какое соединение является предшественником в биосинтезе лейцина

Какое соединение является предшественником в биосинтезе лейцина

Лейцин – одна из незаменимых аминокислот, которые не синтезируются клетками животных и человека и поступают в организм в составе белков пищи. Лейцин входит в состав всех природных белков.

Лейцин относится к трем разветвленным аминокислотам.

Лейцин является одним из самых крупных среди аминокислот. Он относится к неполярным гидрофобным аминокислотам.

По строению соединений, получающихся при расщеплении углеродной цепи протеиногенных аминокислот, различают глюкопластичные (глюкогенные) и кетопластичные (кетогенные) аминокислоты. Единственной кетопластичной аминокислотой является лейцин.

Лейцин, является строительным материалом белковой молекулы, построенной из остатков аминокислот, связанных в полимерные цепи. В человеческом организме 5 миллионов белков, причем ни один из белков человека не идентичен с белком любого другого живого организма.

Лейцин входит в состав всех белков животных и растений, а также является одним из промежуточных продуктов синтеза и распадения белковых веществ. Широко распространен в животных организмах и в растениях; у человека, встречается в поджелудочной железе, селезенке, печени, почках, в составе белков сыворотки крови, в мышечной ткани.

Лейцин — 2-амино-4-метилпентановая или α-амино-изокапроновая кислота.

Лейцин (Лей, Leu, L) — алифатическая аминокислота с химической формулой HO₂CCH (NH₂) CH₂CH (CH₃)₂.

Алифатическая цепь разветвлена, в ней 3 звена. Лейцин не имеет заряда и ароматического ядра.

Лейцин выделен в 1820 году из мышечной ткани А. Браконно.

Суточная потребность человека в лейцине составляет 4-6 грамм.

Физические свойства

Лейцин представляет собой белые кристаллы или кристаллический порошок с перламутровым блеском, без запаха и со слегка ощущаемым вкусом. Ограниченно растворяется в воде, плохо в этаноле, растворяется в водных растворах кислот и щелочей, не растворяется в диэтиловом эфире. Температура плавления 293-295 0 C (с разл.).

Основные функции

Лейцин участвует в обеспечении азотистого равновесия, в обмене белков и углеводов. Предохраняет мышцы и другие ткани, за исключением костной, от постоянного распада. Служит специфическим источником энергии для мышц на клеточном уровне.

Лейцин необходим для построения и развития мышечной ткани, синтеза протеина организмом, для укрепления иммунной системы. Понижает содержание сахара в крови и способствует быстрейшему заживлению ран и срастанию костей.

Лейцин предотвращает перепроизводство серотонина и наступление усталости, связанное с этим процессом.

Метаболизм

Метаболизм лейцина играет важнейшую роль в цепи превращений свободных аминокислот в организме человека. В отличие от других аминокислот, метаболизируемых главным образом в печени, лейцин утилизируется в мышцах и почках.

Метаболизм лейцина стимулирует рост мышц и одновременно подавляет дальнейшую потерю мышечной массы.

Биологическая роль

Действуя вместе с валином и изолецином он защищает мышечные ткани и является источниками энергии, а также способствует восстановлению костей, кожи, мышц, поэтому его прием рекомендуют в восстановительный период после травм и операций.

Лейцина способен стимулировать секрецию инсулина.

Инсулин –гормон, напрямую участвующий в транспорте глюкозы и аминокислот в клетки. Таким образом, поступление достаточного количества аминокислот напрямую усиливает синтез белка и стимулирует рост клеток.

Лейцин участвует в секреции гормона роста. Секреция гормона роста особенно высока в период полового созревания. Гормон роставлияет на рост костей, хрящей, сухожилий, связок и мышц, в меньшей степени — висцеральных органов. Он также тормозит рост жировой клетчатки. Выделяется гормон роста особенно интенсивно ночью, во время глубокой фазы сна, и в первые несколько часов после засыпания.

Природные источники

Коричневый рис, бобы, лесные орехи, соя, сыр (твердый, моцарелла), яйца, пшеница, мясо (говядина, свинина, индейка, курица), печень говяжья, рыба (семга, кета, лосось), кальмар филе, чечевица, фасоль белая, маш, горох.

