Шляхи обміну амінокислот
В основі різних шляхів обміну амінокислот лежить три типи реакцій: по аміни та карбоксильної груп і по радикалу. Реакції по аминной групі включають процеси дезамінування, переамінування, по карбоксильної групі - декарбоксилирования. реакції по радикалу різноманітні і визначаються характером радикала.
Катаболізм амінокислот у ссавців відбувається в основному в печінці і дещо слабше в нирках.
дезамінування амінокислот
Суть дезаминирования полягає в розщепленні амінокислот по дією ферментів на аміак і безазотистих залишок (жирні кислоти, оксикислоти, кетокислот). Дезамінування може йти в вигляді відновного, гидролитического, окисного і внутримолекулярного процесів. Останні два типи переважають у людини і тварин.
Схематично дезаминирование можна представити таким чином: а) відновне
R-СН-СООН + 2Н R-СН-СООН + N Н3
Амінокислота Насичена кислота
NН2 Амінокислота ОН оксикислотами
R-СН-СООН R-СНСН-СООН + NН3
Амінокислота Ненасичена кислота
Окислювальне дезамінування підрозділяється на дві стадії.
R-СН-СООН оксидаза R-СН-СООН + 2Н
R-С-СООН + Н2 Про R-С-СООН + N Н3
Перша стадія є ферментативної, вона закінчується утворенням нестійкого проміжного продукту - імінокіслоти, яка в другій стадії спонтанно в присутності води розпадається на аміак і -кетокислот. Ферменти каталізують цей процес, містять в якості простетичної групи НАД або ФАД.
В організмі людини найбільш активно протікає дезаминирование глутамінової кислоти під дією ферменту глутаматдегідрогенази, що знаходиться в мітохондріяхклеток всіх тканин. В результаті етогопроцесса утворюється -кетоглутарова кислота, яка бере участь у багатьох процесах обміну речовин.
Ноос-СН-СН2 -СН2 -СООН глутаматдегідрогеназа ноос-С-СН2 -СН2 -СООН
Глутамінова кислота Іміноглутаміновая кислота
Ноос-С-СН2 -СН2 -СООН + Н2 Про ноос-С-СН2 -СН2 -СООН + NН3
Іміноглутаміновая кислота -кетоглутаровую кислота
Трансамінування (переаминирование) амінокислот
Реакція перетворення амінокислот без освіти аміаку була відкрита в 1938 році радянськими академіками А.Е.Браунштейном і І.Г.Кріцманом, які розробили загальну теорію механізму цього ферментативного процесу. Обов'язковою умовою трансаминирования є участь дикарбонових амінокислот (глутамінової та аспарагінової), які у вигляді відповідних їм кетокислот - -кетоглутаровой і щавелевоуксусной можуть взаємодіяти з усіма амінокислотами, за винятком лізину, треоніну і аргініну.
При Переамінування відбувається безпосередній перенесення аміногрупи з амінокислоти на кетокислоту, а кетогрупи - з кетокислот на амінокислоту без звільнення при цьому аміаку.
Цей процес протікає в кілька етапів. У загальному вигляді реакція виглядає так:
СН СН3 аланінтрансамінази СН2 СН3
СН-NН2 + СО СО + СН-NН2
СООН СООН СООН СООН
-аміно Піровіноград- -кето Аланин
кислота ная кислота кислота
Реакцію каталізують ферменти, що відносяться до класу трансфераз, їх простетичної групою є фосфорпірідоксаль - фосфорний ефір вітаміну В6.
Процес переаминирования широко поширений в живій природі. Його особливість - легка оборотність.
Реакції переаминирования грають велику роль в обміні речовин. Від них залежать такі найважливіші процеси, як біосинтез багатьох замінних амінокислот з відповідних їм кетокислот, праспад амінокислот, об'єднання шляхів вуглеводного і амінокислотного обміну, коли з продуктів розпаду глюкози, наприклад піровиноградної кислоти, може утворюватися амінокислота аланін, і навпаки.
