Общие пути катаболизма аминокислот

Важная и проверенная информация на тему: "общие пути катаболизма аминокислот" от профессионалов для спортсменов и новичков.

Общие пути катаболизма аминокислот

3. Трансаминирование (переаминирование)

В природе встречаются разные типы декарбоксилирования аминокислот. В организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты — декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом — это активная форма витамина В6:

В реакциях декарбоксилирования участвует альдегидная группа пиридоксальфосфата:

Аминокислота соединяется с активным центром фермента, в состав которого входит альдегидная группа ПФ. Образуются Шиффовы основания (альдимины и кетимины). В результате СООН-группа становится лабильной и отщепляется в виде СО2. Далее происходит гидролиз до соответствующего амина. Эта реакция необратима. Отнятие СО2 происходит без окисления.

Субстратная специфичность декарбоксилаз очень разная.

1. ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗА — высокоспецифичный фермент. Работает в клетках серого вещества головного мозга. Катализирует реакцию превращения глутаминовой кислоты в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК).

ГАМК является медиатором тормозных импульсов в нервной системе. ГАМК и ее аналоги применяются в медицине как нейротропные средства для лечения эпилепсии и других заболеваний.

2. ОРНИТИН-ДЕКАРБОКСИЛАЗА — высокоспецифичный фермент. Катализирует превращение орнитина в путресцин:

Образующийся ПУТРЕСЦИН (диаминобутан) является трупным ядом. В результате присоединения остатков пропиламина из путресцина могут образоваться СПЕРМИН и СПЕРМИДИН, содержащие 3 (у спермина) или 4 (у спермидина) имино- или аминогруппы.

Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление. Полиамины принимают участие в процессах пролиферации клеток и роста тканей, а также в регуляции биосинтеза белка. Они являются ингибиторами некоторых ферментов, в том числе протеинкиназ.

Орнитиндекарбоксилаза — это первый фермент на пути образования путресцина и остальных полиаминов, это регуляторный фермент процесса.

В культуре клеток добавление некоторых гормонов ускоряет биосинтез орнитиндекарбоксилазы в 10-200 раз.

Период полужизни орнитиндекарбоксилазы — 10 минут.

Добавление в культуру клеток самих полиаминов приводит к индукции биосинтеза другого белка — ингибитора орнитиндекарбоксилазы. При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой.

Этот фермент имеет абсолютную субстратную специфичность — превращает гистидин в гистамин:

Гистамин является медиатором и содержится в нервных клетках и в тучных клетках. Обладают сильным сосудорасширяющим действием. Особенно много его выделяется в очаге воспаления. Гистамин играет важную роль в проявлении аллергических реакций.

Известно 2 типа рецепторов к гистамину:H1 и H2.

— расширение капилляров и повышение сосудистой проницаемости;

— понижение артериального давления;

— повышение тонуса (спазм) гладких мышц — в том числе гладкой мускулатуры бронхов;

— усиление секреции желудочного сока;

[1]

Некоторые из этих эффектов позволяют гистамину принимать участие в формировании аллергических проявлений.

Антигистаминные препараты применяются с целью предотвратить образование гистамина и обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием. По механизму действия некоторые из них являются ингибиторами гистидин-декарбоксилазы, а другие конкурируют с гистамином за взаимодействие с рецепторами клеток.

Например, лекарственный препарат циметидин и его аналоги блокируют Н2-рецепторы и таким образом понижают секрецию желудочного сока. Применяются при лечении язвенной болезни желудка.

Блокаторы Н1-рецепторов используются в основном как противоаллергические средства — димедрол, тавегил, супрастин, пипольфен, грандаксин. Некоторые из этих препаратов вызывают сонливость.

4. ДЕКАРБОКСИЛАЗА АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ

Имеет широкую субстратную специфичность. Превращает несколько разных аминокислот:

а) триптофан — в триптамин

б) 5-окситриптофан — в триптамин (серотонин)

в) 3,4-диоксифенилаланин — в дофамин

г) гистидин — в гистамин

Серотонин вырабатывается в нервной ткани. Некоторые виды головных болей (мигрени) связаны с избыточной выработкой серотонина. Серотонин сужает сосуды, регулирует свертывание крови. Обладает антиаллергическим действием. Триптамин обладает сходным эффектом.

