Превращения аминокислот в клетках

Сегодня предлагаем ознакомится со статьей на тему: превращения аминокислот в клетках с профессиональным описанием и объяснением.

Пути использования аминокислот в организме

Основные пути использования аминокислот в клетках организма представлены на рис. 51.

Рис. 51. Пути использования аминокислот в клетках организма

Главный путь использования аминокислот – синтез специфических для организма белков: структурных, сократительных, белков-ферментов, гормонов белковой природы взамен распадающихся. Скорость обновления тканевых белков достаточно высока. Так период полураспада белков печени составляет около 9 суток, белков мышечной ткани около 120 суток.

Другой важнейший путь использования аминокислот – синтез различных биологически активных веществ. Даже если исключить из этой группы белки-ферменты и гормоны белковой природы, перенеся их в группу белков, останется достаточно многочисленная группа веществ: гормонов-полипептидов, гормонов — производных аминокислот и ряд других соединений, выполняющих в организме преимущественно регуляторные функции.

Часть аминокислот (и поступивших из пищеварительной системы, и образовавшихся при распаде тканевых белков) используется в качестве источника энергии. Некоторое количество аминокислот может превращаться в углеводы, в липиды. Хотя последнее наиболее вероятно при поступлении в организм избыточного количества белка. Еще один очень важный путь использования аминокислот – синтез заменимых аминокислот. Рассмотрим важнейшие пути использования аминокислот в клетках организма.

Синтез белков

Синтез белка это сложный многоступенчатый процесс, основными этапами которого являются транскрипция, активация аминокислот и трансляция. Рассмотрим основные этапы синтеза белка.

Транскрипция.

Специфика того или иного белка определяется набором аминокислот и порядком их соединения в белковой молекуле. Набор аминокислот и порядок их соединения закодирован в молекуле ДНК с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется тремя расположенными рядом нуклеотидами – триплетами или кодонами. Главным отличительным свойством различных нуклеотидов являются входящие в их состав азотистые основания, которых в ДНК встречается четыре вида: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Сочетаниями из трех азотистых оснований можно образовать 64 различных триплета.

Молекулы ДНК находятся в ядре и не принимают непосредственного участия в синтезе белка. Информация о последовательности аминокислот в той или иной молекуле белка передается от ДНК к местам синтеза с помощью информационной РНК (и-РНК). Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК на участке ДНК, несущем информацию о последовательности аминокислот в конкретной молекуле белка. Такой участок ДНК называется геном или цистроном.

Транскрипция начинается с разрыва водородных связей между двумя комплементарными цепями ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы. Затем происходит раскручивание спирали ДНК на участке, несущем нужную для синтеза белка информацию. Завершается транскрипция синтезом и-РНК при участии фермента РНК-полимеразы. В результате информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле переносится в и-РНК. И-РНК выходит из ядра в цитоплазму и присоединяется к рибосоме.

Активация аминокислот

. В синтезе белка участвуют активные аминокислоты. Активация аминокислот начинается с их взаимодействия с АТФ, в результате которого образуется макроэргический комплекс аминокислоты (Ак) с АМФ (аминоациладенилат — Ак

АМФ) и неорганический пирофосфат (ФФн):

Затем происходит взаимодействие активированной аминокислоты с соответствующей данной аминокислоте транспортной РНК (т-РНК) с образованием макроэргического комплекса аминокислоты с т-РНК (аминоацил

[2]

Реакция катализируется ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазой. Этот этап синтеза белка получил название рекогниции..

Транспортные РНК представляют собой сравнительно небольшие молекулы, состоящие из 80-100 нуклеотидов. Каждой аминокислоте соответствует от одной до шести видов т-РНК, с которыми она может образовывать комплекс. Транспортные РНК имеют два специфических триплета. Один из них кодон, к которому присоединяется аминокислота, другой – антикодон, который может присоединяться к кодону соответствующей аминокислоты в и-РНК по принципу комплементарности. Роль т-РНК сводится не только к доставке аминокислот к местам синтеза белка – рибосомам, но и переводу информации с последовательности нуклеотидов на последовательность аминокислот.

Трансляция

. Непосредственный синтез белка (трансляция) осуществляется на особых внутриклеточных образованиях, называемых рибосомами. Рибосомы построены из нуклеопротеинов, содержащих примерно 60% РНК и 40% различных белков. Они обеспечивают считывание генетической информации с и-РНК и реализацию ее в последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Рибосомы обладают ферментативными свойствами, катализируя образование пептидных связей между аминокислотами. В процессе синтеза белка молекула и-РНК передвигается между двумя субъединицами рибосомы, к одной из которых присоединяется специфический белоксинтезирующий фермент (пептидилтрансфераза). В процессе этого перемещения кодоны и-РНК взаимодействуют с антикодонами т-РНК. При этом белоксинтезирующий фермент катализирует присоединение аминокислотного остатка т-РНК к полипептидной цепи. Образование и удлинение полипептидной цепи на рибосоме (элонгация) происходит с затратой энергии, источником которой является макроэргическое соединение гуанинтрифосфат (ГТФ).

Завершение синтеза белка (терминация) обеспечивается специальными кодонами в и-РНК (стоп-сигналами), которые не используются для кодирования аминокислот. Уже в процессе синтеза белка формируется первичная (последовательность аминокислот) и вторичная структура белковой молекулы. После завершения синтеза и отделения полипептидной цепи от рибосомы происходит формирование третичной и четвертичной структуры белка. В формировании третичной и четвертичной структуры белка участвуют дополнительные внутриклеточные органеллы (аппарат Гольджи).

Синтеза белка — энергоемкий процесс. Присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты требует затраты по меньшей мере пяти молекул АТФ. При активации аминокислоты АТФ распадается до АМФ, что эквивалентно затрате двух молекул АТФ. На этап трансляции затрачивается одна молекула ГТФ. В процессе элонгации расходуются две молекулы ГТФ на каждую присоединяемую к цепи аминокислоту. И, наконец, терминация (завершение синтеза) требует затраты еще одной молекулы ГТФ.

