в виде комплекса ферментом нитрогеназой, осуществляющим постадийное восстановление азота до аммиака. Нитрогеназа представляет собой сложный фермент, в состав которого входят несколько белковых молекул, связанных с достаточно большим количеством атомов сульфидной серы, атомами железа в виде кластеров — это мощная восстановительная система — и двумя атомами молибдена, выполняющими функцию комплексооб-разователя по отношению к азоту.

Схема 4.3.1

N2

нитрогеназа

М о—белок ^2'Реп8и1-белок Mo-белок

NADP-H АТР"

2NH3

. нитрат-редуктаза _ нитрит-редуктаза +

NO3 *• NO2 »? NH^

«ч у J

NAD-H + АТР

Второй путь усвоения азота осуществляется растениями, которые поглощают его в виде нитратов, т.е. в связанном виде — из почвы, где они образуются различными способами: либо это результат окисления аммиака, выделяющегося при разложении органических веществ; либо это соли азотной кислоты (селитры), содержащиеся в некоторых минералах; либо это окислы азота, образующиеся в результате атмосферных процессов. Восстановление нитратов до аммиака протекает в два этапа: сначала под действием нитрат-редуктазы образуются нитриты, которые на втором этапе нитрит- редуктазой восстанавливаются до аммиака (схема 4.3.1).

Следующий этап усвоения азота — это фиксация аммиака — реакции, которые приводят к образованию аминокислот. В основе этих процессов лежат реакции нуклеофильного присоединения аммиака по карбонильной группе а-кетоглутаровой кислоты с последующей дегидратацией а-ами-носпирта и восстановления имина до глутаминовой кислоты.

Первые две стадии этой схемы (до образования имина) протекают легко и не нуждаются в стереоспецифичном катализе. Восстановление иминокисло-ты до аминокислоты строго стереоспе-цифично и контролируется соответствующим ферментом. Второй путь ассимиляции аммиака основан на реакции нуклеофильного замещения в у-карбоксильной группе глутаминовой кислоты, ведущей к образованию амида этой кислоты — аминокислоте глу-тамину. Настоящая реакция является основной по объему азота "перевозимого" в аминокислоты, хотя и представляет собой продолжение первого, вышеописанного пути усвоения азота по схеме "кетоглутаровая кислота плюс аммиак" (схема 4.3.2).

Высокая производительность этой реакции ассимиляции аммиака обязана ее циклическому характеру, так как глу-тамин далее участвует в биосинтезе других аминокислот, выполняя роль донора аминогруппы, при этом сам снова преобразуется в глутаминовую кислоту.

Схемы биосинтеза основных проте-иногенных аминокислот достаточно многоступенчаты, но их можно свести к двум основным этапам — это формирование соответствующих окси- и ок-сокислот и аминирование последних до аминокислот В качестве исходных при синтезе аминокислот, как правило, выступают С2-С4-окси- и оксокислоты, образующиеся в фотосинтетическом цикле Кальвина (схема 4.3.3).

Кислоты с большим количеством атомов углерода образуются из вышеуказанных присоединением к ним активированных С2-фрагментов, образующихся из пировиноградной кислоты

Схема 4.3.2

СООН

С С— +

С=0

ООН

СООН

с—

Лс—

NB **

НО— С— №

СООНн2о

Н—С—NHi СООН

АТР (Mg2+, Мп2+)

Н—С—NH2 СООН

в условиях ферментативного катализа.

Пути биосинтеза конкретных аминокислот различаются деталями схемы и природой исходной окси- или оксокис-лоты. По этому последнему фактору аминокислоты подразделяются на аминокислоты, происходящие из пирови-ноградной кислоты — лейцин, изолей-цин, валин, лизин, аланин; аминокислоты, происходящие из щавелевоуксусной кислоты — аспарагиновая кислота, ас-парагин, треонин, метионин; аминокислоты, происходящие из 2-оксоглу-таровой кислоты —аргинин, пролин, глу-таминовая кислота, глутамин; аминокислоты, происходящие из продуктов цикла Кальвина — глицин, серии, цис-теин. Забегая немного вперед, включим сюда шикимовую кислоту (ключевое соединение в биоситезе феноло-кислот), из которой образуются фени-лаланин, тирозин, триптофан. Можно сказать, особняком стоит и биосинтез гистидина, который выпадает из общего комплекса реакций, ведущих к аминокислотам. Установлено, что предшественниками гистидина являются АТР (!) и 5-фосфорибозил-1-пирофосфат, а сложная схема этого биосинтеза включает стадии деградации пуринового гетероцикла, формирования нового имидазольного фрагмента, а потом уже введения аминокислотного остатка.

4.4. Полипептиды

Полипептиды и белки (а белки являются полипептидами большой степени конденсации) очень широко распространены как в растительном, так и в животном мире — это обязательные компоненты любого живого организма. Их также отличает большое разнообразие. Провести четкую грань между полипептидами и белками нельзя, так как в природе найдены представители этого класса производных а-аминокислот практически сплошного спектра распределения по массе или по количеству аминокислотных остатков: от нескольких аминокислот (3-5) до нескольких десятков и даже сотен тысяч таких компонент в одной такой биополимерной молекуле. Разнообразие полипептидов можно подсчитать, исходя из тог