Избыток лейцина может увеличить количество аммиака в организме. Также избыток лейцина способен нарушать метаболизм белков, чем негативно влияет на увеличение мышечной массы.

Недостаток лейцина может быть обусловлен либо неудовлетворительным питанием, либо нехваткой витамина B₆. Отсутствие или недостаток лейцина приводит к отрицательному балансу азота и прекращению роста у детей. к падению массы тела, нарушениям обмена веществ, при острой недостаточности — к гибели организма. Его дефицит может спровоцировать гипогликемию у младенцев.

Области применения

Лейцин вместе с глутаминовой кислотой, метионином и др. аминокислотами применяется при лечении заболеваний печени, анемии, токсикозах, невритах, мышечной дистрофии, полиомиелите, а также при некоторых психических заболеваниях.

Способствует лечению костей, кожи и мышечной ткани и рекомендуется в период восстановления после хирургических операций и травм.

Лейцин используется для понижения уровня сахара в крови и стимуляции выделения гормона роста. Как противошоковое средство, т.к. лейцин одна из трех аминокислот которые, не изменяясь, проходят через печень и поступают в мозг.

Лейцин необходим для роста как стимулятор синтеза белка в мышцах, людям страдающим алкогольной и наркотической зависимостью.

В сельском хозяйстве кормовой лейцин используется в качестве добавки к основному корму с целью его влияния на увеличение привеса животных.

Лейцин в спорте

Лейцин для спортсменов играет особую роль. Лейцин выполняет важную роль в создании новых мышечных тканей в организме, способствует увеличению синтеза белка. В то же время лейцин подавляет разрушение белковых молекул, что очень важно для мышечного роста.

Таким образом, можно уменьшить распад белков после интенсивных тренировок при увеличении потребления лейцина.

Лейцин немаловажен и в процессах получения энергии. Он косвенно экономит запасы глюкозы и подавляет их разрушение. Лейцин предотвращает мышечный катаболизм (разрушение). Комбинированный прием всех трех аминокислот с разветвленными боковыми цепями (лейцин, изолейцин и валин (ВСАА)) особенно эффективен.

Биологически активные пищевые добавки, содержащие лейцин, применяются в комплексе с валином и изолейцином (BCAA). Их следует принимать с осторожностью, чтобы не вызвать гипогликемии.

Прием лейцина лишь в изолированном виде, разделенный на несколько порций в течение дня, не имеет смысла.

Избыток лейцина способен нарушать метаболизм белков, чем негативно влияет на увеличение мышечной массы. Поэтому рекомендуется принимать лейцин в сочетании с другими аминокислотами или белками пищи, сывороточным протеином, или просто овсяной кашей.

Чтобы лейцин, изолейцин и валин усваивались полностью, в организм должно быть обеспечено достаточное поступление витаминов из группы В. Прежде всего, это витамины В₅ и В₆. Без этих двух витаминов оптимальный белковый обмен в печени не может быть осуществлен в полной мере.

Заметные практически сразу результаты могут быть достигнуты с BCAA или лейцином только в случае использования их как лекарство для лечения некоторых болезней. Положительное действие BCAA оказывают при заболеваниях печени (цирроз, дистрофия), при фенилкетонурии, при психических болезнях (шизофрения).

Уровень белка плазмы крови альбумина зависит от концентрации ВСАА в крови. Уменьшение концентрации лейцина, изолейцина и валина приводит к падению в плазме уровня альбумина. Это, в свою очередь, означает, что осмотическое давление крови падает. Такая ситуация может привести к задержке жидкости и отекам. Таким образом, BCAA поддерживают и водный обмен в организме.

Лекарственные препараты

Лейцин

Лейцин оказывает иммуностимулирующее действие, активирует процессы биосинтеза аминокислот, их предшественников и метаболитов. Ослабляет нарушения обмена веществ, возникающие при стрессе. Является исходным веществом для синтеза белка.

Источник

Лейцин: полезные свойства и применение

Все белковые соединения построены из 20 аминокислот. Некоторые из них синтезируются в организме, а часть должна ежедневно поступать с пищей. Одной из незаменимых аминокислот является лейцин.

