Общие пути катаболизма аминокислот

Сегодня предлагаем ознакомится со статьей на тему: общие пути катаболизма аминокислот с профессиональным описанием и объяснением.

Общие пути катаболизма аминокислот.

Катаболизм аминтокислот идет до конечных продуктов (СО2, Н2О, NН4) При расщеплении выделяется свободная энергия — 10, 15%. При распаде аминокислот образуется весьма токсичное соединение — аммиак, обезвреживание которого требует специальных механизмов.

Окислительный распад аминокислот начинается с отщепления аминогруппы в виде аммиака с образованием углеродного скелета аминокислот. Это достигается в результате процессов трансаминирования, окислительного дезаминирования или трансдезаминирования аминокислот.

Трансаминирование аминокислот.

При трансаминировании аминокислота взаимодействует к кетокислотой и в ходе этого взаимодействия происходит перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без образования свободного аммиака. В результате образуется новая аминокислота и новая кетокислота. Одной из участвующих во взаимодействии кислот должна быть дикарбоновой.

Реакции катализируются ферментами — аминотрансферазы (трансаминазы). Реакции трансаминирования легко обратимы, в клетках органах и тканей находиться большое кол-во трансаминаз. Каждый фермент катализирует перенос аминогруппы только между определенной парой аминокислот. В реакцию трансаминирования из аминокислот входящих в состав белков вступают только две: треонин и лизин.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Учись учиться, не учась! 10126 —

| 7766 — или читать все.

185.189.13.12 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Стадии катаболизма питательных веществ.

Катаболизм – совокупность химических реакций превращения высокомолекулярных соединений в низкомолекулярные. Это сложный ферментативный процесс, в котором принято выделять три основные стадии (рисунок).

Рисунок. Три стадии катаболизма питательных веществ (обозначены римскими цифрами).

На первой стадии крупные биомолекулы расщепляются на составляющие их строительные блоки: полисахариды превращаются в пентозы и гексозы, жиры – в жирные кислоты, глицерол и другие компоненты, белки – в аминокислоты. Это происходит в желудочно-кишечном тракте, а также в лизосомах клетки. Реакции катализируют ферменты, относящиеся к классу гидролаз. Относительная энергоотдача составляет менее 1% всей высвобождаемой энергии.

На второй стадии строительные блоки превращаются в более простые молекулы. Моносахариды, глицерол и большинство аминокислот расщепляются до одного и того же трёхуглеродного метаболита – пирувата. Это происходит в цитоплазме клеток. В дальнейшем пируват, а также жирные кислоты и некоторые аминокислоты окисляются до ацетильного остатка, связанного с коэнзимом А (ацетил-КоА). Эти реакции протекают уже в митохондриях клетки. Пируват и ацетил-КоА, находящиеся на пересечении нескольких метаболических путей, можно отнести кключевым или узловым метаболитам. Относительная энергоотдача второй стадии катаболизма около 20%; выделяемая энергия может быть частично аккумулирована в виде АТФ.

На третьей стадии происходит окисление ацетильной группы в цикле трикарбоновых кислот Кребса до СО2 и восстановленных форм коферментов НАД и ФАД. Эти коферменты окисляются в дыхательной цепи до Н2О; выделяемая энергия аккумулируется в АТФ. Все эти реакции протекают в митохондриях. Относительная энергоотдача третьей стадии — около 80%.

Различают общий и специфические пути катаболизма. К специфическим путям катаболизма веществ того или иного класса относят главным образом реакции первой и второй стадии катаболизма, которые для каждого класса могут существенно различаться. Третья стадия, одинаковая для всех классов питательных веществ, называется общим путём катаболизма.

Промежуточный обмен аминокислот в тканях

Промежуточный метаболизм аминокислот белковых молекул, как и других питательных веществ в организме, включает катаболические (распад до конечных продуктов) и анаболические (биосинтез аминокислот) процессы, а также ряд других специфических превращений, сопровождающихся образованием биологически активных веществ. Условно промежуточный метаболизм аминокислот можно разделить на общие пути обмена и индивидуальные превращения отдельных аминокислот.

Общая структура аминокислот, составляющих белки (кроме пролина)

Общие пути обмена аминокислот

Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации. Реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов, физиологическая роль которой заключается в синтезе D-изомеров аминокислот для построения клеточной оболочки.