Аминокислота фенилаланин может в результате окисления присоединять две ОН-группы в кольце и превращаться в диоксифенилаланин (ДОФА). Из него под действием ДЕКАРБОКСИЛАЗЫ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ образуется дофамин. Дофамин является предшественником катехоламинов — норадреналина и адреналина.

Кроме функции предшественника, ДОФАмин имеет свои специфические функции. Если ДОФА метилируется, то образуется a-метил-ДОФА. Это соединение является сильным ингибитором декарбоксилазы ароматических аминокислот. Применяется как лекарственный препарат для понижения артериального давления (называется — альдомет).

Катаболизм аминокислот

80% аминокислот, которые поступают в организм из желудочно-кишечного тракта, используются для синтеза белков. Остальные 20% вступают в метаболические процессы. Все эти процессы можно разделить на 2 группы:

1. Общие пути катаболизма аминокислот (для всех аминокислот они одинаковы). В них принимает участие общая часть молекулы аминокислоты.

2. Специфические пути метаболизма для каждой отдельной аминокислоты (разные для разных аминокислот) — участвуют радикалы аминокислот. Это — особенности обмена отдельных аминокислот.

ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ

3. Трансаминирование (переаминирование)

В природе встречаются разные типы декарбоксилирования аминокислот. В организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты — декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом — это активная форма витамина В6:

В реакциях декарбоксилирования участвует альдегидная группа пиридоксальфосфата:

Читайте так же:  Жиросжигатель в домашних условиях для мужчин

Аминокислота соединяется с активным центром фермента, в состав которого входит альдегидная группа ПФ. Образуются Шиффовы основания (альдимины и кетимины). В результате СООН-группа становится лабильной и отщепляется в виде СО2. Далее происходит гидролиз до соответствующего амина. Эта реакция необратима. Отнятие СО2 происходит без окисления.

Субстратная специфичность декарбоксилаз очень разная.

1. ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗА — высокоспецифичный фермент. Работает в клетках серого вещества головного мозга. Катализирует реакцию превращения глутаминовой кислоты в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК).

ГАМК является медиатором тормозных импульсов в нервной системе. ГАМК и ее аналоги применяются в медицине как нейротропные средства для лечения эпилепсии и других заболеваний.

2. ОРНИТИН-ДЕКАРБОКСИЛАЗА — высокоспецифичный фермент. Катализирует превращение орнитина в путресцин:

Образующийся ПУТРЕСЦИН (диаминобутан) является трупным ядом. В результате присоединения остатков пропиламина из путресцина могут образоваться СПЕРМИН и СПЕРМИДИН, содержащие 3 (у спермина) или 4 (у спермидина) имино- или аминогруппы.

Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление. Полиамины принимают участие в процессах пролиферации клеток и роста тканей, а также в регуляции биосинтеза белка. Они являются ингибиторами некоторых ферментов, в том числе протеинкиназ.

Орнитиндекарбоксилаза — это первый фермент на пути образования путресцина и остальных полиаминов, это регуляторный фермент процесса.

В культуре клеток добавление некоторых гормонов ускоряет биосинтез орнитиндекарбоксилазы в 10-200 раз.

Период полужизни орнитиндекарбоксилазы — 10 минут.

Добавление в культуру клеток самих полиаминов приводит к индукции биосинтеза другого белка — ингибитора орнитиндекарбоксилазы. При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой.

Этот фермент имеет абсолютную субстратную специфичность — превращает гистидин в гистамин:

Гистамин является медиатором и содержится в нервных клетках и в тучных клетках. Обладают сильным сосудорасширяющим действием. Особенно много его выделяется в очаге воспаления. Гистамин играет важную роль в проявлении аллергических реакций.

Известно 2 типа рецепторов к гистамину:H1 и H2.

— расширение капилляров и повышение сосудистой проницаемости;

— понижение артериального давления;

— повышение тонуса (спазм) гладких мышц — в том числе гладкой мускулатуры бронхов;

— усиление секреции желудочного сока;

Некоторые из этих эффектов позволяют гистамину принимать участие в формировании аллергических проявлений.

