Тема: «Загальні ШЛЯХИ ОБМІНУ АМІНОКИСЛОТ. Трансамінування, дезамінування І декарбоксилирования аминокислот »
1. Азотистий баланс організму як найважливіша характеристика білкового обміну. Приклади станів, що супроводжуються позитивним і негативний баланс азоту.
2. Джерела амінокислот в тканинах і шляхи їх використання.
3. Загальні шляхи катаболізму амінокислот в тканинах. Трансамінування амінокислот: ферменти, кофермент, приклади реакцій, роль в організмі.
4. Пряме і непряме дезамінування амінокислот в тканинах: ферменти, коферменти, реакції, роль в організмі.
5. Декарбоксилирование амінокислот: ферменти, кофермент, приклади реакцій. Біогенні аміни (серотонін, гістамін, ГАМК, етаноламін і ін.), Роль в організмі, шляхи інактивації.
6. Клініко-діагностичне значення визначення активності аланін-і аспартатамінотрансферази в крові.
Амінокислотний фонд організму
23.1.1. В організмі людини міститься близько 100 г вільних амінокислот, які утворюють його амінокислотний фонд. Цей фонд постійно поповнюється за рахунок надходження нових молекул амінокислот замість тих, які були використані в метаболічних процесах. Джерела і шляхи використання вільних амінокислот в організмі представлені на малюнку 23.1.
Малюнок 23.1. Утворення та використання вільних амінокислот в організмі.
23.1.2. Дослідження за допомогою радіоактивних міток показують, що у здорової дорослої людини загальна швидкість синтезу білка в організмі становить близько 400 - 500 г на добу, причому на 3/4 цей синтез забезпечується за рахунок ендогенних ресурсів. Цим пояснюється той факт, що навіть при голодуванні синтез певних білків відбувається з досить високою швидкістю.
23.2.1. Для правильної оцінки співвідношення процесів біосинтезу і розщеплення білків в організмі досить точним параметром є азотистий баланс. Азотистий баланс - різниця між кількістю азоту, що надійшли в організм з їжею, і кількістю азоту, виведеного з організму з сечею, калом, слиною і потім.
23.2.2. Якщо кількість надходження азоту перевищує кількість виділився азоту, то спостерігається позитивний баланс азоту. Він характерний для всіх станів, при яких швидкість синтезу білка в організмі вище, ніж швидкість його розпаду, наприклад:
- у жінок в період вагітності;
- в дитячому віці при повноцінному харчуванні;
- у хворих в період одужання;
- у спортсменів в період тренувань;
- при введенні анаболічних гормонів.
23.2.3. Якщо кількість азоту, виведеного з організму, перевищує кількість азоту, який надійшов з їжею, то спостерігається негативний баланс азоту. Він зустрічається у всіх випадках, коли розпад білків в організмі переважає над їх синтезом, наприклад:
- при голодуванні - повному або частковому, коли відсутня хоча б один з незамінних компонентів раціону;
- у осіб похилого віку;
- у хворих з ураженням органів травлення;
- у хворих з ураженням опорно-рухового апарату і в інших випадках тривалого обмеження рухливості (гіпокінезії).
23.2.4. У стані азотистого рівноваги організм втрачає в добу стільки ж азоту, скільки отримує з їжею. Це характерно для дорослих здорових людей при нормальному харчуванні.
Білки їжі - головне джерело амінокислот для організму
23.3.1. Харчові білки, що надходять в організм, використовуються як джерело амінокислот для синтезу власних структурних, каталітичних, транспортних, рецепторних і інших білків, а також речовин небілкової природи.
23.3.2.Суточная потреба в білках для дорослої людини залежить від віку, професії, стану здоров'я, умов праці, кліматичних та інших факторів. Встановлено, що доросла людина при середніх енергетичних витратах повинен отримувати 100 - 120 г білка в добу.
