ПИРИДОКСАЛЬФОСФАТ

ПИРИДОКСАЛЬФОСФАТ - пиридоксаль-5'-фосфат (2-метил-З-окси-4-формил-5-пиридилметил-5'-фосфат), основная биокаталитически активная форма витамина B₆; наряду с другими формами витамина B₆, используется в качестве лекарственного средства (см. Пиридоксин).

В живых организмах П. образуется из пиридоксина в- результате окисления его 4'-оксиметильной группы в альдегидную под действием фермента пиридоксиноксидазы (пиридоксин-дегидрогеназы; КФ 1. 1. 1. 65) и последующего фосфорилирования 5'-оксиметильной группы с участием АТФ под действием пиридоксалькиназы (КФ 2. 7. 1. 35).

П. входит в состав активных центров гликоген -фосфорилазы (КФ 2. 4. 1. 1), а также ферментов, катализирующих разнообразные превращения аминокислот в живых организмах. К числу этих ферментов относятся аминотрансферазы (транс-аминазы; КФ 2. 6. 1. 1 — 52), рацемаза аминокислот (КФ 5. 1. 1. 10), декарбоксилазы аминокислот (КФ 4. 1. 1. 12 — 30), кинурениназа (КФ 3. 7. 1. 3), цистатионаза (КФ 4. 4. 1. 1), серин- и треониндегидра-тазы (КФ 4. 2. 1. 16), тирозин — феноллиаза (КФ 4. 1. 99. 2), триптофаназа (КФ 4. 1. 99. 1), аллииназа (КФ 4. 4. 1. 4), цистатионин-, триптофан- и треонинсинтазы (КФ 4. 2. 1. 22; 4. 2. 99. 9; 4. 2. 1. 20; 4. 2. 99. 2), серин — гидроксилметил-трансфераза (КФ 2. 1. 2. 1) и др. П. входит также в состав ферментов, участвующих в синтезе углеродного скелета сфингозина (КФ 2. 3. 1. 50) и δ-аминолевулиновой к-ты (КФ 2. 3.1. 37). П. присоединяется к специфическим белкам-апоферментам при посредстве альдегидной и фосфатной групп, фенольного гидроксила и атома азота пиридинового кольца. Альдегидная группа П. образует аль-диминную или азометиновую двойную связь (основание Шиффа) с ε-NH₂-группой остатка лизина в молекуле белка. Остальные связи между П. и белком являются либо ионными, либо водородными. В фосфорилазе каталитическая функция осуществляется при участии 5'-фосфатной группы П., а в остальных ферментах — при участии 4'-альдегидной группы.

Р-ры свободного П. обладают характерными спектрами поглощения с максимумом при 293 нм в кислой среде и при 388 нм в нейтральной и щелочной среде. Молярная абсорбция р-ра П. при 388 нм в 0,1 н. р-ре NaOH равна 6600. Р-ры П. и сухие пятна его на бумаге интенсивно флюоресцируют при освещении УФ-лучами. П. легко взаимодействует с карбонильными реагентами (напр., с гидроксиламином, гидразином, гидразидами органических к-т, цианидом, бисульфитом), а также с NH₂-группами первичных аминов и аминокислот. При взаимодействии П. с цистеином и другими 1, 2-аминотиолами образуется производное тлазолидина. Наиболее специфическим и чувствительным методом идентификации и количественного определения П. является ферментативный метод, основанный на активации акоферментов тирозиндекар-боксилазы (КФ 4. 1. 1. 25) из Streptococcus faecalis или триптофаназы из Escherichia coli.

Общая теория действия пиридоксалевых ферментов, субстратами которых являются аминокислоты, была разработана в 1952 г. А. Е. Браунштейнам и М. М. Шемякиным и в 1954 г. Мецлером (D. E. Metzler) и Снеллом (E. Е. Snell). Согласно этой теории, каталитическое действие пиридоксалевых ферментов обусловлено способностью альдегидной группы пиридоксальфосфата образовывать альдимины при взаимодействии с аминами, в т. ч. с аминокислотами:

В возникающей в альдимине системе сопряженных двойных связей происходит смещение электронов в направлении от альфа-углеродного атома аминокислоты к электрон-акцепторному атому азота пиридиниевого кольца. Понижение электронной плотности у альфа-углерода приводит к поляризации связей этого атома. Согласно гипотезе Данатана (H. Dunathan), наибольшей лабилизации и разрыву подвергается та из связей у альфа-углеродного атома аминокислоты, которая располагается в плоскости, перпендикулярной к плоскости пиридиниевого кольца П.