Антигистаминные препараты применяются с целью предотвратить образование гистамина и обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием. По механизму действия некоторые из них являются ингибиторами гистидин-декарбоксилазы, а другие конкурируют с гистамином за взаимодействие с рецепторами клеток.

Например, лекарственный препарат циметидин и его аналоги блокируют Н2-рецепторы и таким образом понижают секрецию желудочного сока. Применяются при лечении язвенной болезни желудка.

Блокаторы Н1-рецепторов используются в основном как противоаллергические средства — димедрол, тавегил, супрастин, пипольфен, грандаксин. Некоторые из этих препаратов вызывают сонливость.

4. ДЕКАРБОКСИЛАЗА АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ

Имеет широкую субстратную специфичность. Превращает несколько разных аминокислот:

а) триптофан — в триптамин

б) 5-окситриптофан — в триптамин (серотонин)

в) 3,4-диоксифенилаланин — в дофамин

г) гистидин — в гистамин

Серотонин вырабатывается в нервной ткани. Некоторые виды головных болей (мигрени) связаны с избыточной выработкой серотонина. Серотонин сужает сосуды, регулирует свертывание крови. Обладает антиаллергическим действием. Триптамин обладает сходным эффектом.

Аминокислота фенилаланин может в результате окисления присоединять две ОН-группы в кольце и превращаться в диоксифенилаланин (ДОФА). Из него под действием ДЕКАРБОКСИЛАЗЫ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ образуется дофамин. Дофамин является предшественником катехоламинов — норадреналина и адреналина.

Кроме функции предшественника, ДОФАмин имеет свои специфические функции. Если ДОФА метилируется, то образуется a-метил-ДОФА. Это соединение является сильным ингибитором декарбоксилазы ароматических аминокислот. Применяется как лекарственный препарат для понижения артериального давления (называется — альдомет).

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ

1. Реакции необратимы — приводят к необратимому распаду аминокислот.

2. Образуется значительное количество СО2 — конечного продукта метаболизма, который выводится из организма.

3. Образуются амины, которые обладают высокой биологической активностью. Поэтому такие амины называют биологически активными или биогенными аминами. Они являются медиаторами, с помощью которых сигнал передается от одной клетки к другой и от одной молекулы к другой.

ИНАКТИВАЦИЯ БИОГЕННЫХ АМИНОВ

Если биогенные амины обладают высокой биологической активностью, то они должны быстро разрушаться после выполнения своей функции.

В организме имеются механизмы, позволяющие разрушать биогенные амины.

1. Метилирование по оксигруппам тех аминов, которые такие группы содержат, либо включают оксигруппы в свою молекулу после гидроксилирования.

Ферменты — О-МЕТИЛТРАНСФЕРАЗЫ. Они переносят метильную группу на кислород. Источник метильного радикала: S-Аденозилметионин.

После присоединения аденильного остатка АДФ к сере метионина, метильная группа метионина становится очень мобильной и легко переносится на разные вещества. В том числе и на кислород оксигрупп.

2. Окисление амина по аминогруппе с целью дезаминирования.

Главный путь инактивации биогенных аминов — их окисление под действием оксидаз с отщеплением аминогруппы. В результате исчезает биологическая активность амина.

Оксидазы биогенных аминов: моноаминооксидаза (МАО), диаминооксидаза (ДАО), полиаминооксидаза.

Читайте так же:  Омега 3 спортивное питание

Оксидазы отнимают два протона и два электрона и передают их сразу на кислород. Образуется перекись водорода, а амин превращается в ИМИН. Этот имин легко гидролизуется без участия фермента и превращается в альдегид. Простетической группой ферментов оксидаз является ФАД или ФМН, т.е. они являются флавопротеинами.

Вторая реакция (гидролиз) необратима. Образовавшийся в итоге альдегид легко окисляется до карбоновой кислоты, которая распадается до СО2 и H2O. МАО в клетке больше, чем ДАО.

Угнетение МАО приволит к замедлению распада биогенных аминов. Такие лекарства продлевают период существования биогенных аминов, что особенно важно при их недостатке.

Эти вещества играют роль антидепрессантов и используются, в частности, при лечении шизофрении.

Аминокислоты декарбоксилируются в цитоплазме, а окисление аминов происходит в наружной мембране митохондрий. Поскольку реакция декарбоксилирования аминокислот и разрушение биогенных аминов происходят не одновременно, то биогенные амины могут некоторое время существовать и выполнять свою биологическую функцию.

Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

Тема 2. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ. ОБРАЗОВАНИЕ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ И ПУТИ ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

Практическая значимость темы. Для большинства аминокислот характерны общие реакции, связанные с превращениями их амино- и карбоксильных групп — реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования. Роль этих превращений в организме велика, так как перечисленные типы реакций обеспечивают интеграцию аминокислотного обмена с метаболизмом углеводов и липидов, способствуют перераспределению азота в организме, участвуют в образовании биомолекул, способных регулировать обмен веществ и ряд физиологических процессов.

Аммиак, образующийся в организме человека в реакциях катаболизма азотсодержащих соединений, чрезвычайно токсичен и должен быть обезврежен путём превращения его в мочевину. Поэтому согласованное протекание метаболического превращения аммиака в мочевину имеет важное значение для сохранения здоровья. Понимание патогенеза расстройств, возникающих при заболеваниях печени (гепатит, цирроз) и врождённых дефектах ферментов цикла мочевинообразования, лечение больных, страдающих этими заболеваниями, требуют знания механизмов обезвреживания аммиака в тканях.

Цель занятия. После изучения данной темы студент должен знать общие пути катаболизма аминокислот в тканях и их биологическую роль, основные источники образования аммиака и пути его обезвреживания в организме, их регуляцию, возможные причины нарушений, уметь применять приобретённые знания для решения теоретических и практических задач.

Исходный уровень знаний.

1. Строение аминокислот (аланин, аспартат, аспарагин, аргинин, глутамат, глутамин, гистидин, тирозин, триптофан, цистеин).

2. Кислотно-основные свойства органических соединений.

3. Высокоэнергетические фосфатные соединения: роль в организме.

4. Цикл трикарбоновых кислот: реакции, роль в организме.

5. Принципы диагностики врождённых дефектов ферментов.

Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

К общим путям катаболизма аминокислот относятся реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования.

2.1.1. Трансаминирование аминокислот – перенос аминогруппы (NН2-) от аминокислоты на ?-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования катализируют ферменты – аминотрансферазы (или трансаминазы). Кофермент аминотрансфераз – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). В реакции принимает участие альдегидная группа кофермента. Реакция легко обратима. Механизм реакции трансаминирования представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Механизм переноса аминогруппы с аминокислоты на ?-кетокислоту в реакции трансаминирования.

Примеры реакций трансаминирования:

Видео (кликните для воспроизведения).

Роль реакций трансаминирования в организме:

  • участие в непрямом дезаминировании аминокислот;
  • путь синтеза заменимых аминокислот;
  • образующиеся в реакции ?-кетокислоты могут включаться в общий путь катаболизма и глюконеогенез.

2.1.2. Дезаминирование аминокислот – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака (NН3). В тканях человека преобладает окислительное дезаминирование, то есть сопряжённое с переносом водорода.

Большинство ферментов, участвующих в окислительном дезаминировании аминокислот, при физиологических значениях рН малоактивны. Поэтому основная роль в окислительном дезаминировании принадлежит глутаматдегидрогеназе, которая катализирует прямое окислительное дезаминирование глутамата. В качестве кофермента используются НАД+ или НАДФ+ (производные витамина РР). Реакция обратима.

Глутаматдегидрогеназа – аллостерический фермент, его аллостерическими активаторами являются АДФ и ГДФ, аллостерическими ингибиторами – АТФ, ГТФ и НАДН.

Непрямое дезаминирование характерно для большинства аминокислот. Оно называется непрямым, потому что происходит в 2 этапа:

1. на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;

2. на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 4).

Рисунок 2.2. Схема непрямого дезаминирования аминокислот.

Участие аминотрансфераз в этом процессе позволяет собрать аминогруппы различных аминокислот в составе одной аминокислоты – глутамата, который затем подвергается окислению с образованием аммиака и ?-кетоглутарата.

2.1.3. Декарбоксилирование аминокислот – отщепление карбоксильной группы от аминокислоты с образованием СО2. Продуктами реакций декарбоксилирования аминокислот являются биогенные амины, участвующие в регуляции обмена веществ и физиологических процессов в организме (см. таблицу 2.1).

