Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Аминотрансферазы АЛТ и ACT присутствуют во многих тканях, но наиболее активны в клетках печени и миокарда. АЛТ локализована в цитозоле клеток, а АСТ – в цитозоле и митохондриях. В печени наиболее активно трансаминируется аланин, а скорость трансаминирования аспартата ниже; в миокарде, наоборот, активность АСТ выше, чем АЛТ.

Оба фермента практически отсутствуют в крови здорового человека. Высокая активность ферментов в крови человека свидетельствует о воспалительных процессах, что дает возможность использовать определение активности АСТ и АЛТ для дифференциальной диагностики заболеваний печени и сердца.

Обычно определяют соотношение ACT/АЛТ в сыворотке крови (коэффициент де Ритиса). В норме этот коэффициент равен 1, 33± 0, 42. При инфаркте миокарда активность ACT в крови увеличивается в 8 -10 раз, а АЛТ — в 1, 5 -2, 0 раза. При инфаркте миокарда значение коэффициента де Ритиса резко возрастает.

При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в 8 -10 раз по сравнению с нормой, a ACT — в 2 -4 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0, 6. Однако при циррозе печени этот коэффициент увеличивается, что свидетельствует о некрозе клеток, при котором в кровь выходят обе формы ACT.

Дезаминирование аминокислот — реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая αкетокислота (безазотистый остаток) и выделяется аммиак.

Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека он превращается в хорошо растворимое соединение – мочевину и соли аммония. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования, в процессах глюконеогенеза, кетогенеза, в реакциях для восполнения убыли метаболитов ОПК, в реакциях окисления до СО 2 и Н 2 О с образованием АТФ.

В отличие от трансаминирования, при дезаминировании общее количество аминокислот уменьшается, поэтому эти реакции можно рассматривать как путь катаболизма, общий для всех аминокислот. Дезаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина.

Существует несколько способов дезаминирования аминокислот: • окислительное (глутаминовая кислота); • непрямое (трансдезаминирование) для всех остальных аминокислот; • неокислительное (серин и треонин); • внутримолекулярное (гистидин).

Окислительное дезаминирование Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование αиминоглутарата, затем — неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется αкетоглутарат.

Окислительное дезаминирование глутамата обратимая реакция и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, т. е. восстановительное аминирование α-кетоглутарата и образование глутамата.

Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Аллостерические ингибиторы глутаматдегидрогеназы (АТФ, ГТФ, NADH) вызывают диссоциацию фермента и потерю глутаматдегидрогеназной активности.

Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование α-кетоглутарата, который в свою очередь используется в ЦТК как энергетический субстрат.

В печени и почках обнаружен фермент оксидаза Lаминокислот, способный дезаминировать некоторые L-аминокислоты. Коферментом в данной реакции выступает FMN. Однако вклад оксидазы L-аминокислот в дезаминирование, очевидно, незначителен, так как оптимум её действия лежит в щелочной среде (р. Н 10, 0). В клетках, где р. Н среды близок к нейтральному, активность фермента снижена.

Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это FAD-зависимый фермент. Оптимум р. Н этой оксидазы лежит в нейтральной среде, поэтому фермент более активен, чем оксидаза L-аминокислот. Оксидаза D-аминокислот способствует их превращению в соответствующие L-изомеры.

Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование) Аминогруппы аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент пиридоксальфосфат (ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD+).

Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот (А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (Б).

А — при катаболизме почти все аминокислоты сначала передают аминогруппу на α-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты.

Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, в результате чего получаются α-кетоглутарат и аммиак; Б — при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых αкетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования α-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей α-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

В мышечной ткани активность глутаматдегидрогеназы низка, поэтому в этих клетках при интенсивной физической нагрузке функционирует ещё один путь непрямого дезаминирования с участием цикла ИМФ-АМФ. Вначале происходит перенос аминогруппы аминокислот на аспартат, затем на инозиновую кислоту (ИМФ) и в завершение — дезаминирование АМФ.

Можно выделить 4 стадии процесса: • трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата; • трансаминирование глутамата с оксалоацетатом (фермент ACT), образование аспартата; • реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата; • гидролитическое дезаминирование АМФ.

