Метаболизм аминокислот Переваривание белков в

Метаболизм аминокислот

• Переваривание белков в тонком кишечнике всасывание довольно большого количества АК – АК поступают в воротную вену и доставляются кровотоком в печень – Все клетки (кроме высокоспециализированных – например, эритроцитов) используют АК для синтеза белков и других веществ: компонентов мембран, нейромедиаторов, гема и т. п. – все клетки обладают специальными системами транспорта АК, т. к. АК в ионизированном состоянии не могут преодолеть липидный бислой плазматических мембран

Резерв аминокислот • Специальной формы хранения АК нет • Резерв: – все функциональные белки, но основные – белки мышц – НО при их интенсивном использовании для удовлетворения потребностей в АК (при глюконеогенезе) – мышечная атрофия – В ходе эволюции человек утратил способность синтезировать половину (10 из 20) АК – Незаменимые АК • Незаменимые – АК, которые «дороги» в производстве

Резерв аминокислот • Растительная пища не всегда удовлетворяет потребности человека в незаменимых АК • НО даже при длительном употреблении пищи, богатой полноценными белками, человек не может отложить про запас незаменимые АК • Результат неадекватного пищевого рациона, недостаточного даже по 1 -й незаменимой АК, – квашиоркор – синтез неполноценных белков истощение, апатия, недостаточный рост, снижение уровня сывороточных белков в крови уменьшение онкотического давления крови (причина отеков)

Баланс азота в организме

Азотистый баланс… количественная разница между введением N с пищей и выведением его в виде конечных продуктов азотистого обмена, выраженных в одинаковых единицах (г/сут. ) • Положительный АБ (вывод. N) < (ввод. N) синтез > распада – в молодом, растущем организме, в период беременности и лактации • Отрицательный АБ (вывод. N) > (ввод. N) при голодании, белковой недостаточности, тяжелых заболеваниях и часто – у пожилых людей • Азотистое равновесие (вывод. N) = (ввод. N) у здорового взрослого человека, соблюдающего полноценную диету

Незаменимые аминокислоты • АК, удаление которых из диеты приводит к отрицательному азотному балансу и, как результат, к остановке роста – Незаменимые АК: вал, лей, иле, тре, мет, лиз, фен, три; есть видовые различия – Некоторые АК – абсолютно незаменимые: лиз, фен и три – Незаменимые АК человека: арг*, вал, гис, иле, лей, лиз, мет, тре, три, фен

Превращения аминокислот в организме

Процессы гниения белков в кишечнике • Микроорганизмы кишечника – нуждаются в доставке АК – располагают набором ферментных систем, катализирующих превращения АК: – окисление – восстановление – дезаминирование – декарбоксилирование – распад • Благодаря этому – оптимальные условия для образования – ядовитых продуктов – фенол, индол, крезол, скатол, сероводород, метилмеркаптан – нетоксичных продуктов – спиртов, аминов, жирных, кето-, оксикислот…

• Распад S-содержащих аминокислот (цис, мет) – H 2 S, CH 3 SH • Декарбоксилирование диаминокислот – протеиногенные амины (птоамины, трупные яды):

• Декарбоксилирование ароматических аминокислот (фен, тир и три) – фенилэтиламин, тирамин и триптамин

• Постепенное разрушение боковых цепей циклических аминокислот (тир, три)

Всосавшиеся в кровь аминокислоты… • по воротной вене в печень, где подвергаются ряду превращений • или разносятся кровью по всему организму и используются для физиологических целей: – как строительный материал для синтеза тканевых белков, ферментов, гормонов и др. БАВ • Некоторое количество аминокислот распадается до СО 2, Н 2 О и NН 3 с освобождением энергии (~1200 к. Дж/сут. за счет окисления ~70 г АК – ~10% суточной потребности в энергии)

Общие пути обмена аминокислот • Почти все аминокислоты в организме подвергаются реакциям: – дезаминирования – трансаминирования (переаминирования) – декарбоксилирования