Далее представлена информация о пользе этого нутриента, способах его использования в медицине и спорте. В статье также собран рейтинг качественных добавок, которые можно заказать онлайн или купить в специализированных магазинах.

Общая информация

Лейцин (Leucine, Leu, L) – представитель незаменимых алифатических аминокислот.

Вещество имеет похожее строение с изолейцином и валином, входит в группу соединений с разветвленной структурой алифатической боковой цепи (branched-chain amino acids или BCAA). В 1820 г. лейцин в чистом виде выделил французский химик Анри Браконно, который использовал для опытов мышечные волокна. Синтетическая аминокислота впервые получена в 1904 г. немецким ученым Э. Г. Фишером.

Вещество используется в медицине как компонент составов для парентерального питания, а также в виде биологически активных добавок (БАДов). Содержится лейцин и в продуктах в качестве усилителя вкуса – в международной классификации имеет номер Е641.

Химические свойства

Чистый leucine представляет собой бесцветный порошок, который хорошо растворяется в кислотах и щелочах, слабо взаимодействует с водой, эфиром и спиртом. Согласно структурной формуле лейцин называется 2-амино-4-метилпентановая кис

Самые низкие цены на L-карнозин — в известном интернет-магазине iHerb. У других продавцов стоимость будет на 30-50% выше. Можете проверить сами.

Биологическая роль

Аминокислота leucine в составе различных белковых формул содержится во всех органах. Но наибольшее количество вещества находится в скелетной мышечной ткани. Нутриент не может синтезироваться в организме из других аминокислот. При поступлении извне он быстро усваивается в кишечнике.

L-лейцин обладает рядом положительных свойств:

Наиболее важен нутриент для спортсменов, культуристов и людей, желающих похудеть. В исследованиях установлено, что аминокислота способствует распаду жировой ткани и одновременно с этим увеличивает объем мышц.

Потребность в лейцине

Взрослому человеку требуется принимать около 4-6 г (4000-6000 мг) аминокислоты лейцина в день. Для разных возрастных групп врачи не разработали таблицы норм.

Потребность в нутриенте для беременных и кормящих женщин не отличается от стандартной дозировки. Для профессиональных спортсменов, бодибилдеров и людей, занимающихся тяжелым физическим трудом, суточная норма составляет 6-15 г. У детей потребность в аминокислоте зависит от веса: врачи рекомендуют давать в среднем малышу 150 мг лейцина на кг массы тела.

Для определения уровня химического соединения в организме необходимо сделать лабораторный анализ, для которого набирают венозную кровь натощак. В норме концентрация лейцина у взрослого составляет 1,2-3,5 мг/дл. Можно также сделать комплексный профиль мочи, который показывает содержание каждой из 20 аминокислот.

Источники аминокислоты

Лейцин входит в состав многих продуктов. Наибольшее количество соединения зафиксировано в источниках животного происхождения. Вегетарианцы могут получить аминокислоту из бобовых культур.

Таблица – Содержание лейцина в продуктах питания

Все цифры, представленные в таблице, являются ориентировочными, поскольку точная концентрация нутриента зависит от способа приготовления блюд.

Симптомы дефицита

Недостаток нутриента чаще всего наблюдается у вегетарианцев, веганов и людей, длительно соблюдающих строгие диеты для похудения. Иногда возникает относительный дефицит, когда при стабильном поступлении вещества резко возрастает суточная потребность (у спортсменов во время соревнований).

Симптомы гиповитаминоза аминокислоты лейцина:

Для восполнения аминокислотного баланса врачи назначают специальную диету с преобладанием белков животного происхождения. Для быстрого устранения неприятных последствий авитаминоза можно использовать аминокислотные БАДы.

Избыток аминокислоты

Единственная возможная причина избыточного содержания вещества в организме – несоблюдение инструкции по применению лейцина. Нутриент безопасен для человека, поэтому негативные последствия возникают при условии длительного превышения дозировок.

Основные признаки избытка лейцина:

Медицинская помощь нужна при развитии гипогликемии, которая проявляется головокружением, холодным потом, нарушением координации движений, дезориентацией в пространстве. После проведения лечебных мероприятий состояние человека быстро нормализуется.