Неокислительное дезаминировате В печени человека присутствуют специфические ферменты, катализирующие реакции дезаминирования аминокислот серина, треонина и гистидина неокислительным путём.

Реакция начинается с отщепления молекулы воды и образования метиленовой группы, затем происходит неферментативная перестройка молекулы, в результате которой образуется иминогруппа, слабо связанная с α-углеродным атомом.

Далее в результате неферментативного гидролиза отщепляется молекула аммиака и образуется пируват.

Неокислительное дезаминирование треонина

Внутримолекулярное дезаминирование гистидина происходит под действием фермента гистидазы (гистидинаммиаклиазы). Гистидин дезаминируется только в печени и коже человека, в крови гистидаза отсутствует.

Поэтому при заболеваниях этих органов наблюдается выход гистидазы в кровь. Определение ее активности имеет важное диагностическое значение при вирусных и токсических поражениях печени, раке печени и кожи.

Декарбоксилирование аминокислот

Декарбоксилирование – процесс отщепления СО2 от карбоксильной группы аминокислот с образованием аминов, контролируется ферментами декарбоксилазами:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

За счет декарбоксилирования образуются биогенные амины (гистамин, триптамин, γ-аминомасляная кислота, тирамин и др.).

Биогенные амины обладают сильным биологически действием. Гистамин вызывает расширение капилляров, повышение их проницаемости, сужение крупных сосудов, сокращение гладкой мускулатуры внутренних органов, усиливает секрецию соляной кислоты в желудке. γ-аминомасляная кислота – тормозной медиатор.

  • Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

    Примеры декарбоксилирования аминокислот:

  • 1.
  • Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

    2.

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

  1. 3.
  2. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.
  3. 4.
  4. Образование аминов характерно для процессов гниения в кишечнике и для посмертных изменений.
  5. Процессы гниения в кишечнике
Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Гниение белков в кишечнике – это процесс распада аминокислот и белков под действием ферментов микроорганизмов толстой кишки. Данные процессы включают реакции дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот. В кишечнике под влиянием гнилостных бактерий образуются следующие продукты распада: путресцин, кадаверин, фенол, скатол, индол, крезол:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Из триптофана после разрушения бактериями боковой цепи образуются скатол и индол:

Путресцин, кадаверин, фенол, крезол, индол, скатол – ядовитые вещества с неприятным запахом.

В печени и кишечной стенке продукты гниения обезвреживаются в реакциях «защитного синтеза». Например, фенол, крезол, индоксил, скатоксил обезвреживаются в печени путем синтеза парных соединений с серной и глюкуроновой кислота­ми.

Данные соединения не ядовиты, выделяются с мочой наружу.

Фенол, крезол, индоксил, скатоксил реагируют не со свободным суль­фатом, а с его активной формой – фосфоаденозинфосфосульфатом (ФАФС) или глюкуроновой кислотой (УДФГК – уридиндифосфоглюкуроновая кислота).

Скатол и индол предварительно окисляются в скатоксил и индоксил.

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

  • Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. В почках индоксилсерная кислота реагирует с КНСО3, в результате образуется «животный индикан» (калиевая соль):
  • При сбалансированном аминокислотном питании в моче здоровых животных содержится 10% индикана, индикан выделяется с мочой при длительной задержке продуктов переваривания белков в кишечнике.
  • При избытке в рационе животных фенилаланина, или в результате его недоступности для протеиназ, фенилаланин превращается в бензойную кислоту:
  • В печени и почках бензойная кислота обезвреживается взаимодействием с глицином:

К продуктам гниения относятся продукты декарбоксилирования серосодержащих аминокислот. При отщеплении от серосодержащих аминокислот СО2 образуются меркаптаны, метиламин, сероводород, метан. Данными аминокислотами являются метионин, цистеин, цистин.

Продуктами гниения могут быть также гистамин, тирамин.

Декарбоксилирование аминокислот

Третий важный тип диссимиляции аминокислот – декарбоксилирование. В результате этой реакции удаляется a-карбоксильная группа и образуются физиологически активные соединения – биогенные амины. Биогенные амины оказывают сильное фармакологическое действие на множество физиологических функций человека и животных.

