6.1.3. Синтез (ассимиляция) аминокислот

Откуда берутся аминокислоты в живых организмах? Что является источником углерода и азота? Глобальной проблемой человечества является проблема фиксации молекулярного азота воздуха. В воздухе азот содержится 3,8 ^. 10¹⁵ т или 78 % по объему. Еще Д. И. Менделеев указывал на то, что «превращение азота воздуха в ассимилируемый азот представляет теоретический и практический интерес». При ООН создан комитет по всестороннему изучению проблемы белковых ресурсов.

Фиксировать атмосферный азот могут симбиотически бактерии рода Rhizobium и бобовые (горох, соя, люцерна). Существуют и другие азотфиксаторы, например, почвенные бактерии рода Azotobacter (аэроб), Clostridium (анаэроб), все фотосинтезирующие бактерии. Это замечательная способность, т. к. процесс фиксации очень энергоемкий:

N₂ + 6 + 12 АТФ + 12 Н₂О  2NH₄⁺ + 12АДФ + 12Н₃РО₄ + 4Н⁺

(в промышленности 2N₂ + 3H₂  2NH₃ при Т=500 ⁰С, р=300-350 атм в присутствии катализатора).

Растительные и животные организмы резко отличаются по способности синтезировать аминокислоты. Если растения могут синтезировать все основные аминокислоты + много «экзотических» (в общей сложности около 100), то животное и человек – только 10 из 20.

АМИНОКИСЛОТЫ

заменимые (могут синтезироваться организмом)

незаменимые (не могут синтезироваться организмом или получаются в недостаточном количестве): вал, лей, иле, фен, три, тре, мет, Лиз, арг, гис

Центральное место в превращениях аминокислот занимают: асп, глу и ала, их называют первичными аминокислотами, все остальные – вторичными. Для синтеза заменимых аминокислот человеку и животным необходимы только аммонийные соединения (NH₄⁺), жвачные животные могут использовать для этой цели нитриты и нитраты (которые восстанавливаются до NH₃ бактериями, живущими в рубце – одном из отделов желудка):

N⁺⁵O₃^  N⁺³O₂^  … N^-3H₄⁺

Синтез белка рассмотрен ранее в разделе «Нуклеиновые кислоты».

6.2. Обмен нуклеиновых кислот

6.2.1. Пути распада нуклеиновых кислот

Распад нуклеиновых кислот в организме идет довольно энергично. Время полужизни ДНК мыши 1-5 суток, мРНК эукариот - несколько суток, мРНК прокариот – несколько секунд.

Распад нуклеиновых кислот в организме идет под действием ферментов – нуклеаз (эндонуклеазы разрывают внутренние фосфодиэфирные связи, экзонуклеазы – внешние). В зависимости от спецефичности ферменты делятся на рибо- и дезоксирибонуклеазы.

Нуклеазы, расщепляющие связь Р-5`С, называются 3`-нуклеазами, а расщепляющие связь Р-3`С – 5`-нуклеазами.

Распад нуклеотидов протекает ступенчато:

1. нуклеотид + Н₂О нуклеозид + Н₃РО₄,

2. перенос остатка рибозы от нуклеозида на фосфорную кислоту: например,

Другой возможный путь – гидролиз нуклеозидов. При этом образуются азотистые основания и моносахариды.

3. дезаминирование азотистых оснований, содержащих NH₂-группы:

4. гипоксантин и ксантин окисляются в мочевую кислоту:

Это конечный продукт распада пуриновых оснований у ряда животных (человекообразных обезьян, птиц, рептилий) и человека.

мочевая кислота

(Acidum uricum)

Степень деградации пуриновых азотистых оснований зависит от вида организма. Помимо мочевой кислоты, конечными продуктами распада могут быть: аллантоин (у некоторых млекопитающих и наземных рептилий), аллантоиновая кислота (у амфибий и рыб), глиоксалевая кислота (у микроорганизмов).

5. мочевая кислота  мочевина (NH₂)₂CO,

урацил  …  H₂N-COOH + H₂N-(CH₂)₂-COOH

карбаминовая кислота β-аланин

CO₂ NH₃