Применение лейцина

Для использования в медицинских целях аминокислотные добавки выпускают в форме таблеток, капсул и порошка. Существуют различные дозировки: от 500 до 5000 мг на порцию. Нутриент хорошо усваивается, если принимать добавки за 1-1,5 часа до или после еды.

Средства на основе аминокислоты назначают при невритах, болезнях печени, анемии, полиомиелите, дегенеративных процессах в мышечной ткани, для повышения иммунитета. Позитивные отзывы врачей свидетельствуют о возможности использования аминокислоты в схеме медикаментозной подготовки онкобольных к операции или химиотерапии.

Препараты, содержащие лейцин в повышенных дозировках, рекомендуется принимать спортсменам. Вещество выпускается в виде монодобавок для приготовления протеиновых коктейлей, а также входит в состав комплексной трехкомпонентной смеси BCAA для роста мышечной массы. Для повышения спортивных результатов БАДы рекомендуется пить перед тренировками. Чтобы нарастить мышцы, тренеры в отзывах советуют употреблять после силовых упражнений протеин.

Смотрите видео с инструкцией по применению аминокислот BCAA в спорте:

Интересно! Вещество leucine используют в косметологии для регенерации возрастной кожи, устранения морщин и растяжек. Его формула содержится в лифтинговых косметических продуктах, средствах для ухода за шеей и зоной декольте.

Где купить

Добавку можно купить в аптеке или специализированном интернет-магазине, но цена в этих фармацевтических точках может быть завышена в 1,5-2 раза.

Самые низкие цены на лейцин — в известном интернет-магазине iHerb. У других продавцов стоимость будет на 30-50% выше. Можете проверить сами.

Источник

Какое соединение является предшественником в биосинтезе лейцина

Все аминокислоты образуются из интермедиатов гликолиза, цикла трикарбоновых кислот или пентозофосфатного пути (рис. 22-9). Атомы азота попадают в эти пути через глутамат или глутамин. Некоторые из этих путей довольно простые, а некоторые нет. Десять аминокислот образуются всего за одну или несколько стадий из общих

метаболитов-предшественников. Биосинтез других аминокислот, например, ароматических, более сложный.

Рис. 22-9. Обзор биосинтеза аминокислот. Предшественники углеродных скелетов молекул поступают из трех источников: гликолиз (показано розовым цветом), цикл трикарбоновых кислот (голубой) и пентозофосфатный путь (синий).

Организмы сильно различаются по способности синтезировать 20 аминокислот, входящих в состав белков. Большинство бактерий и растений умеют синтезировать их все, а млекопитающие могут синтезировать только около половины из 20 аминокислот — главным образом те аминокислоты, которые образуются простыми способами. Это так называемые заменимые аминокислоты — они необязательно должны присутствовать в пищевом рационе (см. табл. 18-1). Незаменимые аминокислоты непременно должны поступать вместе с пищей. Ниже представлены пути синтеза 20 аминокислот, которые осуществляют бактерии, если не оговорено другое.

При классификации этих биосинтетических путей полезно выделить шесть семейств аминокислот по их общим предшественникам (табл. 22-1). Вдобавок к шести предшественникам, существует примечательный интермедиат нескольких путей синтеза аминокислот и нуклеотидов — 5-фосфорибозил-1-пирофосфат (РКРР):

Таблица 22-1. Классификация аминокислот на основе их предшественников в метаболизме

**У млекопитающих синтезируется из фенилаланина.

Интермедиат PRPP образуется из рибозо-5- фосфата, который синтезируется в пентозофосфатном цикле (см. рис. 14-21) в реакции, катализируемой рибозофосфат-пирофосфокиназой:

Рибоза-5-фосфат + АТР —> 5-фосфорибозил-1-пирофосфат + АМР

Этот фермент аллостерически регулируется многими молекулами, для которых PRPP является предшественником.

α-Кетоглутарат — предшественник глутаминовой кислоты, глутамина, пролина и аргинина

тилированием при участии ацетил-СоА. После стадии трансаминирования ацетильная группа удаляется с образованием орнитина.

Рис. 22-11. Реакция, осуществляемая орнитин-δ-аминотрансферазой — одна из стадий в синтезе пролина у млекопитающих. Этот фермент находится в матриксе митохондрий большинства тканей. Хотя равновесие смещено в сторону образования Р5С, обратная реакция используется млекопитающими как единственный путь синтеза орнитина (и аргинина), когда аргинина недостаточно для синтеза белка.