Реакции декарбоксилирования катализируют ферменты декарбоксилазы, простетической группой которых является пиридоксальфосфат (активная форма витамина В6).

Например, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Он вызывает усиление деятельности желез внутренней секреции и снижает кровяное давление.

Декарбоксилирование является важной реакцией при разложении белков в результате жизнедеятельности гнилостных бактерий. Так, при декарбоксилировании лизина образуется кадаверин:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Из тирозина – тирамин, триптофана – триптамин, орнитина – путресцин.

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Образующиеся при декарбоксилировании кадаверин, путресцин, триптамин являются основной причиной порчи мясных и рыбных продуктов.В то же время кадаверин и путресцин используются для синтеза полиаминов – спермидина и спермина. Играют важную роль в процессах клеточного деления, роста и дифференцировки ткани, а также в регуляции синтеза ДНК, РНК и белка.

При дальнейших превращениях, например, триптамина, образуются скатол и индол – ядовитые соединений, от которых в основном зависит запах гниющего мяса.

Декарбоксилирование аминокислот у растений приводит к биосинтезу алкалоидов – азотсодержащих органических соединений, обладающих более выраженной физиологической активностью, чем амины.

Продуктами декарбоксилирования аминокислот могут являться не только амины и диамины. Так, при декарбоксилировании дикарбоновых кислот, в частности глутаминовой кислоты образуется ¡-аминомасляная кислота:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.     ¡-аминомасляная кислота накапливается в мозговой ткани и представляет собой нейрогуморальный ингибитор. Аналогично этому из аспарагиновой кислоты получается b-аланин, который принимает участие в синтезе пантотеновой кислоты (витамин В3).

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Для микроорганизмов свойственно w-декарбоксилирование. Например, из аспарагиновой кислоты этим путем образуется a-аланин:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

  • 54.
  • Обезвреживание аммиака и биогенных аминов
  • Накопление биогенных аминов может отрицательно сказаться на физиологическом статусе и вызывать ряд существенных нарушений функций в организме.

Однако органы и ткани обладают специальным механизмом обезвреживания биогенных аминов. В данном случае биогенные амины подвергаются окислительному дезаминированию. Катализируют эти реакции ФАД – зависимые моноаминооксидазы и диаминоксидазы:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда. Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Как уже упоминалось выше, у растений амины могут использоваться для биосинтеза алкалоидов.

Аммиак, выделяющийся в реакциях дезаминирования и окисления биогенных аминов, является высокотоксичным соединением.

Один из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме животных и растений – это биосинтез глутамина и аспарагина, а также восстановительное аминирование a-кетокислот (см. реакции биосинтеза аминокислот).

У человека, а также всех млекопитающих, амфибий и ряда других животных основным механизмом обезвреживания аммиака является биосинтез мочевины. Мочевина выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, азотного обмена.

Обезвреживание образующегося при дезаминировании аминокислот аммиака в виде мочевины свойственно не только животным, но также и различным представителям растительного мира. Исследования показали, что мочевина в растениях играет роль, аналогичную аспарагину и глутамину, т.е.

является источником азота для построения белков в случае, если в растении появляется достаточное количество углеводов.

Использование мочевины растениями и микроорганизмами для целей синтеза осуществляется благодаря наличию в них чрезвычайно активной уреазы, гидролизующей мочевину с образованием аммиака и угольной кислоты.

Механизм образования мочевины получил название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.

Общие пути катаболизма и биосинтеза аминокислот

23.7.1. В организме человека возможен синтез заменимых аминокислот, к которым относятся: аланин, аргинин, аспартат, гистидин, глицин, глутамат, глутамин, пролин, серин, тирозин, цистеин.

Недостаток в пище любой из этих аминокислот не будет сопровождаться её дефицитом в организме.

Основными путями образования заменимых аминокислот являются: 1)трансаминирование α-кетокислот, 2) восстановительное аминирование α-кетокислот, 3) синтез с участием незаменимых аминокислот.

23.7.2. Трансаминирование (см. тему 23.4). Источниками атомов углерода в этих реакциях служат метаболиты гликолиза и цикла Кребса, источниками атомов азота – другие аминокислоты, чаще всего – глутамат (см. рисунок 23.4).