Ресинтез ГТФ происходит в реакции ГДФ с АТФ:

ГДФ + АТФ = ГТФ + АДФ

Следовательно, одним из важнейших условий синтеза белка является возможность обеспечения этого процесса достаточным количеством энергии.

Аминокислоты, не использованные для синтеза белка, подвергаются различным превращениям, которые, в большинстве своем начинаются с реакций трех типов: декарбоксилирования, трансаминирования, дезаминирования.

Инфекции человека

  • Бактериальные инфекции (41)
  • Биохимия (5)
  • Вирусные гепатиты (12)
  • Вирусные инфекции (43)
  • ВИЧ-СПИД (28)
  • Диагностика (30)
  • Зооантропонозные инфекции (19)
  • Иммунитет (16)
  • Инфекционные заболевания кожи (33)
  • Лечение (38)
  • Общие знания об инфекциях (36)
  • Паразитарные заболевания (8)
  • Правильное питание (41)
  • Профилактика (23)
  • Разное (3)
  • Сепсис (7)
  • Стандарты медицинской помощи (26)

Обмен аминокислот в тканях

Обмен белков в тканях.

Основная часть аминокислот, которые образуются в кишечнике из белков, поступает в кровь (95%) и небольшая часть — в лимфу. По воротной вене аминокислоты попадают в печень, где расходуются на биосинтез различных специфических белков (альбуминов, глобулинов, фибриногена). Другие аминокислоты током крови разносятся ко всем органам и тканям, транспортируются внутрь клеток, где они используются для биосинтеза белков.

Читайте так же:  Спортивное питание карла маркса

Неиспользованные аминокислоты окисляются до конечных продуктов обмена. Процесс расщепления тканевых белков катализируется тканевыми ферментами – протеиназами — катепсинами (часто их называют тканевыми протеазами).

Соотношение между аминокислотами в белках, которые распадаются и синтезируются, разное, поэтому часть свободных аминокислот должна быть преобразована в другие аминокислоты или окислена до простых соединений и выведена из организма.

Итак, в организме существует внутриклеточный запас аминокислот, которые в значительной мере пополняется за счет процессов взаимопревращения аминокислот, гидролиза белков, синтеза аминокислот и поступления их из внеклеточной жидкости. В то же время благодаря синтезу белков и другим реакцям (образование мочевины, пуринов и т.п.) постоянно происходит удаление свободных аминокислот из внеклеточной жидкости.

Пути обмена аминокислот в тканях.

В основе различных путей обмена аминокислот лежат три типа реакций: по аминной и карбоксильной группам и по боковой цепи. Реакции по аминной группе включают процессы дезаминирования, переаминирования, аминирования , по карбоксильной группе — декарбоксилирование. Безазотистая часть углеродного скелета аминокислот подвергается различным превращениям с образованием соединений, которые затем могут включаться в цикл Кребса для дальнейшего окисления.

Пути внутриклеточного превращения аминокислот сложны и перекрещиваются со многими другими реакциями обмена, в результате чего промежуточные продукты обмена аминокислот могут служить необходимыми предшественниками для синтеза различных компонентов клеток и быть биологически активными веществами.

Катаболизм аминокислот у млекопитающих (и у человека) происходит, в основном, в печени и немного слабее в почках.

Дезаминирование аминокислот.

Суть дезаминирования заключается в расщеплении аминокислот под действием ферментов на аммиак и безазотистый остаток (жирные кислоты, оксикислоты, кетокислоты). Дезаминирование может идти в виде восстановительного, гидролитического, окислительного и внутримолекулярного процессов. Последние два типа превалируют у человека и животных.

Окислительное дезаминирование подразделяется на две стадии. Первая стадия является ферментативной, она заканчивается образованием неустойчивого промежуточного продукта – иминокислоты (карбоновые кислоты, содержащие иминогруппу (=NH), которая во второй стадии спонтанно в присутствии воды распадается на аммиак и aльфа-кетокислоту. Ферменты, которые катализируют этот процесс, содержат в качестве простетической группы (органические соединение небелковой природы) НАД (никотинамидадениндинуклеотид) или ФАД (флавинадениндинуклеотид).

В организме человека наиболее активно протекает дезаминирование глутаминовой кислоты под действием фермента глутаматдегидрогеназы , которая находится в митохондриях клеток всех тканей. В результате этого процесса образует альфа-кетоглутаровая кислота, которая участвует во многих процессах обмена веществ.

Трансаминирование (переаминирование) аминокислот.

Обязательным условием трансаминирования является участие дикарбоновых аминокислот (глутаминовой и аспарагиновой), которые в виде соответствующих им кетокислот — альфа-кетоглутаровой и щавелевоуксусной могут взаимодействовать со всеми аминокислотами, за исключением лизина, треонина и аргинина.

При переаминировании происходит непосредственный перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту, а кетогруппы — с кетокислоты на аминокислоту без освобождения при этом аммиака. Этот процесс протекает в несколько этапов. Реакцию катализируют ферменты, относящиеся к классу трансфераз, их простетической группой является фосфорпиридоксаль-фосфорный эфир витамина В6. Процесс переаминирования широко распространен в живой природе. Его особенность — легкая обратимость.

Реакции переаминирования играют большую роль в обмене веществ. От них зависят такие важнейшие процессы, как биосинтез многих заменимых аминокислот из соответствующих им кетокислот, распад аминокислот, объединение путей углеводного и аминокислотного обмена, когда из продуктов распада глюкозы, например, пировиноградной кислоты, может образоваться аминокислота аланин и наоборот.

Восстановительное аминирование.