· Дезаминирование (отщепление аминогруппы) – существует четыре типа реакций, катализируемых своими ферментами:

1. Восстановительное дезаминорование ( +2H + )

2. Гидролитическое дезаминированиие (+H2О)

3. Внутримолекулярное дезаминирование

4. Окислительное дезаминирование (+1/2 О2)

Во всех случаях NH2— группа аминокислоты высвобождается в виде аммиака. Помимо аммиака продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, окикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства микроорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, который подвергается внутримолекулярному дезаминированию.


Пример дезаминирования

Кроме перечисленных четырех типов реакций и катализирующих их ферментов в животных тканях и печени человека открыты также три специфических фермента (серин- и треониндегидратазы и цистатионин-γ- лиаза), катализирующих неокислительное дезаминирование серина, треонина и цистеина. Они требуют присутствия пиридоксаль-фосфата в качестве кофермента. Конечными продуктами реакции являются пируват и α- кетобутират, аммиак и сероводород.

· Трансаминирование – реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака (глутамат+ пируват = α-кетоглутарат + аланин). Впервые эти реакции были открыты в 1937г. А.Е. Браунштейном и М.Г. Крицман. Реакции трансаминирования являются обратимыми и универсальными для всех живых организмов, они протекают при участии специфических ферментов – аминотрансфераз (трансамниназ). Теоретически реакции возможны между любой амино- и кетокислотой, но наиболее интенсивно они протекают, если один из партнеров представлен дикарбоновой амино- или кетокислотой. В переносе амниогруппы активное участие принимает кофермет трансминаз – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). Для реакций трансаминирования характерен общий механизм. Ферменты реакции катализируют перенос аминогруппы не на α -кетокислоту, а на кофермент; образовавшееся промежуточное соединение (шиффово основание) подвергается внутримолекулярным превращениям, приводящим к освобождению α-кетокислоты и пиридоксамнофосфата. Последний на втолрой стадии реагирует с любой другой α-кетокислотой, что через те же стадии приводит к синтезу новой аминокислоты и пиридоксальфосфата.

Читайте так же:  Витамин е для кожи


Общая реакция трансаминирования

· Декарбоксилирование — отщепление карбоксильной группы в виде СО2, образующиеся продукты реакции называются биогенными аминами, они оказывают сильное фармакологическое действие на множество функций. Эти реакции являются необратимыми, они катализируютя специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокмлот- которые в качестве кофермента содержат пиридоксальфосфат ( кроме гистидиндекарбоксилазы и аденозилдекарбоксилазы – содержат остаток пировиноградной кислоты в качестве кофермента). В живых организмах открыты четыре типа декарбоксилирования аминокислот.


Декарбоксилирование

1. α-декарбоксилирование – характерно для тканей животных: от аминокислот отщепляется соседняя от α-углеродного атома карбоксильная группа.

2. ω-декарбоксилирование- свойственно микроорганизмам

3. декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования. Образуется альдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте.

4. Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсацией двух молекул:

Обезвреживание аммиака в организме

В организме человека подвергается распаду около 70г аминокислот в сутки: при этом освобождается большое количество аммиака, являющегося высокотоксичным соединением. Поэтому крнцентрация аммиака должна сохраняться на низком уровне (в норме уровень его не превышает 60 мкмоль/л). Концентрация аммиака 3 ммоль/л является летальной.

Одним из путей связывания и обезвреживания аммиака в мозге, сетчатке, почках и мышцах, является биосинтез глутамина( и, возможно, аспарагина). Поскольку глутамин и аспарагин с мочой выделяются в небольших количествах, было высказано предположение, что они выполняют скорее транспортную функцию переноса аммиака в нетоксичной форме.

Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой благодаря обратимости глутаматдегидрогеназной реакции; при синтезе глутамина связывается ещё 1 молекула, т.о. нейтрализуются две молекулы аммиака:

Орнитиновый цикл мочевинообразования

Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины (в основном,в печени).Она выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Реакции синтеза мочевины, представлены в виде цикла, получившего название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.

· На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат – это метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений.

· На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием

цитруллина; реакцию катализирует орнитинкарбамоилтрансфераза:

На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспаргиновой кислоты с образованием аргининосукцината ( эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининсукцинат распадается во второй реакции на аргинин и фумарат поддействием аргининосукцинат-лиазы.

На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы. Суммарная реакция синтеза мочевины без учёта промежуточных продуктов:

Это энергетически выгодная реакция, поэтому процесс всегда протекает в направлении синтеза мочевины.