Типы дезаминирования • Восстановительное • Гидролитическое

Типы дезаминирования • Внутримолекулярное • характерно для гис в печени и коже под действием гистидинаммиаклиазы Если этого процесса нет – умственная отсталость, дефицит речи

Типы дезаминирования • Окислительное • 2 стадии 1) ферменты – оксидазы аминокислот, коферменты – ФМН, ФАД, НАД или НАДФ 2) спонтанно в присутствии воды

Пример окислительного дезаминирования • Глутаматдегидрогеназа

Переаминирование аминокислот… Реакции межмолекулярного переноса аминогруппы от аминокислоты на -кетокислоту • Универсально для всех живых организмов • без промежуточногопротекают при участии Реакции обратимы и образования аммиака аминотрансфераз (кофермент – пиридоксальфосфат, витамин В 6)

Декарбоксилирование аминокислот • -Декарбоксилирование – Для большинства природных АК и их производных – Отщепляется группа –СООН, находящаяся по соседству с -атомом С

• Реакции декарбоксилирования – Необратимы – Осуществляются специфическими декарбоксилазами аминокислот – Кофермент – пиридоксальфосфат (витамин В 6)

Примеры декарбоксилирования • Декарбоксилаза ароматических аминокислот • • • – В надпочечниках и цнс Сосудосуживающие действие – Катализирует декарбоксилирование L-изомеров Участвует в центральной регуляции триптофана, 5 -гидрокситриптофана, артериального давления, (ДОФА) 3, 4 -диоксифенилаланина температуры тела, дыхания и почечной фильтрации Является медиатором цнс, стимулятором сокращения гладких мышц Развитие аллергии, демпингсиндрома, ДОФамин – предшественник токсикоза беременности, карциноидного Триптаминкатехоламинов (адреналина и обладает синдрома и геморрагических диатезов. норадреналина) сосудосуживающим В норме 1% три превращается в серотонин; действием если больше – симптомы различных заболеваний

• Гистидиндекарбоксилаза • Широкий спектр биологического действия: • Оказывает сосудорасширяющее действие -Аминомасляная кислота • Много – в области воспаления: тормозит (ГАМК) вызывая расширение сосудов в очаге деятельность цнс, воспаления, он ускоряет приток является n Глутаматдекарбоксилаза лейкоцитов нейрогуморальным • Участвует в секреции HClингибитором в желудке • Является медиатором боли При лечении, например, • Играет определеннуюэпилепсии используют роль в аллергических реакциях введение глутаминовой (антигистаминные препараты) кислоты

Превращение орн в путресцин и лиз в кадаверин • Накопление биогенных аминов может отрицательно сказаться на физиологическом статусе и вызывать ряд серьезных нарушений в организме • НО есть механизмы обезвреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к их окислительному дезаминированию Моноамин- и диаминоксидазы (кофермент ФАД)

Образование аминоациладенилатов

Специфические пути обмена некоторых аминокислот (реакции по радикалу)

Переход одних аминокислот в другие

1 • фенилаланин-4 -гидроксилаза

2 • аргиназа

3 • сериноксиметилаза • треонинальдолаза

4 • • • Три → Ала Глн → Три Глн → Асн Глн → Гис и др.

Окислительновосстановительные реакции по серусодержащим радикалам цистеина и цистина

Пример • цистеиндиоксигеназа • Таурин образует конъюгаты с желчными кислотами с образованием таурохолевой кислоты, которая принимает участие во всасывании жиров

Синтез различных биологически активных веществ

Синтез катехоламинов и меланина из фен и тир

• Этот процесс обеспечивает пигментацию кожи, глаз, волос и нарушается при альбинизме

Синтез никотиновой кислоты из три

Синтез индолилуксусной кислоты из три

• Индолилуксусная кислота – ростовое вещество растений • В норме не > 1% три превращается в серотонин • Содержание индолилуксусной кислоты в моче резко повышается при поражении злокачественными карциномами, тогда около 60% три превращается в серотонин