23.7.3. Восстановительное аминирование (см. тему 24). Источником атома азота аминогруппы является молекула аммиака, источником углерода — α-кетокислоты, чаще всего — α-кетоглутарат (см. рисунок 23.4).

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Рисунок 23.4. Биосинтез заменимых аминокислот в тканях с использованием углеродного скелета глюкозы (одной звёздочкой показаны реакции трансаминирования, двумя – восстановительного аминирования).

23.7.4. Синтез с участием незаменимых аминокислот. Заменимая аминокислота тирозин может образоваться из незаменимой аминокислоты фенилаланина:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Фенилаланингидроксилаза — типичная цитохром P450-зависимая гидроксилаза со смешанной функцией: один атом кислорода включается в воду и другой в гидроксильную группу тирозина. Восстановителем служит кофактор тетрагидробиоптерин, который поддерживается в восстановленном состоянии НАДФН-зависимым ферментом дигидробиоптерин-редуктазой.

Заменимая аминокислота цистеин синтезируется при участии незаменимой аминокислоты метионина, которая используется как источник атома серы. После отдачи метильной группы в реакциях трансметилирования метионин превращается в гомоцистеин. При его взаимодействии с заменимой аминокислотой серин образуется цистатионин:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Цистатионин подвергается расщеплению с образованием цистеина и гомосерина, который подвергается дезаминированию в α-кетобутират:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Таким образом, фенилаланин и метионин, поступающие с пищей, частично используются для синтеза заменимых аминокислот. Поэтому суточная потребность в фенилаланине и метионине может быть существенно снижена при поступлении в организм дополнительных количеств тирозина и цистеина соответственно.

Катаболизм аминокислот начинается с дезаминирования

У человека основным способом дезаминирования является окислительное дезаминирование. Выделяют два варианта окислительного дезаминирования: прямое и непрямое.

Прямое окислительное дезаминирование

Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода (аэробное) и не нуждаться в кислороде (анаэробное).

1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами D-аминокислот (D-оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами L-аминокислот (L-оксидазы) с коферментом ФМН

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Реакция, катализируемая оксидазами D- и L-аминокислот

2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой, превращающей глутамат в α-кетоглутарат.

Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных).

Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже).

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Реакция прямого окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты

В печени реакция используется для получения аммиака из его транспортной формы глутаминовой кислоты. Далее аммиак входит в реакции синтеза мочевины.

Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)

Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.

Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты при участии ферментов аминотрансфераз. Этот перенос называется трансаминирование и его механизм довольно сложен.

В качестве конечной кетокислоты-акцептора («кетокислота 2») в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат («аминокислота 2»).

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Схема реакции трансаминирования

В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют α-NH2-группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О.

При необходимости (например, голодание) углеродный скелет глюкогенных аминокислот может использоваться в печени для синтеза глюкозы в глюконеогенезе. В этом случае количество аминотрансфераз в гепатоците увеличивается под влиянием глюкокортикоидов.

Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от аминокислоты 2 – дезаминирование.

Т.к. в организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота, то только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α-кетоглутаровой кислоты. Этот этап осуществляется глутаматдегидрогеназой (перейти вверх к ее реакции), которая имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.

Учитывая тесную связь обоих этапов, непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование.

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

Схема обоих этапов трансдезаминирования

Если реакция прямого дезаминирования идет в митохондриях печени, аммиак используется для синтеза мочевины, которая в дальнейшем удаляется с мочой. В эпителии канальцев почек реакция необходима для удаления аммиака в процессе аммониегенеза.

Так как НАДН используется в дыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАДН.

Роль трансаминирования и трансдезаминирования

Реакции трансаминирования:

  • активируются в печени, мышцах и других органах при поступлении в клетку избыточного количества тех или иных аминокислот – с целью оптимизации их соотношения,
  • обеспечивают синтез заменимых аминокислот в клетке при наличии их углеродного скелета (кетоаналога),
  • начинаются при прекращении использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма их безазотистого остатка и выработки энергии,
  • необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – для использования безазотистого остатка аминокислот в печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах – для его прямого вовлечения в реакции цикла трикарбоновых кислот.