В состоянии азотистого равновесия организм человека потребляет и соответственно выделяет примерно 15 г азота в сутки; из экскретируемого с мочой количества азота на долю мочевины приходится около 85%, креатинина-около 5%, аммонийных солей – 3%, мочевой кислоты-1% и на другие формы-около 6%.

Типы азотистого обмена. А м м о н и о т е л и ч е с к и й т и п , при котором главным конечным продуктом азотистого обмена является аммиак, свойствен рыбам. У р е о т е л и ч е с к и й т и п обмена — основным конечным продуктом обмена белков является мочевина, характерен для человека и животных. У р и к о т е л и ч е с к и й т и п — главным конечным продуктом обмена является мочевая кислота, характерен для птиц и рептилий.

Пути обмена безазотистого остатка аминокислот

За сутки у человека распадаются примерно 100г АК. Катаболизм всех АК сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: ПВК, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и ЩУК. Эти вещества окисляются в ЦТК для образования АТФ или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.

Гликогенные аминокислоты — АК, которые превращаются в ПВК и промежуточные продукты ЦТК (а-КГ, сукцинил-КоА, фумарат, ЩУК). Они через ЩУК, используются в глюконеогенезе (ала, асн, асп, гли, глу, глн, про, сер, цис, арг, гис, вал, мет, тре).

Кетогенные аминокислоты – АК, которые в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел.

[1]

Смешанные (глико-кетогенными) аминокислоты – АК, при катаболизме которых образуются метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Эти АК используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.

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).

Читайте так же:  Сколько протеина после тренировки

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).

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 организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты — декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом — это активная форма витамина В6. Продукты реакции – биогенные амины и углекислый газ.

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.

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. Орнитиндекарбоксилаза — высокоспецифичный фермент. Катализирует превращение орнитина в путресцин:

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

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.

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. Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление.

При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой.

Катаболизм аминокислот начинается с дезаминирования

У человека основным способом дезаминирования является окислительное дезаминирование . Выделяют два варианта окислительного дезаминирования: прямое и непрямое.

Читайте так же:  Глютамин спортивное питание какое лучше

Прямое окислительное дезаминирование

Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода ( аэробное ) и не нуждаться в кислороде ( анаэробное ).

1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами D-аминокислот (D-оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами L-аминокислот (L-оксидазы) с коферментом ФМН. В организме человека эти ферменты присутствуют, но практически неактивны.

Реакция, катализируемая оксидазами D- и L-аминокислот

2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой , превращающей глутамат в α-кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных). Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже).

Реакция прямого окислительного дезаминирования
глутаминовой кислоты

В печени реакция используется для получения аммиака из его транспортной формы глутаминовой кислоты. Далее аммиак входит в реакции синтеза мочевины.

Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)

Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.

Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты при участии ферментов аминотрансфераз. Этот перенос называется трансаминирование и его механизм довольно сложен.

В качестве кетокислоты-акцептора («кетокислота 2») в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат («аминокислота 2»).

Схема реакции трансаминирования

В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют α-NH2-группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О.

Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от аминокислоты 2 – дезаминирование .

Т.к. в организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота , то только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α-кетоглутаровой кислоты. Этот этап осуществляется глутаматдегидрогеназой (перейти вверх к ее реакции), которая имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.

Учитывая тесную связь обоих этапов, непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование .

Схема обоих этапов трансдезаминирования

Если реакция прямого дезаминирования идет в митохондриях печени, аммиак используется для синтеза мочевины, которая в дальнейшем удаляется с мочой. В эпителии канальцев почек реакция необходима для удаления аммиака в процессе аммониегенеза.

Так как НАДН используется в дыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАДН.

[3]

Роль трансаминирования и трансдезаминирования

  • активируются в печени, мышцах и других органах при поступлении в клетку избыточного количества тех или иных аминокислот – с целью оптимизации их соотношения,
  • обеспечивают синтез заменимых аминокислот в клетке при наличии их углеродного скелета (кетоаналога),
  • начинаются при прекращении использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма их безазотистого остатка и выработки энергии,
  • необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – для использования безазотистого остатка аминокислот в печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах – для его прямого вовлечения в реакции цикла трикарбоновых кислот.

При патологиях (сахарный диабет, гиперкортицизм) реакции трансаминирования обусловливают появление субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.

Продукт трансаминирования глутаминовая кислота:

[2]

  • является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты,
  • способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его.