Этот процесс противоположен дезаминированию. Он обеспечивает связывание аммиака кетокислотами с образованием соответствующих аминокислот. Восстановительное аминирование катализируется хорошо функционирующей ферментной системой, обеспечивающей аминирование aльфа-кетоглутаровой или щавелевоуксусной кислоты с образованием глутаминовой или аспарагиновой кислоты.

При обезвреживании аммиака неорганическими и органическими кислотами происходит образование аммонийных солей. Этот процесс осуществляется в почках. Образовавшиеся аммонийные соли выводятся из организма с мочой и потом.

Декарбоксилирование аминокислот.

Процесс декарбоксилирования катализируется декарбоксилазами, специфическими для каждой аминокислоты, простетической группой которых служит пиридоксальфосфат. Эти ферменты относятся к классу лиаз. Процесс декарбоксилирования, который заключается в отщеплении от аминокислот СО2 с образованием аминов, можно показать на следующей схеме:

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот согласно общей теории пиридоксалевого катализа сводится к образованию пиридоксальфосфат-субстратного комплекса в активном центре фермента.

Таким путем из триптофана образуется триптамин, из гидрокситриптофана — серотонин. Из аминокислоты гистидина образуется гистамин . Из глутаминовой кислоты при декарбоксилировании образуется гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) .

Амины, образованные из аминокислот, называют биогенными аминами, так как они оказывают на организм мощный биологический эффект. Биогенные амины проявляют физиологическое действие в очень малых концентрациях. Так, введение в организм гистамина приводит к расширению капилляров и повышению их проницаемости, сужению крупных сосудов, сокращению гладких мышц различных органов и тканей, повышению секреции соляной кислоты в желудке. Кроме того, гистамин участвует в передаче нервного возбуждения.

Серотонин способствует повышению кровяного давления и сужению бронхов; его малые дозы подавляют активность центральной нервной системы, в больших дозах это вещество оказывает стимулирующее действие. В различных тканях организма большие количества гистамина и серотонина находятся в связанной, неактивной форме. Биологическое действие они проявляют только в свободной форме.

Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) накапливается в мозговой ткани и представляет собой нейрогуморальный ингибитор-медиатор торможения центральной нервной системы.

Большие концентрации этих соединений могут представлять угрозу для нормального функционирования организма. Однако в животных тканях имеется аминоксидаза , расщепляющая амины до соответствующих альдегидов, которые потом превращаются в жирные кислоты и распадаются до конечных продуктов.

«Обмен аминокислот в тканях» — это третья статья из цикла «Обмен белков в организме человека». Первая статья – « Расщепление белков в пищеварительном тракте ». Вторая статья « Обезвреживание продуктов гниения белков в кишечнике ».

Основные типы превращений аминокислот в тканях(дезаминирование, трансаминирование. декарбоксилирование)

1)Дезаминирование. 4 вида. Во всех случаях аминая группа АК осв.в виде аммиака:

Продукты: жир.к-ты, оксик-ты, непред.АК, кеток-ты.

Первая стадия окислительного дезаминирования(в тканях только это!) предполагает ок-е АК путем дегидрирования. В тканях при физиологич.знач.рН(7,3-7,4) активна только 1 L-оксидаза – глутамат-ДГ;ее небелковым компонентом является НАД или НАДФ. Оксидазы остальных АК активны только про рН=10, а при этом они неактивны.(в кач.небелк.компонента имеют ФМН) – прямому ок-ному дезаминированию подверг.только глутамат.

1) Непрямое дезаминирование.

АК + альфа-КГ аминотрансфераза, вит.В6®альфа-кеток-та + глутамат

Механизм: 1. АК+ФП Û альфа-кетокта + ФП-амин

2. ФП-амин + альфа-КГ Û ФП +глутамат

Аминотрансферазы облад.субстратной специфичностью:

Ала+a-КГ АЛТ, В6 Û ПВК / глутамат

Аспартат +a-КГ АСТ, В6 Û оксалоацетат +глутамат

1.α-Декарбоксилирование, характерное для тканей животных, при котором от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, стоящая по соседству с α-углеродным атомом. Продуктами реакции являются СО2 и биогенные амины:

Читайте так же:  Аминокислоты содержат в молекуле

2.ω-Декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам. Например, из аспарагиновой кислоты этим путем образуется α-аланин:

3.Декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования:

Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух молекул:

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот

2.Стерины, стериды, их представители. Биологическая роль холестерина как предшественника других стеринов.

СТЕРИНЫ (стеролы), алициклич. прир. спирты, относящиеся к стероидам; составная часть неомыляемой фракции животных и растит.липидов.

Стерины присутствуют практически во всех тканях животных и растений и являются наиб. распространенными представителямистероидов в природе. В зависимости от источника подразделяются на животные (зоостерины), растительные (фитостерины), стерины грибов (микостерины) и микроорганизмов.

Холестерин (cholesterol)— Тетрациклический ненасыщенный спирт из класса стероидов, важнейший представитель стеринов, являющийся в организме предшественником желчных кислот, кортикостероидов, половых гормонов, кальциферола и т.д. Нарушение обмена холестерина лежит в основе ряда генетически обусловленных заболеваний.

Длястеринов характерно наличие гидроксильной группы в положении 3, а также боковой цепи в положении 17. У важнейшего представителя стеринов – холестерина – все кольца находятся в транс-положении; кроме того, он имеет двойную связь между 5-м и 6-м углероднымиатомами. Следовательно, холестерин является ненасыщенным спиртом:

Как происходит транспорт аминокислот в клетку?

Транспорт аминокислот через мембраны клеток , как при всасывании из полости кишечника в энтероциты, так и при переходе из крови в клетки различных тканей, осуществляется при помощи двух механизмов: вторичный активный транспорт и глутатионовая транспортная система.

Транспорт аминокислот через мембраны

Вторичный активный транспорт

Вторичный активный транспорт – это перенос веществ, в данном случае аминокислот, с использованием градиента концентрации натрия между внутренней и наружной сторонами клеточной мембраны.