Биогенные амины и их предшественники.

Аминокислота Биогенный амин
Гистидин Гистамин
Глутамат ?-аминомасляная кислота (ГАМК)
Тирозин Дофамин
Триптофан Триптамин
Серотонин
Цистеин Тиоэтиламин
Таурин

Реакции декарбоксилирования аминокислот и их производных катализируют декарбоксилазы аминокислот. Кофермент – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). Реакции являются необратимыми.

2.1.3.1. Примеры реакций декарбоксилирования. Некоторые аминокислоты непосредственно подвергаются декарбоксилированию:

Читайте так же:  Сколько аргинина нужно в день

Гистамин обладает мощным сосудорасширяющим действием, особенно капилляров в очаге воспаления; стимулирует желудочную секрецию как пепсина, так и соляной кислоты, и используется для исследования секреторной функции желудка.

ГАМК – тормозный медиатор в центральной нервной системе.

Ряд аминокислот подвергается декарбоксилированию после предварительного окисления.

Серотонин образуется главным образом в клетках центральной нервной системы, обладает сосудосуживающим действием. Участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, почечной фильтрации.

Дофамин служит предшественником катехоламинов; является медиатором ингибирующего типа в центральной нервной системе.

Таурин образуется главным образом в печени; участвует в синтезе парных желчных кислот (таурохолевой кислоты).

2.1.3.2. Катаболизм биогенных аминов. В органах и тканях существуют специальные механизмы, предупреждающие накопление биогенных аминов. Основной путь инактивации биогенных аминов – окислительное дезаминирование с образованием аммиака – катализируется моно- и диаминооксидазами.

Моноаминооксидаза (МАО) — ФАД-содержащий фермент – осуществляет реакцию:

В клинике используются ингибиторы МАО (ниаламид, пиразидол) для лечения депрессивных состояний.

Дополнительные материалы:

Виталий Пропионат — Катаболизм

Похожие статьи:

Билет8 1. Понятие о тканевом дыхании и биологическом дыхании. Высвобождение свободной энергии при катаболизме углеводов, липидов и аминокислот может…

Углеводы, белки и жиры в организме гидролизуются, а образующиеся при этом продукты гидролиза – моносахариды, аминокислоты, жирные кислоты и глицерин…

Билет3 1.Молочный сахар — лактоза содержится только в молоке. Гидролиз лактозы происходит в кишечнике, причем протекает он медленно, в связи с чем…

Общие пути катаболизма аминокислот

В ходе катаболизма аминокислот происходит отщепление аминогруппы и выделение аммиака. Другим продуктом дезаминирования аминокислот служит их безазотистый остаток в виде α-кетокислот. Катаболизм аминокислот происходит практически постоянно. За сутки в норме в организме человека распадается примерно 100 г аминокислот, и такое же количество должно поступать в составе белков пищи.

Большая часть безазотистых остатков аминокислот превращается в пируват либо непосредственно (Ала, Сер), либо в результате более сложного пути, превращаясь вначале в один из метаболитов ЦТК. Затем в реакциях цитратного цикла происходит образование оксалоацетата, который превращается в фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, который окисляется в ЦТК до СO2 и Н2O с выделением энергии. Такой путь проходят преимущественно аминокислоты пищи.

При недостатке глюкозы в организме фосфоенолпируват включается в глюконеогенез (см. раздел 7). Это происходит при голодании, длительной физической работе, при сахарном диабете и других тяжёлых хронических заболеваниях, сопровождающихся распадом собственных белков организма. Скорость глюконеогенеза из аминокислот регулируется гормонами. Так, под действием глюкагона увеличивается активность регуляторных ферментов процесса, а кортизол индуцирует синтез ферментов глюконеогенеза в печени. Активация глюконеогенеза из аминокислот происходит и при преимущественно белковом питании.

А. Гликогенные и кетогенные аминокислоты

Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат (рис. 9-22).

Рис. 9-22. Включение безазотистого остатка аминокислот в общий путь катаболизма.

Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-КГ, сукцинил-КоА, фумарат) и образуют в конечном итоге оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза. Такие аминокислоты относят к группе гликогенных аминокислот.

Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными.

Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются 2 продукта — определённый метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Такие аминокислоты называют смешанными, или глико-кетогенными (рис. 9-22, табл. 9-5).

Таблица 9-5. Классификация аминокислот по судьбе безазотистого остатка

Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

Тема 2. ОБЩИЕ ПУТИ КАТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ. ОБРАЗОВАНИЕ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ И ПУТИ ЕГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ

Практическая значимость темы. Для большинства аминокислот характерны общие реакции, связанные с превращениями их амино- и карбоксильных групп — реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования. Роль этих превращений в организме велика, так как перечисленные типы реакций обеспечивают интеграцию аминокислотного обмена с метаболизмом углеводов и липидов, способствуют перераспределению азота в организме, участвуют в образовании биомолекул, способных регулировать обмен веществ и ряд физиологических процессов.

Аммиак, образующийся в организме человека в реакциях катаболизма азотсодержащих соединений, чрезвычайно токсичен и должен быть обезврежен путём превращения его в мочевину. Поэтому согласованное протекание метаболического превращения аммиака в мочевину имеет важное значение для сохранения здоровья. Понимание патогенеза расстройств, возникающих при заболеваниях печени (гепатит, цирроз) и врождённых дефектах ферментов цикла мочевинообразования, лечение больных, страдающих этими заболеваниями, требуют знания механизмов обезвреживания аммиака в тканях.

Цель занятия. После изучения данной темы студент должен знать общие пути катаболизма аминокислот в тканях и их биологическую роль, основные источники образования аммиака и пути его обезвреживания в организме, их регуляцию, возможные причины нарушений, уметь применять приобретённые знания для решения теоретических и практических задач.

Читайте так же:  Л карнитин спорт питание

Исходный уровень знаний.

1. Строение аминокислот (аланин, аспартат, аспарагин, аргинин, глутамат, глутамин, гистидин, тирозин, триптофан, цистеин).

2. Кислотно-основные свойства органических соединений.

3. Высокоэнергетические фосфатные соединения: роль в организме.

4. Цикл трикарбоновых кислот: реакции, роль в организме.

5. Принципы диагностики врождённых дефектов ферментов.

Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

К общим путям катаболизма аминокислот относятся реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования.

2.1.1. Трансаминирование аминокислот – перенос аминогруппы (NН2-) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования катализируют ферменты – аминотрансферазы (или трансаминазы). Кофермент аминотрансфераз – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). В реакции принимает участие альдегидная группа кофермента. Реакция легко обратима. Механизм реакции трансаминирования представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Механизм переноса аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту в реакции трансаминирования.

Примеры реакций трансаминирования:

Роль реакций трансаминирования в организме:

· участие в непрямом дезаминировании аминокислот;

· путь синтеза заменимых аминокислот;

· образующиеся в реакции α-кетокислоты могут включаться в общий путь катаболизма и глюконеогенез.

2.1.2. Дезаминирование аминокислот – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака (NН3). В тканях человека преобладает окислительное дезаминирование, то есть сопряжённое с переносом водорода.

Большинство ферментов, участвующих в окислительном дезаминировании аминокислот, при физиологических значениях рН малоактивны. Поэтому основная роль в окислительном дезаминировании принадлежит глутаматдегидрогеназе, которая катализирует прямое окислительное дезаминирование глутамата. В качестве кофермента используются НАД + или НАДФ + (производные витамина РР). Реакция обратима.

Глутаматдегидрогеназа – аллостерический фермент, его аллостерическими активаторами являются АДФ и ГДФ, аллостерическими ингибиторами – АТФ, ГТФ и НАДН.

Непрямое дезаминирование

характерно для большинства аминокислот. Оно называется непрямым, потому что происходит в 2 этапа:

1. на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;

2. на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 4).

Рисунок 2.2. Схема непрямого дезаминирования аминокислот.

Участие аминотрансфераз в этом процессе позволяет собрать аминогруппы различных аминокислот в составе одной аминокислоты – глутамата, который затем подвергается окислению с образованием аммиака и α-кетоглутарата.

2.1.3. Декарбоксилирование аминокислот – отщепление карбоксильной группы от аминокислоты с образованием СО2. Продуктами реакций декарбоксилирования аминокислот являются биогенные амины, участвующие в регуляции обмена веществ и физиологических процессов в организме (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1

Биогенные амины и их предшественники.