Процес декарбоксилирования каталізується декарбоксилаз, специфічними для кожної амінокислоти, простетичної групою яких служить пиридоксальфосфат. Ці ферменти відносяться до класу ЛіАЗ. Процес декарбоксилирования, що полягає в відщепленні від амінокислот СО2. з утворенням амінів, можна показати на наступною схемою:
Механізм реации декарбоксилирования амінокислот відповідно до загальної теорії пірідоксалевого каталізу зводиться до утворення пиридоксальфосфат-субстратного комплексу в активному центрі ферменту.
Таким шляхом з триптофану утворюється триптаміну, з гідроксітріп-Тофан - серотонін. З амінокислоти гістидину утворюється гістамін. З глутамінової кислоти при декарбоксилюванні утворюється -аміномасля-ва кислота (ГАМК).
Аміни, утворені з амінокислот, називаються біогенними амінами, так як вони надають на організм потужний біологічний ефект.
Біогенні аміни виявляють фізіологічну дію в дуже малих концентраціях. Так, введення в організм гістаміну призводить до розширення капілярів і підвищення їх проникності, звуження великих судин, скорочення гладких м'язів різних органів і тканин, підвищення секреції соляної кислоти в желлудке. Крім того, гістамін бере участь у передачі нервового збудження.
Серотонін сприяє підвищенню кров'яного тиску і звуження бронхів; його малі дози пригнічують активність центральної нервової системи, у великих дозах ця речовина надає стимулюючу дествие. У різних тканинах організму велику кількість гістаміну і серотоніну знаходяться в пов'язаної, неактивній формі. Біологічна дія виявляють тільки у вільній формі.
Гамма-амінокислота (ГАМК) накопичується в мозковій тканині і являє собою нейрогуморальний інгібітор-медіатор гальмування центральної нервової системи.
Великі концентрації цих сполук можуть становити загрозу для нормального функціонування організму. Однак в тварин тканинах є амінооксідаза, що розщеплює аміни до відповідних альдегідів. які потім перетворюються в жирні кислоти і розпадаються до кінцевих продуктів.
5.5. Процеси знешкодження аміаку
У процесі перетворень амінокислот в тканинах утворюються їх кінцеві продукти обміну - оксид вуглецю, вода і аміак. Вода використовується організмом для забезпечення біохімічних процесів. Оксид вуглецю частково виводиться з організму з повітрям, що видихається, інша його частина утилізується в процесах синтезу (наприклад, при синтезі жирних кислот, пуринових підстав і т.д.). Аміак, що утворюється в результаті дезамінування амінокислот, є токсичною речовиною, збільшення ег концентрації в крові та інших тканинах надає несприятливу дію, особливо на нервову систему. Токсичність аміаку зумовлена тим, що він сприяє відновного амінування -кетоглутаровой кислоти в мітохондріях. Це призводить до видалення її з циклу Кребса і, як наслідок, до падіння тканинного дихання і надмірному утворенню кетонових тіл з ацетил-КоА.
Основні ефективні механізми знешкодження токсичної дії аміаку в живих організмах наступні: освіта амінів глутаміну або аспарагина, відновне амінування, нейтралізація кислот, синтез сечовини.
Синтез глутаміну або аспарагина протікає в місцях безпосереднього освіти аміаку (наприклад, в печінці, мозку) під дією ферменту глутаматсінтетази (клас лигаз). Реакція синтезу аміду пов'язана з розпадом АТФ.
В результаті взаємодії аміаку з глутамінової м аспарагінової кислотами відбувається його зв'язування, і таким чином аміак знешкоджується.
NН2 СН-СООН Н2 N-СН-СООН
Аналогічно утворюється і аспарагін. Пов'язаний аміак може бути використаний як джерело азоту (наприклад для синтезу пуринових і піримідинових основ, мукополісахаридів (глюкозамін). Глутамин і аспарагін не тільки знешкоджують аміак, але і виступають в якості його транспортної форми. У зв'язаному вигляді аміак доставляється до місця остаточної утилізації - в печінку, де з нього синтезується сечовина.