Общие пути катаболизма аминокислот Биологическая роль продуктов катаболизма

Общие пути катаболизма аминокислот. Биологическая роль продуктов катаболизма аминокислот. “Жизнь – это форма существования белковых тел” Ф. Энгельс

Белки пищи Пищеварительный тракт Печень Ферментов печени Белков печени Переаминирование Аминокислоты печени Аминокислоты крови Клетки разных тканей Азот мочи Почки Дезаминирование аминокислот Амиак Кетокислоты Мочевина Окисление Остаточный азот крови Белки плазмы крови Превращение белков в организме Синтез глицерина Синтез жирных кислот

Пути поступления и использования аминокислот в тканях Источники аминокислот: 1) всасывание в кишечнике; 2) распад белков; 3) синтез из углеводов и липидов. Использование аминокислот: 1) для синтеза белков; 2) для синтеза азотсодержащих соединений (креатина, пуринов, холина, пиримидинов); 3) источник энергии; 4) для глюконеогенеза.

ОБЩИЕ ПУТИ МЕТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ Пути использования аминокислот: 1) синтез белков; 2) синтез других азотсодержащих соединений (креатина, пуринов, холина, пиримидина); 3) источник энергии; 4) для глюконеогенеза.

Общие пути обмена аминокислот: Ø Дезаминирование Ø Трансаминирование Ø Декарбоксилирование Основное место обмена аминокислот - печень.

Дезаминирование аминокислот Дезаминирование – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака. Четыре типа дезаминирования: - окислительное - восстановительное - гидролитическое - интрамолекулярное

Глутаматдегидрогеназная реакция В большинстве организмовв глутамат является единственной аминокислотой, которая имеет активную дегидрогеназу. Присутствует в цитозоле и митохондриях печени. L-Глутаматдегидрогеназааллостерический фермент. . Положительным модулятором фермента является ADР, а отрицательным — GTP. Аммиак, образующийся в реакции идет на синтез мочевины, или сохраняется и идет на синтез аминокислот. В последнем случае фермент катализирует обратную реакцию. Коферментом прямой реакции является NAD, а обратной — NADP

Транспорт аммиака с помощью глутамина Образующийся токсичный аммиак должен быть немедленно превращен в нетоксичный метаболит. Происходит это во всех тканях в глутаминсинтетазной реакции. Эта реакция превращения глутамата в глутамин через промежуточный продукт — γ-глутамилфосфат. Образующийся глутамин представляет собой нейтральное нетоксичное соединение, способное легко проходить через клеточные мембраны; этим он отличается от глутамата, не отличающегося такой способностью, поскольку он несет суммарный отрицательный заряд. У человека глутамин доставляется с кровью в основном в печень (в меньшем количестве в кишечник и почки), где происходит глутаминазная реакция с высвобождением аммиака, идущего на синтез мочевины. Глутамин — это та форма, в которой, главным образом, и транспортируется аммиак: в крови людей его содержание во много крат превышает содержание других аминокислот.

Трансаминирование аминокислот Трансаминирование – перенос -аминогруппы от разных аминокислот на -кетоглутарат с образованием глутамата. Глутамат может быть дезаминированный с образованием NH 4+ Ферменты: аминотрансферазы (трансаминазы). Наиболее распространённые: аланинаминотрансфераза (Ал. АТ) аланин + -кетоглутарат пируват + глутамат аспартатаминотрансфераза (Ас. АТ) аспартат + -кетоглутарат оксалоацетат + глутамат

Нарушения переаминирования Причины беременность стресс, гипертиреоз прием средств Основное звено патогенеза гиповитаминоз В 6 лихорадка, антитуберкулезных ускоренный катаболизм белка при этих состояниях, должен сопровождаться его ускоренным синтезом и, соответственно, повышенным потреблением кофермента пиридоксальфосфата торможение витамина В 6 синтеза пиридоксальфосфата из алкоголизм повышенное разрушение витамина В 6 вследствие активирующего влияния ацетальдегида на активность фермента оксидазы, разрушающей этот витамин белковое голодание Недостаток субстратов переаминирования гипоксия Нарушение всех энергозависимых процессов, в т. ч. и переаминирования для реакции

ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ ОТЩЕПЛЕНИЕ КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЫ С ОБРАЗОВАНИЕМ CO 2 И БИОГЕННЫХ АМИНОВ (гистидин превращается в гистамин, a-глутаминовая к-та в ГАМК, 5 -гидрокситриптофан- в серотонин и т. д. ) амин Процесс катализируется ферментами- декарбоксилазами. Кофермент-пиридоксальфосфат. Разрушаются амины минооксидазами, которые превращают их в альдегиды.

Декарбоксилирование аминокислот 1. Образование физиологически-активных соединий ГАМК – медиатор нервной системы глутамат Гама-аминомасляная к-та (ГАМК) гистидин Гистамин – медиатор гистамин воспаления, аллергических реакций.

2. Катаболизм аминокислот во время гниения белков Ферменты микроорганизмов (в толстом кишечнике) декарбоксилируют аминокислоты с образованием диаминов. орнитин путресцин лизин кадаверин

ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ

МЕТАБОЛИЗМ АММИАКА Пути образования аммиака 1. Окислительное дезаминирование аминокислот 2. Дезаминирование физиологически активных аминов и азотистых оснований. 3. Всасывание аммиака из кишечника (деградация белков кишечными микроорганизмами приводит к образованию аммиака). 4. Гидролитическое дезаминирование AMФ в мозге (фермент – аденозиндезаминаза) Нормальная концентр. : 25 -40 моль/л (0. 4 -0. 7 мг/л)

Из периферических тканей азот транспортируется к печени Два пути транспорта азота из периферических тканей (мышц) к печени: 1. Цикл аланина. Глутамат образуется путём трансаминировання Глутамат не дезаминируется в периферических тканях

МЫШЦЫ Мышечный белок КРОВЬ Глюкоза ПЕЧЕНЬ Глюкоза Гликолиз NH 3 Глюкозоаланиновый цикл Глюконеогенез Аминокислоты Цикл мочевины Мочевина NH 3 α-кетоглутарат Пируват Аланинамино-трансфераза Глутамат Пируват Аланинаминотрансфераза Аланин Глутумат α-кетоглутарат

Синтез мочевины (І) орнитинкарбомоилтрансфераза

Синтез мочевины (ІІ) аргиназа аргининосукцинатсинтетаза аргининосукцинатлиаза

Связь цикла трикарбоновых кислот с циклом мочевинообразования (БИЦИКЛ КРЕБСА)

Регуляция синтеза мочевины Первый фермент цикла мочевинообразования — карбамоил фосфат синтетаза І — аллостерически регулируется Nацетилглутаматом, который синтезируется из ацетил- Cо. A и глутамата N-ацетилглутамат синтазой. У млекопитающих N-ацетилглутамат синтаза в печени выполняет исключительно регуляторную функцию. Концентрация N-ацетилглутамата определяется глутаматом и ацетил-Co. A, а также аргинином — активатором ацетилглутамат синтазы, и, поэтому, активатором цикла мочевины.

