Биосинтез пролина и аргинина
Глутамат является предшественником синтеза пролина (рис. 10.12). Его S-карбоксильная группа сначала превращается глутаматкиназой в богатый энергией смешанный ангидрид с фосфорной кислотой и затем с помощью НАДФН восстанавливается до альдегида. Сопутствующий гидролиз богатой энергией фосфоэфирной связи делает реакцию необратимой. Кольцо образуется конденсацией карбонильной группы с а-аминогруппой. Результатом восстановления с участием НАДФН является образование пролина.
Пролин не только является составляющим элементом белков, но помимо этого несет особую функцию в листьях как вещество, защищающее от повреждений при обезвоживании. В условиях сухости или высокого содержания солей в почве (и то и другое приводит к водному стрессу) многие растения накапливают очень большие количества пролина в листьях, в некоторых случаях превышающие суммарные количества всех других аминокислот. Предполагают, что накопление пролина при водном стрессе вызывается индукцией синтеза белка фермента пирролин-5-карбоксилатредуктазы.
Пролин предохраняет растения от обезвоживания, так как он, в отличие от минеральных солей, не оказывает ингибирующего действия на ферменты даже в очень высоких концентрациях. Поэтому пролин классифицируют как совместимое соединение. Другие совместимые соединения, образуемые в определенных растениях в ответ на водный стресс, — это са-хароспирты, такие как маннит (рис. 10.13), и бетаины, состоящие из аминокислот, таких как пролин, глицин и аланин, аминогруппы которых метилированы. Последние называются пролин-, глицин- и аланинбетаинами. Накопление таких совместимых соединений, особенно в цитозоле, хлоропластах и митохондриях, значительно уменьшает в этих ком-партментах повреждающее действие водного дефицита и защищает растения от обезвоживания. Но кроме того эти соединения как антиоксиданты принимают участие в ликвидации активных форм кислорода (АФК) (раздел 3.9).
СООе
I н-с-н
CH3-N-CH3
СН3
Глицинбетаин
Н
I н-с-он
I но-с-н
I но-с-н
I н-с-он
I н-с-он
I н-с-он
I
н
D-Маннит
Рис. 10.13. Два совместимых соединения, которые, подобно пролину, накапливаются в растениях как агенты, предохраняющие их от обезвоживания и высокого содержания солей в почве
Водный дефицит и высокое содержание солей в почве приводят к ингибированию ассимиляции СО2, и в результате к перевосстановлению переносчиков, участвующих в фотосинтетическом транспорте электронов, что в свою очередь ведет к возрастанию образования АФК.
На первом этапе синтеза аргинина а-амино-группа глутамата ацетилируется путем реакции с ацетил-КоА и таким образом становится защищенной. Затем 3-карбоксильная группа фосфорилируется и восстанавливается до семиальдегида в реакции, примерно такой же, как при синтезе пролина. Здесь а-аминогруппа защищена и образование кольца невозможно. Путем трансаминирования с глутаматом альдегидная группа превращается в аминогруппу, и после отщепления ацетильного остатка образуется орнитин. Превращение орнитина в аргинин (на рис. 10.12 показано лишь суммарно) осуществляется таким же образом, что и в цикле мочевины у животных, конденсацией с карбамоилфосфатом в цитруллин. Аминогруппа переносится с аспартата на цитруллин, вследствие чего образуются аргинин и фумарат.