Вторичный активный транспорт основан на использовании низкой концентрации ионов натрия внутри клеток, создаваемой мембранным ферментом Na + ,K + -АТФазой. Специфический белок-транспортер связывает на апикальной поверхности энтероцитов аминокислоту и ион натрия. Важно то, что в отсутствие натрия аминокислота не в состоянии связаться с белком-переносчиком.

Затем, изменив свое положение в мембране, белок отдает ион натрия в цитозоль по градиенту концентрации. Сразу после этого аминокислота теряет связь с белком и остается в цитоплазме.

Вторичный активный транспорт аминокислот через мембраны

В настоящее время выделяют 5 транспортных систем:

  • для крупных нейтральных, в том числе алифатических и ароматических аминокислот,
  • для малых нейтральных – аланина, серина, треонина,
  • для основных аминокислот – аргинина и лизина,
  • для кислых аминокислот – аспартата и глутамата,
  • для малых аминокислот – глицина, пролина и оксипролина.

Глутатионовая система транспорта

Второй способ переноса аминокислот внутрь клетки происходит в комплексе с глутатионом при помощи фермента γ-глутамилтрансферазы.

Транспорт аминокислот при участии глутатиона

Переносчиком некоторых аминокислот (обычно нейтральных) по этой схеме является трипептид глутатион (γ-глутамилцистеилглицин). При взаимодействии глутатиона с аминокислотой на внешней стороне клеточной мембраны γ-глутамильный остаток связывает аминокислоту и происходит ее перемещение внутрь клетки. Глутатион при этом распадается на составляющие. После отделения аминокислоты происходит ресинтез глутатиона.

Углероды аминокислот используются в разных процессах

Поскольку в организме присутствует 20 протеиногенных и еще больше непротеиногенных аминокислот, которые отличаются друг от друга строением бокового радикала , то существует аналогичное количество специфических путей для катаболизма этого радикала. В дальнейшем все эти пути сливаются и сходятся к шести продуктам, которые вступают в цикл трикарбоновых кислот, и здесь полностью окисляются до углекислого газа и воды с выделением энергии. Из общего количества энергии, образующейся в организме, на долю аминокислот обычно приходится около 10%.

[1]

Пути превращений аминокислот по боковой цепи

При определенных условиях (голодание, длительный стресс, мышечная нагрузка) углеродный скелет многих аминокислот не окисляется полностью, а участвует в синтезе глюкозы (глюкогенные аминокислоты) и ацетил-SКоА (кетогенные аминокислоты).

К глюкогенным относятся аминокислоты (их большинство), при распаде которых образуются пируват и метаболиты ЦТК, например, оксалоацетат или α-кетоглутарат. В дальнейшем образующиеся метаболиты ЦТК могут уходить на синтез глюкозы (глюкогенные).

Строго кетогенными являются лизин и лейцин, при их окислении образуется исключительно ацетил-SКоА. Он принимает участие в синтезе кетоновых тел (кетогенные), жирных кислот и холестерола.

Также выделяют небольшую группу смешанных аминокислот, из них образуется пируват, метаболиты ЦТК и ацетил-SКоА (фенилаланин, тирозин, изолейцин, триптофан). Их разные атомы углерода могут включаться как в липиды, так и в глюкозу.

Пути введения углеродных скелетов аминокислот в цикл Кребса

Десять аминокислот через пировиноградную кислоту и ацето-ацетил-КоА превращаются в ацетил-КоА, пять других превращаются в α-кетоглутаровую кислоту, три — в сукцинил-КоА и две — в щавелево-уксусную кислоту. Причем две аминокислоты (фенилаланин и тирозин) расщепляются таким образом, что часть их углеродной цепи вовлекается в цикл в виде ацетил-КоА, другая часть — в виде фумаровой кислоты.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Превращение аминокислот в организме человека происходит главным образом в клетках печени, почках и в незначительной степени — в клетках скелетных мышц. Перед вовлечением углеродных скелетов свободных аминокислот в цикл Кребса происходит их дезаминирование.

Дезаминирование аминокислот.Наиболее важными процессами, посредством которых происходит отщепление аминогрупп от аминокислот у млекопитающих, являются трансаминирование и окислительное дезаминирование.

Переаминированием, или трансаминированием, называют химическую реакцию, при которой происходит перенос аминной группы от одной молекулы к другой без образования свободного аммиака. Процесс переаминирования был открыт в 1937 г. советскими биохимиками А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман. Он осуществляется при помощи ферментов аминотрансфераз (трансаминаз), содержащих в качестве простетической группы фосфопиридоксаль (фосфорный эфир витамина В6).

Переаминирование является сложным процессом, протекающим в два этапа. На первом этапе происходит перенос NH2-группы от аминокислоты на кофермент аминотрансферазы (фосфопиридоксаль). При этом аминокислота превращается в соответствующую кетокислоту:

На втором этапе аминогруппа с кофермента передается на кетокислоту, которая превращается в аминокислоту:

С помощью реакций переаминирования аминогруппы большинства аминокислот переносятся на три α-кетокислоты — пировиноградную, α-кетоглутаровую и щавелево-уксусную, в результате чего они превращаются в кетоаналоги исходных аминокислот, а α-кетокислоты превращаются соответственно в аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты:

1) α-Аминокислота + Пировиноградная кислота →α-Кетокислота + Аланин;

2) α-Аминокислота + α-Кетоглутаровая кислота →α-Кетокислота + Глутаминовая кислота;

3) α-Аминокислота + Щавелево-уксусная кислота → α-Кетокислота + Аспарагиновая кислота.

Известны две наиболее важные аминотрансферазы: аланинамино-трансфераза, катализирующая реакцию (1) и глутаматаминотран-сфераза, катализирующая реакцию (2). У некоторых организмов функционирует и аспартатаминотрансфераза, катализирующая реакцию (3).