При патологиях (сахарный диабет 1 типа, гиперкортицизм) реакции трансаминирования обусловливают появление субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.

Продукт трансаминирования глутаминовая кислота:

  • является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты,
  • способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его (синтез глутамина).

Процесс трансдезаминирования идет в организме непрерывно, потому что:

Обмен аминокислот в тканях

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.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.

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:

Катаболизм азотсодержащих органических соединений бактериями. Аминокислоты. Декарбоксилирование и дезаминирование аминокислот бактериями. Механизм Стиклэнда.

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».

Общие пути обмена аминокислот. Дезаминирование, трансаминирование, декарбоксилирование. Биогенные амины

Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации. Реакции рацемизации характерны только для микроорганизмов, физиологическая роль которой заключается в синтезе D-изомеров аминокислот для построения клеточной оболочки.

  • Дезаминирование ( отщепление аминогруппы) – существует четыре типа реакций, катализируемых своими ферментами:
  • Восстановительное дезаминорование ( +2H+)
  • Гидролитическое дезаминированиие (+H2О)
  • Внутримолекулярное дезаминирование
  • Окислительное дезаминирование (+1/2 О2)

Во всех случаях NH2- группа аминокислоты высвобождается в виде аммиака. Помимо аммиака продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, окикислоты и кетокислоты.

Кроме перечисленных четырех типов реакций и катализирующих их ферментов в животных тканях и печени человека открыты также три специфических фермента (серин- и треониндегидратазы и цистатионин-γ- лиаза), катализирующих неокислительное дезаминирование серина, треонина и цистеина. Они требуют присутствия пиридоксаль-фосфата в качестве кофермента. Конечными продуктами реакции являются пируват и α- кетобутират, аммиак и сероводород.

Трансаминирование – реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака (глутамат+ пируват = α-кетоглутарат + аланин). Реакции трансаминирования являются обратимыми и универсальными для всех живых организмов, они протекают при участии специфических ферментов – аминотрансфераз (трансамниназ).

Теоретически реакции возможны между любой амино- и кетокислотой, но наиболее интенсивно они протекают, если один из партнеров представлен дикарбоновой амино- или кетокислотой. В переносе амниогруппы активное участие принимает кофермет трансминаз – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). Для реакций трансаминирования характерен общий механизм.

Ферменты реакции катализируют перенос аминогруппы не на α -кетокислоту, а на кофермент; образовавшееся промежуточное соединение (шиффово основание) подвергается внутримолекулярным превращениям, приводящим к освобождению α-кетокислоты и пиридоксамнофосфата.

Последний на втолрой стадии реагирует с любой другой α-кетокислотой, что через те же стадии приводит к синтезу новой аминокислоты и пиридоксальфосфата.

Декарбоксилирование — отщепление карбоксильной группы в виде СО2, образующиеся продукты реакции называются биогенными аминами, они оказывают сильное фармакологическое действие на множество функций.

Эти реакции являются необратимыми, они катализируютя специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокмлот- которые в качестве кофермента содержат пиридоксальфосфат ( кроме гистидиндекарбоксилазы и аденозилдекарбоксилазы – содержат остаток пировиноградной кислоты в качестве кофермента). В живых организмах открыты четыре типа декарбоксилирования аминокислот.

α-декарбоксилирование – характерно для тканей животных: от аминокислот отщепляется соседняя от α-углеродного атома карбоксильная группа.

ω-декарбоксилирование- свойственно микроорганизмам декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования. Образуется альдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте

Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных — пиридоксальфосфат.

Некоторые декарбоксилазы микроорганизмов могут содержать вместо ПФ остаток пирувата — гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза Е. coli и др.

Механизм реакции напоминает реакцию трансаминирования с участием пиридоксальфосфата и также осуществляется путём формирования шиффова основания ПФ и аминокислоты на первой стадии.

Синтез и биологическая роль серотонина

Серотонин — нейромедиатор проводящих путей. Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-гидрокситриптофана в результате действия декарбоксилазы ароматических аминокислот. Этот фермент обладает широкой специфичностью и способен также декарбоксилировать триптофан и ДОФА, образующийся из тирозина.