Серин, глицин и цистеин — производные 3-фосфоглицерата

У всех организмов одинаковый основной путь биосинтеза серина (рис. 22-12). На первой стадии гидроксильная группа 3-фосфоглицерата окисляется дегидрогеназой (использующей NА D + ) с образованием 3-фосфогидроксипирувата. Путем трансаминирования (перенос аминогруппы с глутамата) образуется 3-фосфосерин, который гидролизуется до свободного серина фосфосеринфосфатазой.

Серин (три атома углерода) служит предшественником глицина (два атома углерода) — образуется после удаления одного атома углерода серин-гидроксиметилтрансферазой(рис. 22-12).

Рис. 22-13. Биосинтез цистеина из серина у бактерий и растений. Происхождение восстановленной серы показано справа.

Рис. 22-14. Биосинтез цистеина из гомоцистеина и серина у млекопитающих. Гомоцистеин образуется из метионина, как описано в тексте.

На основе оксалоацетата и пирувата синтезируются три заменимые и шесть незаменимых аминокислот

Аланин и аспарагиновая кислота синтезируются из пирувата и оксалоацетата (соответственно) путем трансаминирования (аминогруппа переносится с глутамата). Аспарагинвозникает путем амидирования аспартата — группу NН + ₄ предоставляет глутамин. Все это заменимые аминокислоты, их биосинтез происходит простыми путями и встречается у всех организмов.

Метионин, треонин, лизин, изолейцин, валин и лейцин — незаменимые аминокислоты. Пути их биосинтеза сложные и взаимосвязанные (рис. 22-15). У бактерий, грибов и растений пути биосинтеза могут существенно отличаться; для бактерий они представлены на рис. 22-15.

Аспарагиновая кислота служит предшественником метионина, треонина и лизина. Точками разветвления путей оказываются аспартат- β-полуальдегид, промежуточный продукт всех трех путей, и гомосерин, предшественник треонина и метионина. Треонин в свою очередь служит одним из предшественников изолейцина. Пути биосинтеза валина и изолейцина включают три общих фермента (рис. 22-15, реакции с (18) по (21)). Предшественник валина и изолейцина — пируват; этот путь начинается реакцией между молекулой пирувата (в форме гидроксиэтилтиаминпирофосфата, см. рис. 14-14) с другой молекулой пирувата (синтез валина) или молекулой α-кетобутирата (синтез изолейцина). а-Кетобутират образуется из треонина в реакции, требующей присутствия пиридоксальфосфата (рис. 22-15, реакция (17)). Четырехстадийный путь синтеза лейцина (реакции (22)-(25)) начинается с α-кетоизовалерата, промежуточного продукта при синтезе валина.

Хоризмат — ключевое соединение в синтезе триптофана, фенилаланина и тирозина

Ароматические кольца нелегко получить из окружающей среды, даже несмотря на то что бензольное кольцо очень устойчиво. Основной путь образования ароматических колец у бактерий, грибов и растений — это биосинтез триптофана, фенилаланина и тирозина. Все начинается с замыкания в кольцо алифатического предшественника, затем следует постадийное добавление двойных связей. В ходе первых четырех реакций образуется шикимат — молекула, содержащая семь атомов углерода, полученных от молекул эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата (рис. 22-16). Шикимат превращается в хоризмат в ходе трех реакций, где происходит добавление еще трех атомов углерода от новой молекулы фосфоенолпирувата. Хоризмат — первая точка разветвления путей, одна из ветвей ведет к триптофану, другая — к фенилаланину и тирозину

При синтезе триптофана (рис. 22-17) хоризмат превращается в антранилат в реакции, где глутамин выступает донором атома азота, который далее включается в индольное кольцо. Затем антранилат конденсируется с 5-фосфорибозил- 1-пирофосфатом (Р R РР). Индольное кольцо триптофана образуется из атомов углерода кольца и аминогруппы антранилата, а также углеродов из Р R РР. Последнюю реакцию катализирует триптофансинтаза. Этот фермент имеет субъединичную структуру типа α₂β₂ и может диссоциировать на две а-субъединицы и одну β₂-субъединицу, которые катализируют разные стадии суммарной реакции:

Рис. 22-17. Биосинтез триптофана из хоризмата у бактерий и растений. У Е. coli ферменты, катализирующие реакции (1) и (2), — субъединицы одного комплекса.