Читайте так же:  Сколько можно пить жиросжигатель

Общий итог переаминирования различных аминокислот состоит в том, что все их аминогруппы в конце концов собираются в общий фонд в виде одной аминокислоты, которой в организме млекопитающих является глутаминовая кислота. Таким образом, аминогруппы, накопленные в виде аланина и аспарагиновой кислоты, переносятся затем на α-кетоглутаровую кислоту с образованием глутаминовой. Эти реакции осуществляются двумя соответствующими ферментами — аланин: 2-оксоглутарат- и аспартат: 2-оксоглутаратаминотрансфе-разами, или сокращенно АЛТ и ACT:

Аланин + α-Кетоглутаровая кислота

Пировиноградная кислота + Глутаминовая кислота;

Аспарагиновая кислота + α-Кетоглутаровая кислота

Щавелево-уксусная кислота + Глутаминовая кислота. Следовательно, независимо от первоначальных реакций транс-аминирования конечным акцептором аминогрупп большинства аминокислот является α-кетоглутаровая кислота. Превращаясь в глутаминовую кислоту, она служит каналом, при помощи которого аминогруппы передаются на заключительную серию реакций, ведущих к образованию конечных продуктов азотистого обмена.

Окислительное дезаминирование заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислот с выделением аммиака.

Аминогруппы, собранные при помощи аминотрансфераз от разных аминокислот, оказываются в итоге α-аминогруппами глутаминовой кислоты. Последняя подвергается окислительному дезаминированию при помощи фермента НАД-зависимой глутаматдегидрогеназы. Окислительному дезаминированию могут подвергаться и другие аминокислоты. Однако наиболее активно этот процесе протекает с глутаминовой кислотой, поскольку только для этой аминокислоты существует очень активная дегидрогеназа. Глутаматдегидрогеназа, таким образом, играет центральную роль в процесе окислительного дезаминирования аминокислот у многих организмов.

Аминогруппы различных аминокислот, собранные в составе глутаминовой кислоты, освобождаются в виде ионов NH4 + :

Глутаминовая кислота

α-Кетоглутаровая кислота + NH4 + + НАД•Н + Н + .

Известны и другие пути дезаминирования α-аминокислот, такие как восстановительное, гидролитическое и внутримолекулярное.

а) Восстановительное дезаминирование:

[3]

R-СН(NH2)-COOH(α-Аминокислота)

R-СН2—СООН (Насыщенная кислота);

б) гидролитическое дезаминирование:

R-CH(NH2)-COOH(α-Аминокислота)

R-СН(ОН)-СООН (Оксикислота);

в) внутримолекулярное дезаминирование:

R-CH2-CH(NH2)-COOH (α-Аминокислота)

R—СН=СН—СООН (Ненасыщенная кислота).

Эти виды дезаминирования α -аминокислот больше всего характерны для микроорганизмов и растений.

В заключение необходимо подчеркнуть, что глутаминовая кислота в организме млекопитающих играет очень важную роль. С одной стороны, она является той формой, с помощью которой происходит устранение аммиака в тканях, с другой — она служит теми «воротами», через которые аммиак и аминогруппы, акцептированные в ее составе, передаются либо на заключительную стадию азотистого обмена, либо с помощью аминотрансфераз переносятся на α-кетокислоты. Последнее обстоятельство важно в том отношении, что благодаря глутаминовой кислоте путем аминирования α-кетокислот происходит синтез отдельных аминокислот в организме.

Декарбоксилирование аминокислот является одним из путей превращения аминокислот, образовавшихся в результате гидролитического расщепления белков пищи. В результате реакций декарбоксилирования аминокислот в тканях человека и высших животных образуются амины.

Амины (тирамин, адреналин, гистамин, серотонин и др.) — это биологически активные вещества, некоторые из них являются ядами. Амины играют в организме важную роль. Так, гистамин, тирамин и серотонин обладают мощным фармакологическим действием на кровяное давление и кровеносные сосуды.

Реакции декарбоксилирования аминокислот, однако, в отличие от реакций переаминирования, не являются основным путем превращения аминокислот несмотря на большое физиологическое значение образующихся продуктов реакции. Скорость этих реакций очень мала.

Пути использования аминокислот в организме

Основные пути использования аминокислот в клетках организма представлены на рис. 51.

Рис. 51. Пути использования аминокислот в клетках организма

Главный путь использования аминокислот – синтез специфических для организма белков: структурных, сократительных, белков-ферментов, гормонов белковой природы взамен распадающихся. Скорость обновления тканевых белков достаточно высока. Так период полураспада белков печени составляет около 9 суток, белков мышечной ткани около 120 суток.

Другой важнейший путь использования аминокислот – синтез различных биологически активных веществ. Даже если исключить из этой группы белки-ферменты и гормоны белковой природы, перенеся их в группу белков, останется достаточно многочисленная группа веществ: гормонов-полипептидов, гормонов — производных аминокислот и ряд других соединений, выполняющих в организме преимущественно регуляторные функции.

Часть аминокислот (и поступивших из пищеварительной системы, и образовавшихся при распаде тканевых белков) используется в качестве источника энергии. Некоторое количество аминокислот может превращаться в углеводы, в липиды. Хотя последнее наиболее вероятно при поступлении в организм избыточного количества белка. Еще один очень важный путь использования аминокислот – синтез заменимых аминокислот. Рассмотрим важнейшие пути использования аминокислот в клетках организма.

Синтез белков

Синтез белка это сложный многоступенчатый процесс, основными этапами которого являются транскрипция, активация аминокислот и трансляция. Рассмотрим основные этапы синтеза белка.

Транскрипция.