5-Гидрокситриптофан синтезируется из триптофана под действием фенилаланингидроксилазы с коферментом Н4БП (этот фермент обладает специфичностью к ароматическим аминокислотам и гидроксидирует также фенилаланин) (см. схему ниже).

Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции.

Серотонин — биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. По некоторым данным он может принимать участие в аллергических реакциях, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках.

Синтез и биологическая роль ацетилхолина Ацетилхолин синтезируется в нервной ткани и служит одним из важнейших возбуждающих нейромедиаторов вегетативной нервной системы. Его предшественник — аминокислота серии:

Синтез и биологическая роль γ-аминомасляной кислоты

В нервных клетках декарбоксилирование глутамата (отщепление α-карбоксильной группы) приводит к образованию γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая служит основным тормозным медиатором высших отделов мозга (см. схему на с. 514).

Цикл превращений ГАМК в мозге включает три сопряжённые реакции, получившие название ГАМК-шунта. Первую катализирует глутаматдекарбоксилаза, которая является пиридоксальзависимым ферментом. Эта реакция является регуляторной и обусловливает скорость образования ГАМК в клетках мозга. Продукт реакции — ГАМК.

Последующие 2 реакции можно считать реакциями катаболизма ГАМК. ГАМК-аминотрансфераза, также пиридоксальзависимая, образует янтарный полуальдегид, который затем подвергается дегидрированию и превращается в янтарную кислоту. Сукцинат используется в цитратном цикле.

Инактивация ГАМК возможна и окислительным путём под действием МАО.

Содержание ГАМК в головном мозге в десятки раз выше других нейромедиаторов. Она увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+, что вызывает торможение нервного импульса; повышает дыхательную активность нервной ткани; улучшает кровоснабжение головного мозга.

ГАМК в виде препаратов гаммалон или аминалон применяют при сосудистых заболеваниях головного мозга (атеросклероз, гипертония), нарушениях мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных депрессиях и травмах головного мозга, а также заболеваниях ЦНС, связанных с резким возбуждением коры мозга (например, эпилепсии).

Аминокислота гистидин в разных тканях подвергается действию различных ферментов и включается в два разных метаболических пути: катаболизм до конечных продуктов; синтез гистамина.

В печени и коже гистидин подвергается дезаминированию под действием фермента гистидазы с образованием уроканиновой кислоты. Конечным продуктом катаболизма гистидина служит глутамат, NH3 и производные Н4-фолата (N5-формимино-Н4-фолат и N5-формил-Н4-фолат).

Наследственный дефект гистидазы вызывает накопление гистидина и развитие гастидинемии, которая проявляется задержкой в умственном и физическом развитии детей. Наследственный дефект уро-каниназы в печени может вызвать уроканинемию, при которой в крови повышается уровень уроканата.

Симптомы этого патологического состояния во многом аналогичны симптомам других энзимопатий и проявляются отставанием умственного и физического развития.

  1. Ферменты гистидаза и уроканиназа гепатоспецифичны, поэтому их определение используют в клинике для диагностики поражений печени.
  2. 1. Синтез и биологическая роль гистамина
  3. Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани.

Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, воздействие эндо- и экзогенных веществ), развитии иммунных и аллергических реакций.

Гистамин выполняет в организме человека следующие функции: стимулирует секрецию желудочного сока, слюны (т.е. играет роль пищеварительного гормона);

повышает проницаемость капилляров, вызывает отёки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль); сокращает гладкую мускулатуру лёгких, вызывает удушье; расширение сосудов, покраснение кожи, отёчность ткани; вызывает аллергическую реакцию; выполняет роль нейромедиатора; является медиатором боли.

К биогенным аминам относят и катехолами-ны (дофамин, норадреналин и адреналин).Дофамин, в частности, является медиатором среднего отдела мозга.

Норадреналин — возбуждающий медиатор в гипоталамусе, а также медиатор синаптической нервной системы и разных отделов головного мозга.

Адреналин — гормон, активно синтезирующийся при стрессе и регулирующий основной обмен, а также усиливающий сокращение сердечной мышцы.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector