Метаболизм и катаболизм аргинина в микроорганизмах

Аргинин (2-амино-5-гуанидино-валериановая кислота) (рис. 1.) относится к семейству глута новой кислоты, которая является его предшественником. Глутаминовая кислота образуется в кробной клетке под действием глутамат дегидрогеназы из а-кетоглутаровой кислоты, участв щей в цикле трикарбоновых кислот (рис.

Аргинин синтезируется из глутаминовой кислоты в 8 стадий (рис. 2). Первые четыре интерме ата ацетилированы. Они, за исключением М“-ацетилорнитина, выделяются в культуральную ж кость в незначительных количествах. Первым этапом пути является N-ацетилирование глутам в присутствии N-ацетилглутаматсинтетазы, что защищает аминогруппу, позволяя дальнейшим акциям протекать без циклизации (образования кольцевых молекул). Киназная реакция, сопро ждающаяся циклизацией, ведет к превращению глутамата в полуальдегид, с чего начинается п образования другой аминокислоты — пролина. Эту реакцию катализирует глутаматкиназа (рис.

В пути биосинтеза аргинина N-ацетилглутамат і действием N-ацетилглутаматкиназы превращав: в М-ацетил-у-глутамилфосфат, который в присутствии ацетилглутаматфосфатредуктазы восстанавливается N-ацетилглутаматполуальдегида, подверженного сп тайной циклизации. В результате трансаминирования луальдегидной группы, катализируемого N-ацетилор; тинтрансаминазой, образуется Х“-ацетилорнитин, по, чего ацетогруппа удаляется на промежуточной стад с выходом орнитина. Существует два ферментативя пути дезацетилирования: у энтеробактерий и бацилл а: тильная группа удаляется путем гидролиза под действо N-ацетилорнитиназы; у коринебактерий, псевдомов и цианобактерий в ходе трансферазной реакции ацети. ная группа переносится на глутамат с образовали N-ацетилглутамата, тем самым дублируя первую стад: пути биосинтеза аргинина. Эго энергетически более г годный процесс, который протекает также в микроског ческих грибах и дрожжах.

ванных организмов. Орнитин и цит- руллин выделяются в окружающую среду легко, в то время как аргинино- сукцинат практически не выходит из клетки.

На этапе биосинтеза аргинина из орнитина существует промежуточная стадия образования карбамоилфосфа- та. Карбамоилфосфат является общим предшественником для аргинина и пи- римидинов. У энтеробактерий весь пул карбамоилфосфата образуется под дей­ствием одного фермента — карбамоил- фосфатсинтетазы, с глутамином в ка­честве донора аминогруппы.

Путем конденсации орнитина с кар- бамоилфосфатом образуется цитрул- лин. Орнитилкарбамоилтрансфераза (ОКТаза) выполняет две функции: при биосинтезе аргинина катализирует пе­ренос карбамоила к 5-аминогруппе орнитина с одновременным отщепле­нием фосфатной группы; при катабо­лизме аргинина ОКТаза катализирует обратную реакцию. Организмы, кото­рые используют обе ферментативные функции, вырабатывают разные ана­болические и катаболические ОКТаза.

Аргининосукцинатсинтетаза ката­лизирует превращение цитруллина,

аспартата и АТФ в аргининосукцинат. Аргининосукцинат подвергается гидролизу в присутствии фер­мента аргининосукциназы до аргинина и фумарата.

Синтезированный аргинин, в свою очередь, включается в биосинтез полиаминов (рис.4). При получении аргинина большое значение имеет предотвращение его катаболизма: аргинин расходу­ется на биосинтез полиаминов, что снижает уровень его накопления в культуральной жидкости. Кроме того, продукты катаболизма аргинина могут ингибировать ферменты его биосинтеза. Проб­лема отрицательного влияния продуктов катаболизма на образование аргинина решается путем ре­гуляции его биосинтеза или селекционными методами.

з з а

Гис. 4. Схема катаболизма аргинина

156

Часть II. Примеры применения биотехнологии БАВ в науке и производстве

1.