Специфика того или иного белка определяется набором аминокислот и порядком их соединения в белковой молекуле. Набор аминокислот и порядок их соединения закодирован в молекуле ДНК с помощью последовательности нуклеотидов. Каждая аминокислота кодируется тремя расположенными рядом нуклеотидами – триплетами или кодонами. Главным отличительным свойством различных нуклеотидов являются входящие в их состав азотистые основания, которых в ДНК встречается четыре вида: аденин, гуанин, тимин и цитозин. Сочетаниями из трех азотистых оснований можно образовать 64 различных триплета.

Молекулы ДНК находятся в ядре и не принимают непосредственного участия в синтезе белка. Информация о последовательности аминокислот в той или иной молекуле белка передается от ДНК к местам синтеза с помощью информационной РНК (и-РНК). Транскрипция — это процесс синтеза и-РНК на участке ДНК, несущем информацию о последовательности аминокислот в конкретной молекуле белка. Такой участок ДНК называется геном или цистроном.

Транскрипция начинается с разрыва водородных связей между двумя комплементарными цепями ДНК с помощью фермента ДНК-полимеразы. Затем происходит раскручивание спирали ДНК на участке, несущем нужную для синтеза белка информацию. Завершается транскрипция синтезом и-РНК при участии фермента РНК-полимеразы. В результате информация о последовательности аминокислот в белковой молекуле переносится в и-РНК. И-РНК выходит из ядра в цитоплазму и присоединяется к рибосоме.

Активация аминокислот

. В синтезе белка участвуют активные аминокислоты. Активация аминокислот начинается с их взаимодействия с АТФ, в результате которого образуется макроэргический комплекс аминокислоты (Ак) с АМФ (аминоациладенилат — Ак

АМФ) и неорганический пирофосфат (ФФн):

Затем происходит взаимодействие активированной аминокислоты с соответствующей данной аминокислоте транспортной РНК (т-РНК) с образованием макроэргического комплекса аминокислоты с т-РНК (аминоацил

Реакция катализируется ферментом аминоацил-т-РНК-синтетазой. Этот этап синтеза белка получил название рекогниции..

Транспортные РНК представляют собой сравнительно небольшие молекулы, состоящие из 80-100 нуклеотидов. Каждой аминокислоте соответствует от одной до шести видов т-РНК, с которыми она может образовывать комплекс. Транспортные РНК имеют два специфических триплета. Один из них кодон, к которому присоединяется аминокислота, другой – антикодон, который может присоединяться к кодону соответствующей аминокислоты в и-РНК по принципу комплементарности. Роль т-РНК сводится не только к доставке аминокислот к местам синтеза белка – рибосомам, но и переводу информации с последовательности нуклеотидов на последовательность аминокислот.

Читайте так же:  Самые лучшие спортивные жиросжигатели

Трансляция

. Непосредственный синтез белка (трансляция) осуществляется на особых внутриклеточных образованиях, называемых рибосомами. Рибосомы построены из нуклеопротеинов, содержащих примерно 60% РНК и 40% различных белков. Они обеспечивают считывание генетической информации с и-РНК и реализацию ее в последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Рибосомы обладают ферментативными свойствами, катализируя образование пептидных связей между аминокислотами. В процессе синтеза белка молекула и-РНК передвигается между двумя субъединицами рибосомы, к одной из которых присоединяется специфический белоксинтезирующий фермент (пептидилтрансфераза). В процессе этого перемещения кодоны и-РНК взаимодействуют с антикодонами т-РНК. При этом белоксинтезирующий фермент катализирует присоединение аминокислотного остатка т-РНК к полипептидной цепи. Образование и удлинение полипептидной цепи на рибосоме (элонгация) происходит с затратой энергии, источником которой является макроэргическое соединение гуанинтрифосфат (ГТФ).

Завершение синтеза белка (терминация) обеспечивается специальными кодонами в и-РНК (стоп-сигналами), которые не используются для кодирования аминокислот. Уже в процессе синтеза белка формируется первичная (последовательность аминокислот) и вторичная структура белковой молекулы. После завершения синтеза и отделения полипептидной цепи от рибосомы происходит формирование третичной и четвертичной структуры белка. В формировании третичной и четвертичной структуры белка участвуют дополнительные внутриклеточные органеллы (аппарат Гольджи).

Синтеза белка — энергоемкий процесс. Присоединение к полипептидной цепи одной аминокислоты требует затраты по меньшей мере пяти молекул АТФ. При активации аминокислоты АТФ распадается до АМФ, что эквивалентно затрате двух молекул АТФ. На этап трансляции затрачивается одна молекула ГТФ. В процессе элонгации расходуются две молекулы ГТФ на каждую присоединяемую к цепи аминокислоту. И, наконец, терминация (завершение синтеза) требует затраты еще одной молекулы ГТФ.

Ресинтез ГТФ происходит в реакции ГДФ с АТФ:

ГДФ + АТФ = ГТФ + АДФ

Следовательно, одним из важнейших условий синтеза белка является возможность обеспечения этого процесса достаточным количеством энергии.

Аминокислоты, не использованные для синтеза белка, подвергаются различным превращениям, которые, в большинстве своем начинаются с реакций трех типов: декарбоксилирования, трансаминирования, дезаминирования.

Превращения аминокислот в клетках

Строго говоря, речь идет о разнообразных превращениях свободных аминокислот, а не белков пищи, под действием микрофлоры нижнего отдела кишечника. Известно, что микроорганизмы кишечника для своего роста также нуждаются в доставке с пищей определенных аминокислот. Кроме того, микрофлора кишечника располагает набором ферментных систем, отличных от соответствующих ферментов животных тканей и катализирующих разнообразные превращения пищевых аминокислот (окисление, восстановление, дезаминирование, декарбоксилирование, распад). Благодаря этому в кишечнике создаются оптимальные условия для образования ядовитых продуктов распада аминокислот, в частности фенола, индола, крезола, скатола, сероводорода, метилмеркаптана, а также нетоксичных для организма ряда других соединений — спиртов, аминов, жирных кислот, кетокислот, гидроксикислот и др.