Во второй стадии используется пиридоксальфосфат (PLP) (рис. 22-18). Индол, образованный в первой стадии, не отщепляется ферментом, но вместо этого движется по каналу из активного центра α-субъединицы в активный центр β-субъединицы, где он конденсируется с интермедиатом — шиффовым основанием, образованным серином с PLP. Туннелирование интермедиата таким способом можно назвать особенностью всего пути от хоризмата до триптофана. Активные центры фермента, катализирующие разные стадии (иногда даже непоследовательные) пути образования триптофана, у некоторых видов грибов и бактерий расположены на отдельных полипептидах, но у других видов этих организмов эти стадии катализируются разными белками. Кроме того, для проявления некоторой ферментативной активности необходимо, чтобы ферменты были нековалентно связаны с другими ферментами этого пути. Становится ясно, что у прокариот и эукариот все ферменты пути входят в состав больших полиферментных комплексов. Такие комплексы чаще всего не сохраняются при выделении ферментов традиционными биохимическими методами, но доказательств существования полиферментных комплексов в этом и ряде других метаболических путей накапливается все больше (с. 187).

Рис. 22-18. Механизм реакции. Реакция, катализируемая триптофансинтазой. Эта ферментативная реакция включает несколько стадий с различными химическими перегруппировками. Эти облегченные благодаря участию PLP превращения происходят со стороны β-углерода (С-3) аминокислоты, что отличается от реакций, затрагивающих α-углерод (рассмотрены на рис. 18-6). β-Углерод серина соединяется с индольным циклом. Механизм триптофансинтазы

У растений и бактерий фенилаланин и тирозин синтезируются из хоризмата в последовательности реакций более сложной, чем для триптофана. Общий интермедиат — это префенат (рис. 22-19). В обоих случаях последняя стадия — трансаминирование с глутаматом.

Рис. 22-19. Биосинтез фенилаланина и тирозина из хоризмата в бактериях и растениях. Превращение хоризмата в префенат служит редким биологическим примером перегруппировки Кляйзена.

Животные могут образовать тирозин непосредственно из фенилаланина гидроксилированием атома С-4 фенильной группы фенилаланин- гидроксилазой; этот фермент также участвует в деградации фенилаланина (см. рис. 18-23,18-24). Тирозин считается условно незаменимой аминокислотой, так как может быть синтезирован из незаменимой аминокислоты фенилаланина.

При биосинтезе гистидина используются предшественники пуринового биосинтеза

Рис. 22-20. Биосинтез гистидина у бактерий и растений. Атомы, поступившие от PRPP и АТР, выделены красным и голубым полем соответственно. Два атома азота гистамина происходят из глутамина и глутамата (зеленое). Обратите внимание, что после стадии (5) остается производное ATP ( AICAR ), которое служит интермедиатом биосинтеза пуринов (см. рис. 22-33, стадия (9)), поэтому АТР быстро регенерируется.

Биосинтез аминокислот регулируется аллостерически

Как подробно обсуждалось в гл. 15, метаболический поток часто связан с активностью многих ферментов, действующих на данном метаболическом пути. В случае синтеза аминокислот регуляция метаболизма частично достигается путем ингибирования первой стадии конечным продуктом всего метаболического пути. Первая стадия обычно необратима и катализируется аллостерическим ферментом, который играет важную роль в регуляции общей скорости этого метаболического пути. Например, на рис. 22-21 показана аллостерическая регуляция синтеза изолейцина из треонина (см. рис. 22-15). Конечный продукт изолейцин — аллостерический ингибитор первой стадии этой цепи реакций. У бактерий такая аллостерическая модуляция аминокислотного синтеза обеспечивает мгновенную адаптацию к потребностям клетки.