Синтез ключевых метаболитов

• • Ала, цис, гли, сер, тре → ПВК Иле, лей, три → ацетил-Ко. А Асн, асп → ЩУК Арг, глн, про, гис → глу → -кетоглутаровая кислота • Иле, мет, вал → сукцинил-Ко. А • Тир, фен → фумаровая кислота

Конечные продукты распада аминокислот

• СО 2, NН 3, амины, кетокислоты и др. • Амины → карбоновые кислоты (окислительное дезаминирование) R–CH 2–NH 2 + H 2 O + CO 2 → R–CHO + NH 3 + H 2 O 2 моноаминооксидаза R–CHO + H 2 O + НАД → R–СООН + НАДН 2 альдегидрогеназа • Окислительное дезаминирование диаминов – при посредстве диаминоксидаз • Кетокислоты и карбоновые кислоты постепенно окисляются до СО 2 и Н 2 О

• Таким образом, конечные продукты распада АК – Н 2 О, СО 2 и NН 3 • Н 2 О – в общий метаболический фонд, СО 2 выводится из организма • NН 3 – высокотоксичное соединение (концентрация в норме 1– 2 мг/л в крови; концентрация 50 мг/л летальна) • Поэтому NН 3 должен подвергаться связыванию в тканях с образованием нетоксичных соединений, легко выделяемых с мочой

Пути устранения аммиака в организме

1. Образование аммонийных солей • у некоторых обитателей гидросферы – пиявок, крабов, раков и др. 2 NH 3 + H 2 O + CO 2 → (NH 4)2 CO 3

2. Биосинтез глутамина (и аспарагина) • В мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах • Амиды выполняют транспортную функцию • Синтез амидов требует энергии АТФ и присутствия глу или асп, свободного аммиака • Глутамин- и аспарагинсинтетазы

3. Биосинтез мочевины • Основной механизм обезвреживания аммиака в организме • Образующаяся мочевина выводится с мочой (до 80– 85% всего N мочи) • Локализован в печени • Механизм описал Х. А. Кребс (1932)

Орнитиновый цикл мочевинообразования

• Сначала – синтез карбамилфосфорной кислоты (карбамилфосфата) из СО 2 и NH 3 (или глн): • Карбамоилфосфатсинтаза содержит биотин (вит. Н) • Карбамилфосфат включается в специфический цикл, в котором в качестве регенерируемого компонента ( «катализатора» ) принимает участие орнитин, легко возникающий при гидролизе арг

Реакции цикла мочевины

1. Конденсация карбамилфосфата и орн • Орнитин-карбамилтрансфераза

2. Взаимодействие цитруллина с асп • Аргининсукцинатсинтетаза • Реакция сопряжена с гидролизом АТФ

3. Отщепление фумаровой кислоты от аргининянтарной • Аргининсукцинатлиаза

4. Гидролиз аргинина • Аргиназа

Суммарное уравнение синтеза мочевины СО 2 + NH 3 + 3 АТФ + 2 Н 2 О + асп → → Н 2 N–CO–NH 2 + 2 АДФ + АМФ + фумарат + 2 Н 3 РО 4 + Н 4 Р 2 О 7

Новообразование аминокислот

Первичный синтез 1. • • Прямое аминирование непредельных кислот Редкая реакция, в основном у бактерий и растений Аспартат-аммиаклиаза

Первичный синтез 2. Восстановительное аминирование кетокислот • Главный путь – обращение окислительного дезаминирования аминокислот – глутаматдегидрогеназа – см. выше – аланиндегидрогеназа

Вторичный синтез • Переаминирование с кетокислотами • Остальные АК образуются, в основном, путем переаминирования глу и ала с кетокислотами или путем превращения одних аминокислот в другие • Поэтому… – ала, асп и глу – первичные аминокислоты – все остальные – вторичные