Все эти превращения аминокислот, вызванные деятельностью микроорганизмов кишечника, получили общее название гниения белков в кишечнике. Так, в процессе постепенного и глубокого распада серосодержащих аминокислот (цистина, цистеина и метионина) в кишечнике образуются сероводород (H2S) и метилмеркаптан (CH3SH). Диаминокислоты, в частности орнитин и лизин, подвергаются процессу декарбоксилирования с образованием протеиногенных аминов (их иногда называют птомаинами, или трупными ядами, поскольку они образуются также при гнилостном разложении трупов). Из орнитина образуется путресцин, а из лизина — кадаверин [показать] .

Оба амина легко всасываются в кровь и выделяются с мочой; следует указать, что в моче они открываются в редких случаях, в частности при холере, гастроэнтеритах, а также при наследственной цистинурии. Вероятнее всего, оба этих амина обезвреживаются уже в клетках слизистой оболочки кишечника под влиянием специфической диаминоксидазы (см. ниже).

Из ароматических аминокислот фенилаланина, тирозина и триптофана при аналогичном бактериальном декарбоксилировании образуются соответствующие биогенные амины: фенилэтиламин, парагидроксифенилэтиламин (или триптамин) и индолилэтиламин (триптамин). Помимо этого процесса, микробные ферменты кишечника вызывают постепенное разрушение боковых цепей циклических аминокислот, в частности тирозина и триптофана, с образованием ядовитых продуктов обмена: соответственно крезола и фенола, скатола и индола [показать] .

После всасывания эти продукты через воротную вену попадают в печень, где они подвергаются обезвреживанию путем химического связывания с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных, так называемых парных, кислот (например, фенолсерная кислота или скатоксилсерная кислота). Последние выделяются с мочой.

Механизм обезвреживания этих продуктов расшифрован в деталях.

В печени содержатся специфические ферменты — арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкуронилтрансфераза, катализирующие соответственно перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы — 3′-фосфоаденозин-5′-фосфосульфата (ФАФС) и остатка глюкуроновой кислоты также из ее связанной формы — уридиндифосфоглюкуроновой кислоты (УДФГК) на любой из указанных выше продуктов. Источником ФАФС являются промежуточные продукты обмена пуриновых нуклеотидов и углеводов; не исключено возможное участие рибозо-5-фосфата, который образуется в процессе пентозо-фосфатного пути окисления глюкозы. Предшественниками УДФГК в организме являются метаболиты глюкозы и УТФ. Cм. химическое строение ФАФС и УДФГК и в качестве примера механизм обезвреживания индола:

Индол (как и скатол) предварительно подвергается окислению в индоксил (соответственно скатоксил), который взаимодействует непосредственно в ферментативной реакции с ФАФС:

Индол связывается в виде эфиросерной кислоты, калиевая или натриевая соль которой получила название животного индикана, который выводится с мочой. По количеству индикана в моче у человека судят о скорости процессов гниений белков в кишечнике и о функциональном состоянии печени. Таким образом, определение индикана имеет большое клиническое значение.

Ряд других аминокислот также подвергается распаду под действием ферментов микроорганизмов кишечника (фенилаланин, лизин, орнитин и др.), однако образующиеся из них продукты гниения не представляют большой опасности для организма, поскольку они менее токсичны, чем указанные выше соединения.

Существенный интерес с точки зрения клиники представляет механизм обезвреживания бензойной кислоты, которая после всасывания из кишечника связывается в печени с глицином согласно уравнению:

Реакция требует доставки энергии и присутствия КоА. По скорости образования и выделения гиппуровой кислоты с мочой после приема бензойной кислоты (проба Квика) обычно судят о функциональном состоянии печени; этот тест с успехом используется в клинической практике. Таким образом, организм человека и животных обладает рядом защитных механизмов синтеза, биологическая роль которых заключается в обезвреживании токсических продуктов, поступающих в организм извне или образующихся в кишечнике из продуктов питания благодаря жизнедеятельности микроорганизмов.

СУДЬБА ВСОСАВШИХСЯ АМИНОКИСЛОТ

Приведенная ниже схема дает представление о многообразии каналов, по которым используются аминокислоты после всасывания в кишечнике. Поступив через воротную вену в печень, они прежде всего подвергаются ряду превращений в этом органе, хотя значительная часть аминокислот разносится кровью по всему организму и используется для физиологических целей. В печени аминокислоты используются не только для синтеза собственных белков и белков плазмы крови, но также для синтеза ряда специфических азотсодержащих соединений — пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, креатина, мочевой кислоты, НАД и др. Печень обеспечивает, кроме того, сбалансированный пул свободных аминокислот организма путем синтеза незаменимых аминокислот и перераспределения азота в результате реакций трансаминирования

Читайте так же:  Какие витамины для ногтей

Использованию аминокислот в синтезе белка и роли в этом исключительно важном для всех живых существ процессе нуклеиновых кислот будет посвящена отдельная глава (см. Биосинтез белка). Прежде чем перейти к рассмотрению основных путей обмена аминокислот, следует остановиться вкратце на проблеме транспорта аминокислот внутрь клетки.

ТРАНСПОРТ АМИНОКИСЛОТ ЧЕРЕЗ КЛЕТОЧНЫЕ МЕМБРАНЫ

Различная скорость проникновения аминокислот через биомембраны клеток, установленная при помощи метода меченых атомов, свидетельствует о существовании в организме активной транспортной системы, обеспечивающей перенос аминокислот как через внешнюю клеточную мембрану, так и через систему внутриклеточных мембран. Несмотря на тщательные исследования, проведенные в разных лабораториях, тонкие механизмы функционирования активной системы транспорта аминокислот пока не расшифрованы. А. Майстером предложена новая схема транспорта аминокислот через биомембраны, которая, по-видимому, активно функционирует в почечных канальцах, слизистой кишечника и в ряде других тканей, в частности в ткани мозга. Сущность этой гипотезы можно понять из схемы [показать] .