Аминокислота Биогенный амин
Гистидин Гистамин
Глутамат γ-аминомасляная кислота (ГАМК)
Тирозин Дофамин
Триптофан Триптамин
Серотонин
Цистеин Тиоэтиламин
Таурин

[2]

Реакции декарбоксилирования аминокислот и их производных катализируют декарбоксилазы аминокислот. Кофермент – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). Реакции являются необратимыми.

2.1.3.1. Примеры реакций декарбоксилирования. Некоторые аминокислоты непосредственно подвергаются декарбоксилированию:

Гистамин обладает мощным сосудорасширяющим действием, особенно капилляров в очаге воспаления; стимулирует желудочную секрецию как пепсина, так и соляной кислоты, и используется для исследования секреторной функции желудка.

ГАМК – тормозный медиатор в центральной нервной системе.

Ряд аминокислот подвергается декарбоксилированию после предварительного окисления.

Серотонин образуется главным образом в клетках центральной нервной системы, обладает сосудосуживающим действием. Участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, почечной фильтрации.

[3]

Дофамин служит предшественником катехоламинов; является медиатором ингибирующего типа в центральной нервной системе.

Таурин образуется главным образом в печени; участвует в синтезе парных желчных кислот (таурохолевой кислоты).

2.1.3.2. Катаболизм биогенных аминов. В органах и тканях существуют специальные механизмы, предупреждающие накопление биогенных аминов. Основной путь инактивации биогенных аминов – окислительное дезаминирование с образованием аммиака – катализируется моно- и диаминооксидазами.

Моноаминооксидаза (МАО) — ФАД-содержащий фермент – осуществляет реакцию:

В клинике используются ингибиторы МАО (ниаламид, пиразидол) для лечения депрессивных состояний.

Общие пути катаболизма аминокислот. Значение реакций дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования.

Окислительный катаболизм аминокислот: возможные пути расщепления углеводного скелета, утилизация аминного азота. Углеродные скелеты аминок-т обр-ся из продуктов обмена, аминогруппы вводятся путем прямого аминирования или трансаминирования, лишь немногие из аминок-т обр-ся в рез-те прямого аминирования свободными ионами NH4+. Из свободных аминокислот в цитоплазме количественно преобладает глутаминовая к-та(более 50% пула) Расщепление амин-т включает 2 типа реакций 1)Связанные с удалением и дальнейшим превращением аминогруппы (дезаминирование, переаминирование, включается в состав мочевины). 2)превращение углеродного скелета. Превращение углер. скелета в аэробных условиях приводят к соединениям, включающимся в ЦТК. Удаление аминогруппы происходит переаминированием. Аланин и аспартат обр-ся путем трансаминирования соответственно из пирувата и аксалоацетата.

51.Трансаминирование аминокислот.

Трансаминирование — реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Константа равновесия для большинства таких реакций близка к единице (Кр

1,0), поэтому процесс трансаминирования легко обратим. Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) — производное витамина В6 . Аминотрансферазы обнаружены как в цитоплазме, так и в митохондриях клеток эукариот. Причём митохондриальные и цитоплазматические формы ферментов различаются по физико-химическим свойствам. В клетках человека найдено более 10 аминотрансфераз, отличающихся по субстратной специфичности. Вступать в реакции трансаминирования могут почти все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина.

Читайте так же:  Сколько раз в день пить креатин

1. Механизм реакции

Аминотрансферазы — классический пример ферментов, катализирующих реакции, протекающие по механизму типа «пинг-понг» (см. раздел 2). В таких реакциях первый продукт должен уйти из активного центра фермента до того, как второй субстрат сможет к нему присоединиться.

2. Органоспецифичные аминотрансферазы АНТ и ACT

Чаще всего в реакциях трансаминирования участвуют аминокислоты, содержание которых в тканях значительно выше остальных — глутамат, аланин, аспартат и соответствующие им кетокислоты — α-кетоглутарат, пируват и оксалоацетат. Основным донором аминогруппы служит глутамат.

Акцептором аминогруппы любой аминокислоты, подвергающейся трансаминированию (аминокислота 1), служит α-кетоглутарат. Принимая аминогруппу, он превращается в глутамат, который способен передавать эту группу любой α-кетокислоте с образованием другой аминокислоты (аминокислота 2).