В. случае аминотрансфераз, рацемаз и некоторых других пиридок-сальзависимых ферментов такой связью является связь альфа-углеродного атома с атомом водорода, в случае декарбоксилаз — связь альфа-углеродного атома с карбоксильной группой. Т. о., характер реакции определяется особенностями геометрии активного центра апофермента. При трансаминировании альдимин П. превращается в таутомерный кетимин, который легко гидролизуется с образованием пиридоксамин-фосфата и aльфа-кетокислоты (см. Аминотрансферазы). Аминотрансферазы отличаются от всех остальных пиридоксалевых ферментов тем, что коферментные функции в них могут выполнять как П., так и пиридоксаминфосфат, подвергающиеся взаимопревращению в ходе ферментативной реакции.

Рацемизация альфа-аминокислот под действием рацемаз также осуществляется путем образования альдимина П. и его обратимого превращения в кетимин. Это превращение, связанное с диссоциацией атома водорода у а-углеродного атома и перемещением двойной иминной связи, приводит к временному исчезновению центра асимметрии и к рацемизации молекулы. Механизм реакций рацемизации аминокислот отличается от механизма трансаминирования тем, что возникающий в процессе рацемизации кетимин не подвергается гидролизу, а переходит в DL-альдимин, который гидролизуется с образованием D,L -аминокислот. При декарбоксилировании а-аминокислот в отличие от трансаминирования и рацемизации не происходит диссоциации водорода у а-углеродного атома и образования кетимина; отщепление карбоксильной группы следует непосредственно за образованием кофермент-субстратного альдимина.

Исследования очищенных пиридоксалевых ферментов подтвердили в основных чертах изложенные выше представления. Эти исследования, однако, показали, что на первом этапе действия указанных ферментов происходит не конденсация свободной альдегидной группы П. с субстратной аминокислотой, а реакция замещения, в ходе которой NH₂-группа субстрата вытесняет ε-NH₂-группу лизина в белке из альдиминной связи с пиридоксальфосфатом с образованием кофермент-субстратного альдимина.

Установлено также, что во многих пиридоксалевых ферментах П. выполняет не только каталитическую коферментную функцию, но и участвует в поддержании четвертичной олигомерной структуры ферментного белка, построенного из нескольких субъединиц.

При недостаточности витамина Вб происходит резкое снижение активности пиридоксалевых ферментов в тканях (неравномерное в разных органах) вследствие их перехода в форму апоферментов, а также уменьшение скорости синтеза некоторых из них, напр, тирозин-аминотрансферазы (КФ 2. 6. 1. 5) в печени.

Имеются данные о том, что генетически обусловленное нарушение биосинтеза орнитин-аминотрансферазы (КФ 2. 6. 1. 13) у человека и связанное с этим накопление орнитина в тканях играет ключевую роль в патогенезе наследственного заболевания, ведущего к слепоте, — циркулярной атрофии сосудистой и сетчатой оболочек глаза. Определение активности аспартат- и ала-нин-аминотрансфераз в крови человека широко используется в диагностике некоторых заболеваний сердца и печени.

Библиография: Браунштейн А. Ц. и Шемякин М. М. Теория процессов аминокислотного обмена, катализируемых пиридоксалевыми энзимами, Биохимия, т. 18, № 4, с. 393, 1953, библиогр.; Букин Ю. В. Активность пиридок-салькиназы и содержание пиридоксаль-Р в тканях млекопитающих в норме и при некоторых экспериментальных воздействиях, там же, т. 41, в. 1, с. 81, 1976; Букин Ю. В. и Иванова А. JI. Распределение и активность пиридоксаль-киназы в мозге человека в процессе онтогенеза, там же, в. 2, с. 237; Мецлер Д. Биохимия, пер. с англ., т. 2, с. 209, М., 1980; Dunathan - Н. С. Conformation and reaction specificity in pyridoxal phosphate enzymes, Proc. nat. Acad. Sci. (Wash.), v. 55, p. 712, 1966; The enzymes, ed. by P. D. Boyer a. o., v. 2, p. 113, N.Y., 1960, v. 9, p. 379, N. Y.— L., 1973; S h i h V. E. a. o. Ornithine ke-toacid transaminase deficiency in gyrate atrophy of the choroid and retina, Amer. J. hum. Genet., v. 30, p. 174, 1978.

Ю. М. Торчинский.