К наследственным энзимопатиям орнитинового цикла относятся: • гипераммониемия І типа – недостаток карбамоил–фосфат–синтазы І (немногочисленные случаи, тяжелая гипераммониемия); • гипераммониемия ІІ типа – недостаток орнитин–карбамоилтрансферазы (многочисленные случаи). В крови, спинномозговой жидкости и моче повышается концентрация аммиака и глутамина, Увеличение концентрации аммиака приводит к повышению активности глутаминсинтазы; • цитруллинемия – дефект аргининосукцинатсинтазы (редкое заболевание). С мочой экскретируется большое количество цитруллина, повышается концентрация цитруллина в плазме и спинномозковой жидкости; • аргининосукцинатная ацидурия – дефект аргинино–сукцинатлиазы (редкое заболевание). Повышается концентрация аргининосукцината в крови, спинномозговой жидкости и моче. Болезнь, как правило, развивается рано и приводит к фатальному исходу в раннем возрасте. Для диагностики этого заболевания используют определение наличия аргининосукцината в моче (хроматография на бумаге) и эритроцитах (дополнительно). Раннюю диагностику проводят путем амниоцентеза; • аргининемия - дефект аргиназы. Наблюдается повышение концентрации аргинина в крови и спинномозговой жидкости (в эритроцитах низкая активность аргиназы). Если больного перевести на малобелковую диету, то концентрация аммиака в крови снижается.

Некоторые наследственные заболевания, связанные с нарушением обмена аминокислот Заболевание Частота (на 1000 000) Нарушенный процесс Дефективный фермент Симптомы Альбинизм 3 Синтез меланина Тирозиназа Отсутствие меланина Алкаптонурия 0, 4 Деградация тирозина Гомогентизатдиоксигеназа Темная моча, поздние артриты Аргининурия 0, 5 Синтез мочевины Аргиназа Умственная отсталость Аргинино-сукцинат ацидемия 1, 5 Синтез мочевины Аргинино-сукцинатлиаза Рвота, судороги КФС-І недостаточность 0, 5 Синтез мочевины Карбамоилфосфатсинтетаза І Летаргия, судороги, ранняя смерть Гомоцистинурия 0, 5 Деградация метионина Цистатионин-синтаза Нарушения развития костей, умственная отсталость Болезнь кленового сиропа 0, 4 Деградация аминокислот с разветвленной цепью Дегидрогеназа аминокислот с разветвленной цепью Летаргия, судороги, умственная отсталость, ранняя смерть Метилмалонат ацидемия 0, 5 Превращение пропионил-Со. А в сукцинил-Со. А Метилмалонил-Со. Амутаза Летаргия, судороги, умственная отсталость, ранняя смерть Фенилкетонурия 8 Превращение фенилаланина в тирозин Фенилаланингидроксилаза Умственная отсталость

ВРОЖДЁННЫЕ БОЛЕЗНИИ МЕТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ Алкаптонурия – врождённое нарушение метаболизма тирозина, обусловленное отсутствием гомогентизатоксидазы. § гомогентизиновая кислота аккумулируется в тканях -хрящи, сухожилия, связки, внутренний слой стенки аорты и экскретируется мочой § приобретает чёрный цвет на воздухе Ø У детей: § моча на пелёнкках темнеет Ø У взрослых: § потемнение ушей § темные пятна на склере и рогивце § артриты

НАСЛЕДСТВЕННЫЕ НАРУШЕНИЯ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТ фенилаланингидроксилаза дофамингидроксилаза тирозин фенилаланин тирозиназа 3, 4 -диоксифенилаланин меланин (ДОФА) фенилпируват гидроксифенилпировиноградная к-та фенилацетил- фениллактат глутамин гомогентизиновая к-та гомогентизатоксидаза малеилацетоуксусная к-та Блокада путей метаболизма фенилаланина и тирозина

Фенилкетонурия дефицит фенилаланингидроксилазы Фенилаланин превращается в фенилпируват. §Нарушение миелинирования нервов § Маса мозку ниже нормы. §Умственное и физическое отставание. Диагностические критерии: § уровень фенилаланина в крови § Fe. Cl 3 тест § пробы ДНК (пренатально)

Болезнь кленового сиропа – расстройства окислительного декарбоксилировання кетокислот, образованых из валина, изолейцина, и лейцина, дефект дегидрогеназы разветвлённых цепей. Уровень аминокислот з разветвлённой цепью и -кетокислот значительно повышается как в крови так и в печени. Моча с запахом кленового сиропа Ранние симптомы: § летаргия § кетоацидоз § потеря сознания, кома и смерть