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 разных аминотрансфераз. Наиболее распространёнными ферментами в большинстве тканей млекопитающих являются аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции — глутамат-пируватаминотрансфераза (ГПТ) и аспартатаминотрансфераза (ACT), по обратной реакции — глутамат-оксалоацетатаминотрансфераза (ГОТ).

АЛТ (АлАТ) катализирует реакцию транса-минирования между аланином и α-кетоглутаратом.

Локализован этот фермент в цитозоле клеток многих органов, но наибольшее его количество обнаружено в клетках печени и сердечной мышцы.

ACT (АсАТ) катализирует реакцию трансами-нирования между аепартатом и α-кетоглутаратом аналогично предыдущей.

В результате образуются оксалоацетат и глутамат. ACT имеет как цитоплазматическую, так и митохондриальную формы. Наибольшее его количество обнаружено в клетках сердечной мышцы и печени.

Так как наибольшее количество АЛТ и ACT сосредоточено в печени и миокарде, а содержание в крови очень низкое, можно говорить об органоспецифичности этих ферментов.

В результате работы аминотрансфераз аминный азот многих аминокислот переходит в состав глутамата. Есть основания считать, что накопление аминогрупп в форме глутаминовой кислоты происходит в цитозоле. Затем глутамат с помощью транслоказ попадает в митохондрии, где активна специфическая ACT. В результате действия этого фермента глутамат снова превращается в α-кетоглутарат. Последний используется для непрямого дезаминирования аминокислот, содержащихся в митохондриях. Это очень важно, так как только глутамат в тканях млекопитающих наиболее быстро может подвергаться окислительному дезаминированию.

3. Биологическое значение трансаминирования

Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот. Поскольку этот процесс обратим, ферменты аминотрансферазы функционируют как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот. Трансаминирование -заключительный этап синтеза заменимых аминокислот из соответствующих α-кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам. В результате происходит перераспределение аминного азота в тканях организма. Трансаминирование — первая стадия дезаминирования большинства аминокислот, т.е. начальный этап их катаболизма. Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. При трансаминировании общее количество аминокислот в клетке не меняется.

Диагностическое значение определения аминотрансфераз в клинической практике

В клинической практике широко используют определение активности ACT и АЛТ в сыворотке крови для диагностики некоторых заболеваний.

В норме в крови активность этих ферментов очень мала и составляет 5-40 Е/л. При повреждении клеток соответствующего органа ферменты выходят в кровь, где активность их резко повышается. Поскольку ACT и АЛТ наиболее активны в клетках печени, сердца и, в меньшей степени, скелетных мышц, их используют для диагностики болезней этих органов (см. раздел 2). В клетках сердечной мышцы количество ACT значительно превышает количество АЛТ, а в печени — наоборот. Поэтому особенно информативно одновременное измерение активности обоих ферментов в сыворотке крови. Соотношение активностей ACT/АЛТ называют «коэффициент де Ритиса». В норме этот коэффициент равен 1,33±0,42. При инфаркте миокарда активность ACT в крови увеличивается в 8-10 раз, а АЛТ — в 1,5-2,0 раза. Наиболее резко активность ACT увеличивается при некрозе ткани, так как выходит в кровь и цитоплазматическая и митохондриальная формы фермента. При инфаркте миокарда значение коэффициента де Ритиса резко возрастает.

Видео (кликните для воспроизведения).

При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в ∼8-10 раз по сравнению с нормой, a ACT — в 2-4 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0,6. Однако при циррозе печени этот коэффициент увеличивается, что свидетельствует о некрозе клеток, при котором в кровь выходят обе формы ACT.

Источники


  1. Окорокова, Ю. И. Гигиена питания / Ю.И. Окорокова, Ю.Н. Еремин. — М.: Медицина, 2009. — 368 c.

  2. Казакевич, Алла Лучшие рецепты раздельного питания / Алла Казакевич. — М.: БАО, 2001. — 192 c.

  3. Гурвич, М. М. Диетология. Полное руководство / М.М. Гурвич. — М.: Эксмо, 2013. — 592 c.
Общие пути катаболизма аминокислот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here