Процесс трансдезаминирования идет в организме непрерывно, потому что:

  • сопряженные реакции трансаминирования и дезаминирования создают поток лишнего аминного азота из периферических клеток в печень для синтеза мочевины и в почки для синтеза аммонийных солей.

Пути метаболизма аминокислот

Аминокислоты в клетке составляют динамичный пул, который непрерывно пополняется и так же непрерывно расходуется.

Существуют три источника аминокислот для пополнения этого пула – поступление из крови, распад собственных внутриклеточных белков и синтез заменимых аминокислот.

Путь дальнейшего превращения каждой аминокислоты зависит от вида и функции клетки, условий ее существования и гормональных влияний. Спектр веществ, получаемых клеткой из аминокислот, чрезвычайно широк.

Возможные пути превращений аминокислот

Реакции превращения аминокислот в клетке условно можно разделить на три части, в зависимости от реагирующей группы:

  • с участием аминогруппы — здесь подразумевается удаление от аминокислоты аминогруппы тем или иным способом, в результате чего остается углеводородный скелет,
  • по боковой цепи (радикалу) — происходит использование углеродного скелета для синтеза глюкозы, жиров, или для образованеия энергии АТФ,
  • по карбоксильной группе — связано с отщеплением карбоксильной группы.

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 организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты — декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом — это активная форма витамина В6. Продукты реакции – биогенные амины и углекислый газ.

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.

Читайте так же:  Л карнитин и бег для похудения

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. Орнитиндекарбоксилаза — 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.

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. Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление.

При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой.

Общие пути катаболизма аминокислот. Токсичность и обезвреживание аммиака Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

1. Путь декарбоксилирования (-СО2) и образования БАА (биологически активных аминов).

Некоторые аминокислоты (Три, Тир, Глу, Гис и др.) могут подвергаться декарбоксилированию. Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз – пиридоксальфосфат. Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются БАА. Они выполняют функции нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин).

Инактивация биологически активных аминов.

Для осуществления биологической функции в нервных клетках требуется определенная концентрация БАА. Избыточное накопление их может вызвать различные патологические отклонения. Инактивация БАА происходит двумя путями:

1) Метилированием с участием SАМ (S–Аденозилметионин) под действием метилтрансфераз. Так инактивируются адреналин (метиладреналин), гистамин (метилгистамин).

2) Окислением ферментами моноаминооксидазами (МАО) с коферментом ФАД — таким путем инактивируются дофамин, норадреналин, серотонин, ГАМК. При этом происходит окислительное дезаминирование БАА с образованием альдегидов, а затем соответствующих кислот, которые выводятся почками.

2. Пути дезаминирования (-nн2) и трансаминирования.

Катаболизм большинства аминокислот начинается с отщепления а-аминогруппы. Аминокислота теряет аминогруппу в результате двух типов реакций: трансаминирования и дезаминирования.

Дезаминирование аминокислот: восстановительное, гидролитическое, внутримолекулярное, окислительное, неокислительное. При этом выделяется аммиак и образуется соответствующая кислота (предельная, гидрокси-, непредельная и кетокислота).

Наиболее активно в тканях происходит окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует ферментглутаматдегидрогеназа, коферментом которой является НАД. Реакция идет в два этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование а-иминоглутарата, затем — неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака и образование α-кетоглутаровой кислоты.

Трансаминирование — реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, без промежуточного выделения аммиака, в результате чего образуется новая α-кетокислота и новая (заменимая) аминокислота. Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) — производное витамина В6.

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностьюк разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 различных аминотрансфераз. Наиболее распространенными ферментами являются аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции — глутамат-пируватаминотрансфераза (ГПТ) и аспартатаминотрансфераза (АСТ), по обратной реакции – глутамат-оксалоацетатаминотрансфераза (ГОТ). Высокая активность АЛТ в печени, АСТ — в миокарде, а в крови их активность очень низкая. Коэффициент де Ритса у здоровых лиц АСТ/АЛТ в плазме крови =1,33±0,42, при инфаркте миокарда резко возрастает, при гепатитах понижается до 0,6.

Непрямое дезаминирование аминокислот (трансдезаминирование).

Большинство аминокислот не способно к прямому дезаминированию (ФМН-зависимые оксидазы функционируют при рН =10) и подвергаются непрямому дезаминированию. Такой механизм протекает в две стадии:

1) Трансаминирование аминокислоты с α-кетоглутаровой кислотой (аминотрансферазы, ПФ), что приводит к образованию α-кетокислоты и глутамата.