Рис. 22-21. Аллостерическая регуляция биосинтеза изолейцина. Первая реакция в цепочке от треонина до изолейцина ингибируется конечным продуктом пути, изолейцином. Этот пример аллостерического ингибирования по принципу отрицательной обратной связи был открыт одним из первых. Стадии от α-кетобутирата до изолейцина соответствуют реакциям от (18) до (21) на рис. 22-15 (пять стадий, так как реакция (19) идет в две стадии).

Аллостерическая регуляция может быть значительно более сложной. В качестве примера рассмотрим удивительный набор аллостерических регуляторов глутаминсинтетазы Е. coli (рис. 22-6). Шесть продуктов, образованных из глутамина, обеспечивают отрицательную обратную связь, ингибируя этот фермент, и суммарный эффект этих и других модуляторов не просто аддитивный. Такая регуляция называется кооперативным ингибированием.

Другие механизмы также вносят свой вклад в регуляцию биосинтеза аминокислот. Для синтеза белков 20 аминокислот должны образовываться в организме в нужном соотношении, поэтому в клетках существуют способы контроля не только скорости синтеза каждой аминокислоты, но также согласованности их накопления. Согласованность относительных количеств особенно хорошо можно наблюдать в быстро растущих бактериальных клетках. На рис. 22-22 показано, как клетки Е. coli контролируют синтез лизина, метионина, треонина и изолейцина — аминокислот, образованных из аспартата. Очевидны некоторые важные ингибирующие связи. Стадия образования аспартил-β-фосфата из аспартата катализируется тремя изозимами, каждый из них независимо контролируется различными модуляторами. Многообразие ферментов предотвращает выключение ключевых стадий единственным конечным продуктом биосинтеза, ведь могут потребоваться другие продукты этого пути. В цепочках реакций от аспартат- β-полуальдегида до гомосерина и от треонина до α-кетобутирата (подробно на рис. 22-15) стадии катализируются двумя независимо контролируемыми изозимами. Один изозим, обеспечивающий превращение аспартата в аспартил-β-фосфат, аллостерически ингибируется двумя различными модуляторами, лизином и изолейцином, чье действие сильнее, чем просто аддитивно — еще один пример кооперативного ингибирования. Цепочка реакций от аспартата до изолейцина подвергается множественной перекрестной регуляции по механизму отрицательной обратной связи; например, изолейцин ингибирует превращение треонина в α-кетобутират (как описано выше), а треонин ингибирует свое собственное образование в трех местах: из гомосерина, из аспартат-β- полуальдегида и из аспартата (стадии (4),(3) и (1) на рис. 22-15). Такой всеобъемлющий регуляторный механизм называется последовательным ингибированием с отрицательной обратной связью.

Рис. 22-22. Взаимные ингибирующие регуляторные механизмы биосинтеза некоторых аминокислот, образующихся из аспартата, в метаболизме Е. coli. Три фермента (А, В, С) имеют по два или по три изозима, показанные с помощью нижних индексов. В каждом случае один изозим (А₂, B₁ или С₂) не имеет аллостерической регуляции; эти изозимы регулируются уровнем своего синтеза (гл. 28, т. 3). Синтез изозимов А₂ и B₁ подавляется при высоком уровне метионина, а синтез изозима С₂ подавляется при высоком уровне С₂. Ферменты: А — аспартокиназа; В — гомосериндегидрогеназа; С — треониндегидратаза.

Краткое содержание раздела 22.2 Биосинтез аминокислот

■ Растения и бактерии синтезируют все 20 протеиногенных аминокислот. Млекопитающие могут синтезировать только около половины этих аминокислот; остальные же аминокислоты должны поступать вместе с пищей (незаменимые аминокислоты).

■ Из незаменимых аминокислот ароматические аминокислоты (фенилаланин, тирозин и триптофан) образуются через пути, в которых хоризмат — ключевая точка ветвления. Предшественником триптофана и гистидина служит фосфорибозилпирофосфат. Путь синтеза гистидина пересекается с синтезом пуринов. Тирозин также может быть получен гидроксилированием фенилаланина (поэтому это условно незаменимая аминокислота). Пути синтеза других незаменимых аминокислот более сложные.

■ Пути биосинтеза аминокислот аллостерически регулируются конечными продуктами; регуляторный фермент часто находится в начале пути. Регуляция различных синтетических путей происходит координировано.

Источник