23.3.3. Необхідно також враховувати біологічну цінність білків. Чим ближче амінокислотний склад харчового білка до амінокислотним складом білків тіла, тим краще він засвоюється і тим вище його біологічна цінність. Це тим більш важливо, що 8 амінокислот в організмі дорослої людини синтезуватися не можуть. Такі амінокислоти називаються незамінними, до них відносяться: валін, лейцин, ізолейцин, лізин, метіонін, треонін, фенілаланін і триптофан. Решта 12 амінокислот є замінними, вони здатні синтезуватися в організмі людини і недолік їх в їжі може бути відшкодована за рахунок інших амінокислот.
23.4.1. До загальних шляхах метаболізму амінокислот відносяться реакції трансамінування, дезамінування та декарбоксилювання.
23.4.2.Трансамінірованіе амінокислот - перенесення аміногрупи (NН 2 -) від амінокислоти на α-кетокислот без проміжного освіти аміаку. Реакції трансамінування каталізують ферменти - амінотрансферази (або трансамінази). Кофермент амінотрансфераз - піридоксальфосфат (похідне вітаміну В6). У реакції бере участь альдегидная група коферменту. Реакція легко оборотна. Механізм реакції трансамінування представлений на малюнку 23.2.
Малюнок 23.2. Механізм перенесення аміногрупи з амінокислоти на α-кетокислот в реакції трансамінування.
Приклади реакцій трансамінування:
23.4.3. Роль реакцій трансамінування в організмі:
- участь в непрямому дезаминировании амінокислот;
- шлях синтезу замінних амінокислот;
- утворюються в реакції α-кетокислот можуть включатися в загальний шлях катаболізму і глюконеогенез.
23.5.1.Дезамінірованіе амінокислот - відщеплення аміногрупи від амінокислоти з утворенням аміаку (NН 3). У тканинах людини переважає окислювальне дезамінування, тобто поєднане з перенесенням водню.
23.5.2. Більшість ферментів, які беруть участь в окислювальному дезаминировании амінокислот, при фізіологічних значеннях рН малоактивні. Тому основна роль в окислювальному дезаминировании належить глутаматдегідрогеназа, яка каталізує пряме окисне дезамінування глутамату. Як коферменту використовуються НАД + або НАДФ + (похідні вітаміну РР). Реакція оборотна.
Глутаматдегідрогеназа - аллостерічеський фермент, його аллостеріческого активаторами є АДФ і ГДФ, аллостеріческого інгібіторами - АТФ, ГТФ та НАДН.
23.5.3. Непрямоедезамінірованіе характерно для більшості амінокислот. Воно називається непрямим, тому що відбувається в 2 етапи:
- на першому етапі амінокислота піддається трансамінування з утворенням глутамату;
- на другому етапі відбувається окислювальне дезамінування глутамату (див. рисунок 21.3).
Малюнок 23.3. Схема непрямого дезамінування амінокислот.
Участь амінотрансфераз в цьому процесі дозволяє зібрати аміногрупи різних амінокислот в складі однієї амінокислоти - глутамату, який потім піддається окисленню з утворенням аміаку і α-кетоглутарата.
23.6.1.Декарбоксілірованіе амінокислот - відщеплення карбоксильної групи від амінокислоти з утворенням СО 2. Продуктами реакцій декарбоксилювання амінокислот являютсябіогенние аміни. які беруть участь в регуляції обміну речовин і фізіологічних процесів в організмі (див. таблицю 23.1).
Біогенні аміни і їх попередники.
γ-аміномасляна кислота (ГАМК)
Реакції декарбоксилювання амінокислот і їх похідних каталізують декарбоксилази амінокислот. Кофермент - піридоксальфосфат (похідне вітаміну В6). Реакції є незворотними.
23.6.2. Приклади реакцій декарбоксилювання. Деякі амінокислоти безпосередньо піддаються декарбоксилюванню. Реакція декарбоксилювання гістидину.
Гістамін має потужний судинорозширювальну дію, особливо капілярів в осередку запалення; стимулює шлункову секрецію як пепсину, так і соляної кислоти, і використовується для дослідження секреторної функції шлунка.