Предполагается, что главную роль в этом процессе играет мембранно-связанный гликопротеид — фермент γ-глутамил-транспептидаза, которая катализирует перенос γ-глутамильной группы от глутатиона или другого γ-глутамильного пептида на транспортируемую аминокислоту. Комплекс γ-глутамил — аминокислота после переноса (транслокации) через биомембрану распадается внутри клетки (или внутри субклеточного образования) под действием глутамилциклотрансферазы на свободную аминокислоту и 5-оксопролин (пироглутаминовая кислота), образование которого почти целиком сдвигает реакцию расщепления комплекса вправо. Специфичность связывания (центр узнавания) аминокислоты обусловлена молекулой самой γ-глутамилтранспептидазы благодаря существованию изоферментов. С другой стороны, предполагается, что имеются особые белки, связывающие аминокислоты, — эти белки обеспечивают доставку своих субстратов к транспептидазе. Укажем также, что благодаря легкой возможности ресинтеза глутатиона, требующего только затраты энергии АТФ, цикл может повторяться многократно. Однако, несмотря на свою оригинальность и привлекательность, схема не отвечает на ряд вопросов (включая значение Na + в активном транспорте аминокислот).

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ В ТКАНЯХ

Ранее было отмечено широкое участие природных аминокислот (точнее углеродных скелетов, колец и различных функциональных групп) в синтезе биологически активных соединений. О многообразии таких синтезов свидетельствует приведенная ниже схема:

ОБЩИЕ ПУТИ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТ

Несмотря на то, что почти для каждой аминокислоты выяснены индивидуальные пути обмена (см. ниже), известен ряд превращений, общих почти для всех аминокислот. К этим превращениям относятся реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования и рацемизации. Рассмотрим подробно три первые реакции, имеющие значение для всех живых организмов. В то же время реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов, в которых открыты ферменты, катализнрующие рацемизацию ряда аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина и α,ε-диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз микроорганизмов сводится к синтезу ряда D-изомеров аминокислот, которые затем используются для построения клеточной оболочки.

Образовавшиеся в процессе дезаминирования и трансдезаминирования α-кетокислоты подвергаются в тканях животных различным превращениям. Прежде всего α-кетокислоты могут подвергаться восстановительному аминированию с образованием соответствующей аминокислоты. Это так называемый синтетический путь превращения. Опыты с перфузией растворов α-кетокислот и аммиака через изолированную печень показали, что в оттекающей из печени жидкости действительно открываются соответствующие исходным кетокислотам L-аминокислоты. Этот синтез протекает преимущественно по механизму трансреаминирования, т. е. при участии трансаминирования (см. выше). Доказаны, кроме того, глюкогенные, кетогенные и окислительные пути, ведущие к образованию глюкозы, жирных кислот, ацетоновых тел и компонентов цикла трикарбоновых кислот (рис.)

Углеродные скелеты аминокислот могут включаться в ЦТК через следующие соединения: ацетил-КоА (опосредованно через пируват), ЩУК, α-КГ и сукцинил-КоА непосредственно. Пять аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Три и Тир) считаются «кетогенными», поскольку они являются предшественниками ацетоновых тел, в частности ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот, обозначаемых как «глюкогенные», служат в организме источником углеводов, в частности глюкозы. Подобный синтез углеводов de novo наблюдается при некоторых патологических состояниях, например при сахарном диабете, а также при гиперфункции коры надпочечников и при введении глюкокортикоидов (см. Гормоны). Такое разделение аминокислот на кетогенные и глюкогенные имеет, однако, условный характер, поскольку из 9 углеродных атомов тирозина, например, четыре используются при синтезе ацетоуксусной кислоты, а три — при синтезе глюкозы через пируват.
Декарбоксилирование аминокислот

Судьба биогенных аминов. Накопление биогенных аминов может отрицательно сказаться на физиологическом статусе и вызывать ряд серьезных нарушений в организме. Однако органы и ткани как и целостный организм располагают специальными механизмами обезвреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к их окислительному дезаминированию с образованием соответствующих альдегидов и освобождением аммиака:

Ферменты, катализирующие эти реакции, получили названия моноамин- и диаминоксидаз. Более подробно изучен механизм окислительного дезаминирования моноаминов. Этот ферментативный процесс является необратимым и протекает в две стадии:

  1. R-CH2-NH2 + E · ФАД + Н2О —> R-CHO + NH2 + E · ФАДH2
  2. ФАДH2 + O2 —> E · ФАД + Н2О2
Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Видно, что в первой, анаэробной, стадии образуются альдегид, аммиак и восстановленный фермент. Последний в аэробной фазе окисляется молекулярным кислородом. Образовавшаяся перекись водорода далее распадается на воду и кислород. Моноаминоксидаза — ФАД-содержащий фермент — преимущественно локализуется в митохондриях, играет исключительно важную роль в организме, регулируя скорость биосинтеза и распада биогенных аминов. Укажем также, что некоторые ингибиторы моноаминоксидазы (ипраниазид, гармин, паргилин) нашли применение при лечении гипертонической болезни, депрессивных состояний, шизофрении и др.

Источники


  1. Семеновой, О. Н. Гигиена физической культуры и спорта / Под редакцией В.А. Маргазина, О.Н. Семеновой. — М.: СпецЛит, 2018. — 192 c.

  2. Лаптев, А.П. Закаливайтесь на здоровье / А.П. Лаптев. — М.: Медицина, 1991. — 160 c.

  3. 100 великих спортсменов; Вече — Москва, 2012. — 432 c.
  4. Полторанов, В. В. Курортное лечение хронических заболеваний органов пищеварения / В.В. Полторанов. — М.: Профиздат, 1979. — 304 c.
Превращения аминокислот в клетках
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here