Биосинтез метионина и серина

Метилкобаламин участвует в реакциях синтеза метионина в качестве кофактора. Заключительным этапом синтеза метионина у бактерий, грибов, высших растений и животных состоит в переносе метильной группы от СН ₃ -ТГФК к сульфгидрильной группе гомоцистеина. Существует два типа ферментов, осуществляющих синтез метионина – первый, независимый от кобаламинов, может использовать в качестве донора метильной группы только триглутаматную форму СН ₃ -ТГФК. Второй тип ферментов, зависимый от кобаламиновых кофакторов, может использовать как моно-, так и триглутаматную форму СН ₃ -ТГФК. Для активации ферментов второго типа, кроме того, требуется S -аденозилметионин (S - AdoMet). Последний необходим для первоначального метилирования кобаламина. Мутант Е. coli, используемый для определения витамина В ₁₂ , способен так же хорошо расти и при добавлении к минимальной питательной среде метионина, только для оптимального роста требуется примерно в 10000 раз больше метионина, чем витамина. Очевидный вывод, что в клетках этого организма витамин действует как катализатор синтеза метионина, был подтвержден экспериментально. Однако для любого другого микроорганизма, нуждающегося в витамине B ₁₂ , этот витамин не может быть заменен метионином, так что он, очевидно, осуществляет у этих организмов какую-то дополнительную функцию.

Ранние эксперименты с изучением роста цыплят и крыс также показали, что витамин B ₁₂ снижает потребность в метионине, особенно при введении гомоцистеина. Сначала это было истолковано как действие витамина на трансметилирование, т. е. на передачу лабильной метильной группы от холина или бетаина к гомоцистеину с образованием метионина. Точно так же витамин B ₁₂ может, по крайней мере частично, заменять холин для цыплят, крыс и поросят-сосунков. Ряд исследований (некоторые из них с использованием ¹⁴ С) показал, что витамин B ₁₂ не оказывает никакого влияния на трансметилирование, но участвует в прямом синтезе лабильной метильной группы из более окисленных предшественников – таких, как формиат, α-углерод глицина или β-углерод серина. Трудности истолкования результатов, получаемых на интактных животных, хорошо иллюстрирует таблица 1. При авитаминозе В ₁₂ сильно ухудшается аппетит и наблюдаемые результаты часто могут быть обусловлены просто пониженным потреблением пищи по сравнению с контрольными животными. Эту неясность можно устранить, ограничив потребление пищи контрольными животными до уровня, характерного для авитаминозных животных (метод "парного кормления"). Подтверждение данных для поросят и цыплят в опытах с ¹⁴ С-формиатом и ¹⁴ С-серином получили Джонсон и сотр. Однако при использовании меченого формальдегида результат оказался неожиданным: интенсивность включения метки в метильные группы метионина и холина у цыплят с недостаточностью витамина B ₁₂ оказалась значительно повышенной. Есть основательные данные в пользу того, что новообразованные метильные группы появляются в метионине, но потом в результате трансметилирования они могут оказаться в холине или креатине. Эти выводы никто не оспаривал, но некоторые исследования позволяли предположить, что, кроме того, при недостаточности витамина B ₁₂ у крыс активность трансметилазы в печени понижена. Значение витамина B ₁₂ в переносе групп с одним атомом углерода почти неразделимо переплетается с функциями фолиевой кислоты (точнее, производных тетрагидрофолевой кислоты). Эти процессы переноса, которые могут происходить на трех различных уровнях окисления, схематически представлены на схеме 2, показаны также связанные с ними реакции окисления и восстановления. Некоторые из этих процессов переноса происходят в несколько этапов (не показанных на схеме 2) это, безусловно, относится к превращению гомоцистина в метионин, и почти нет сомнений, что для реакции в целом необходимы оба витамина. Возможная последовательность этапов показана на схеме 3. Как уже говорилось, витамину B ₁₂ приписывали участие в восстановлении гомоцистина до гомоцистеина – акцептора метильной группы. Однако последующие опыты с мечеными аминокислотами показали, что витамин, возможно, не нужен для этого восстановления. Какое-то производное фолиевой кислоты, несомненно, участвует в самом переносе радикала с одним углеродным атомом. Тогда единственная функция, остающаяся для витамина B ₁₂ , состоит в восстановлении этой группы в метильную группу метионина – если только витамин не действует лишь косвенным образом, способствуя, например, синтезу ферментов.

Во всяком случае, синтез метионина не может быть единственной биохимической функцией витамина В ₁₂ у высших животных, так они гибнут от его недостаточности даже при большом количестве метионина и холина в пище. Сопоставление данных, приводимых в пользу и против участия витамина B ₁₂ во взаимопревращениях глицина и серина, приводило скорее к выводу об отсутствии влияния витамина, но работа Вора и сотр. вскрыла новую сторону проблемы.

Эти авторы не обнаружили снижения общего синтеза серина из α- ¹⁴ С-гли-цина в срезах печени индейки, но наблюдали значительное уменьшение включения ¹⁴ С в положении 3. Они объясняют это тем, что витамин B ₁₂ действует на этапе отщепления от глицина радикала с одним углеродным атомом, перенос которого осуществляет тетрагидрофолевая кислота. Если это подтвердится, то, по-видимому, такой же механизм мог бы действовать в синтезе метильной группы метионина de novo.