Реакція декарбоксилювання глутамату.
ГАМК - гальмові медіатор в центральній нервовій системі.
Ряд амінокислот піддається декарбоксилюванню після попереднього окислення. Продукт гидроксилирования триптофану перетворюється в серотонін:
Серотонін утворюється головним чином в клітинах центральної нервової системи, має судинозвужувальну дію. Бере участь в регуляції артеріального тиску, температури тіла, дихання, ниркової фільтрації.
Продукт гидроксилирования тирозину переходить в дофамін:
Дофамін служить попередником катехоламінів; є медіатором ингибирующего типу в центральній нервовій системі.
Тіогруппа цистеїну окислюється до сульфогрупи, продукти цієї реакції декарбоксилируется з утворенням таурину:
Таурин утворюється головним чином в печінці; бере участь в синтезі парних жовчних кислот (таурохолевой кислоти).
21.5.3. Катаболізм біогенних амінів. В органах і тканинах існують спеціальні механізми, що попереджають накопичення біогенних амінів. Основний шлях інактивації біогенних амінів - окислювальне дезамінування з утворенням аміаку - каталізується моно- і діамінооксідази.
Моноамінооксидази (МАО) - ФАД-містить фермент - здійснює реакцію:
У клініці використовуються інгібітори МАО (ніаламід, піразидол) для лікування депресивних станів.
Біосинтез амінокислот в тканинах.
23.7.1. В організмі людини може бути синтез замінних амінокислот, до яких відносяться: аланін, аргінін, аспартат, гістидин, гліцин, глутамат, глутамін, пролін, серин, тирозин, цистеїн. Недолік в їжі будь-який з цих амінокислот не супроводжуватиметься її дефіцитом в організмі. Основними шляхами освіти замінних амінокислот є: 1) трансамінування α-кетокислот. 2) відновне амінування α-кетокислот. 3) синтез за участю незамінних амінокислот.
23.7.2. Трансамінування (див. Тему 23.4). Джерелами атомів вуглецю в цих реакціях служать метаболіти гліколізу і циклу Кребса, джерелами атомів азоту - інші амінокислоти, найчастіше - глутамат (див. Рисунок 23.4).
23.7.3. Відновне амінування (див. Тему 24). Джерелом атома азоту аміногрупи є молекула аміаку, джерелом вуглецю - α-кетокислот, найчастіше - α-кетоглутарат (див. Рисунок 23.4).
Малюнок 23.4. Біосинтез замінних амінокислот в тканинах з використанням вуглецевого скелета глюкози (однієї зірочкою показані реакції трансамінування, двома - відновного амінування).
23.7.4. Синтез за участю незамінних амінокислот. Замінна амінокислота тирозин може утворитися з незамінної амінокислоти фенілаланіну:
Фенілаланінгідроксилази - типова цитохром P 450 -залежна гідроксилаза зі змішаною функцією: один атом кисню включається в воду і інший в гідроксильну групу тирозину. Відновлювачем служить кофактор тетрагідробіоптеріна. який підтримується в відновленому стані НАДФН-залежним ферментом дігідробіоптерін-редуктазой.
Замінна амінокислота цистеїн синтезується за участю незамінної амінокислоти метіоніну, яка використовується як джерело атома сірки. Після віддачі метильної групи в реакціях трансметилирования метіонін перетворюється в гомоцистеїн. При його взаємодії з замінної амінокислотою серин утворюється цистатіонін:
Цистатіонін піддається розщепленню з утворенням цистеїну і гомосеріна, який піддається дезамінуванню в α-кетобутірат:
Таким чином, фенілаланін і метіонін, що надходять з їжею, частково використовуються для синтезу замінних амінокислот. Тому добова потреба в фенілаланіну і метіоніні може бути істотно знижена при надходженні в організм додаткових кількостей тирозину і цистеїну відповідно.