2) Глутамат окислительно дезаминируется глутаматдегидрогеназой (НАД), что приводит к выделению аммиака и α-кетоглутаровой кислоты.

Биологическая роль трансдезаминирования: обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот, так и возможность синтеза практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты.

Источники аммиака: трансдезаминирование аминокислот, дезаминирование биогенных аминов и нуклеотидов. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате гниения белков. Концентрация аммиака в крови воротной вены выше, чем в общем кровотоке. В печени задерживается значительное количество аммиака, чтобы поддерживать низкое содержание его в крови (0,02-0,04 ммоль/л). Аммиак — токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации — гиперамонемия (0,6 ммоль/л) вызывает судороги. К симптомам гипераммониемии относятся: раздражение ЦНС, рвота, судороги, потеря сознания, кома, летальный исход.

Механизм токсичности аммиака:

— способствует развитию алколоза (рН >7), т.к. связывает Н + с образованиемNН4 + ;

— способствует восстановительному аминированию α-кетокислот; из-за снижения а-кетокислот тормозятся реакции трансаминирования, ЦТК, подавляется дыхание, образование АТФ, что приводит к усилению синтеза кетоновых тел из ацетил-КоА в печени.

— стимулирует синтез глутамина в нервной ткани (отек ЦНС) и снижается образование ГАМК.

Механизм обезвреживания аммиака:основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма, являетсясинтез глутаминапод действием глутаминазы с затратой АТФ. Глутамин (амид глутаминовой кислоты) легко транспортируется через клеточные мембраны и с током крови транспортируется в кишечник и почки. В почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием глутамата и аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия и сохранения важнейших катионовNа + и К + . В почках образуется и выводится около 0,5 гсолей аммония(сульфаты, хлориды) в сутки.

В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование(реаминирование) и трансаминирование а-кетокислот. Этот механизм обезвреживает аммиак и, одновременно, является вариантом биосинтеза заменимых аминокислот и α-кетокислот, образованных при окислении глюкозы.

Читайте так же:  Жиросжигатели для похудения женщин без тренировок

При регенерации аспартата из фумарата НАДН2через ЦПЭ обеспечивает синтез 3 АТФ. За один оборот орнитинового цикла расходуются три АТФ (две — образование карбамоилфосфата, и одна при синтезе аргининосукцината), поэтому орнитиновый цикл сам обеспечивает себя энергией.

Пути обмена безазотистого остатка аминокислот. Кето- и гликогенные аминокислоты.

В результате катаболизма всех аминокислот образуются вещества, вступающие в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, фумарат, оксалоацетат.

Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат), могут превращаться в итоге в оксалоацетат и использоваться в процессе глюконеогенеза. Эти аминокислоты образуют группу гликогенных аминокислот (Ала, Асп, Глу, Сер, и др.).

Кетогенные аминокислоты – Лиз, Лей, Три, Фен, Тир — в процессе катаболизма превращаются в ацетат или ацетил-КоА и могут быть источниками кетоновых тел.

Ряд аминокислот (Три, Фен, Тир) используются и для синтеза глюкозы и для синтеза кетоновых тел, такие аминокислоты называются смешанными или гликокетогенными.

Безазотистые остатки аминокислот используют и для восполнения метаболитов общего пути катаболизма (ОПК): ЦТК, глюконеогенез, синтез заменимых аминокислот или окисляются до СО2 и Н2О.

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.

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

Кислотно-основные свойства органических соединений.

Высокоэнергетические фосфатные соединения: роль в организме.

Цикл трикарбоновых кислот: реакции, роль в организме.

Принципы диагностики врождённых дефектов ферментов.

2.1. 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:

на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;

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.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

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).

Источники


  1. Исаева, Елена Антицеллюлитная гимнастика. Ровная гладкая кожа за 1 месяц / Елена Исаева. — М.: Рипол Классик, 2008. — 840 c.

  2. Бароненко, В.А. Здоровье и физическая культура студента / В.А. Бароненко. — М.: Альфа-М, 2018. — 116 c.

  3. Ковальский, Игорь Идеальное тело. Силовые упражнения для настоящих мужчин / Игорь Ковальский. — М.: Вектор, 2010. — 112 c.
  4. Губергриц, А. Я. Лечебное питание / А.Я. Губергриц, Ю.В. Линевский. — М.: Вища школа, 1977. — 240 c.
Общие пути катаболизма аминокислот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here