина из Rauwolfia; это соединение представ* ляет большой интерес для медицин», поскольку оио понижает кровяное

давление, освобождая нервные ткани от избытка серотонина, дофамина и норадреналина. Резерпин содержит еще и бензольное кольцо, образующееся нз триптофана в процессе, проходящем через расширение кольца.

К. Метаболизм гистидина

Последней рассматриваемой в згой главе, но далеко не последней по важности, аминокислотой является гистидин. Биосинтез этой аминокислоты, которую можно считать «суперкатализатором», присутствующим в активных центрах ферментов, начинается с примечательной реакции, идущей с участием АТР, клеточного «суперкофермента». Реакция состоит в замещении атомом N-1 аденинового ядра, расположенного при атоме С-1 в молекуле PRPP (стадия а, рис. 14-28). Образующийся

,NHS

?0

х- гистидин Ы^Ырибози/®!® ©

НО"-' N—'

Ресинтез пуриноаого кольца (смрис. /4-37)

(РЬО-СН-С-С-С^ СГ 1 1- VNH

Глутамин

н н

Онйн C-^NH Ими дазолглицерофосфат

P.^JH^O H

irZUcmuguHon His D

4 NAD* NAD*

4 f

•b-sucmuguh РИС. 14-28. Биосинтез L-гнстидина.

продукт подвергается реакции размыкания кольца (стадия б) с последующей перегруппировкой Амадори (стадия в). Продукт перегруппировки расщепляется гидролитически с освобождением рибонуклеотида 5-аминоимидазол-4-карбоксамида — промежуточного соединения в процессе синтеза АТР (рис. 14-31). Другой продукт расщепления содержит пять атомов углерода первоначальной рибозильной группы PRPP и еще один атом азота и один атом углерода, отщепленные от молекулы АТР. Глутамин доставляет еще один атом азота, а замыкание кольца (стадия д) приводит к образованию имидазольной группы, прикрепленной к молекуле глицерофосфата. Глицерофосфатный конец молекулы подвергается дегидратации, образующийся енол кетонизируется в продукт, который переаминируется и дефосфорилируется, образуя гистидинол. Окисление этого спирта приводит к образованию гистидина.

В клетках Salmonella typhimurlum ферменты биосинтеза гистидина детерминируются в общей сложности десятью различными генами. Они образуют единый кластер — гистидиновый оперон, представляющий собой последовательную группу генов, транскрибируемых в виде единой молекулы информационной РНК [143]. Символы этих генов His A, His В и т. д. приведены на рис. 14-28, а их локализация на генетической карте E.coli показана на рис. 15-1. Ген His В детерминирует сложный белок с двумя независимыми ферментативными активностями (рис. 14-28).

1. Регуляция метаболизма аминокислот

При избытке гистидина в бактериальных клетках синтез всех ферментов биосинтеза гистидина репрессируется. Объясняется это тем, что данные гены сгруппированы в единый оперон [144]. Детальные сведения о функциях оперонов можно найти в гл. 15, разд. Б, 1. Важно помнить, что «координированная репрессия» ряда ферментов, организованных в единый оперон, является характерным свойством бактериальных клеток. Регуляция метаболизма аминокислот у эукариот осуществляется, по-видимому, совершенно иначе и пока еще изучена недостаточно [1451.

Сам гистидин тоже участвует в регуляции своего синтеза, являясь аллостерическим ингибитором первого из ряда ферментов, участвующих в процессе биосинтеза, т. е. фермента, катализирующего стадию а на рис. 14-28.. Таким образом, при накоплении избытка гистидина биосинтез немедленно ингибируется.

Подобные явления репрессии и ретроингибирования действуют на многих путях биосинтеза аминокислот. На эту тему написаны подробные обзоры [22, 146].

2. Катаболизм гистидина

Первые стадии главного пути метаболического распада гистидина уже обсуждались. Элиминирование аммиака с последующей гидратацией и разрывом кольца, ведущим к образованию формиминоглутамата, производится в результате необычных реакций [уравнение (14-48)], уже рассматривавшихся ранее. Перенос формильной группы на тетрагидро-фолиевую кислоту и ее дальнейший метаболизм описаны в гл. 8 (ра