Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Восстановительное дезаминирование

Этот вид Д. распространен у некоторых спороносных анаэробных бактерий из семейства Clostridium и известен под названием «реакции Стикленда». Процесс протекает по суммарному уравнению 5:

Механизм восстановительного Д. заключается в сопряженной анаэробной окислительно-восстановительной реакции между двумя аминокислотами, из которых одна выступает как донор водорода, а другая — как его акцептор. В результате обе аминокислоты дезаминируются. Напр., реакция между аланином (донор) и глицином (акцептор) складывается схематически из следующих превращений:

Аналогичные реакции наблюдали между другими парами аминокислот. В качестве продуктов реакции из пролина образуется дельта-аминовалериановая к-та, из изолейцина, лейцина, валина — альфа-метилмасляная, изовалериановая и изомасляная соответственно. Ферменты, участвующие в этом виде Д., мало изучены; механизм этого процесса нуждается в уточнении.

У растений и некоторых бактерий таким путем происходит Д. L-аспарагиновой к-ты с помощью широко распространенной аспартат-аммиаклиазы (КФ 4.3.1.1; прежнее название «аспартаза»); в результате из L-аспарагиновой к-ты образуются фумаровая к-та и аммиак. Реакция обратима. Фермент был очищен и изучен; он содержит ионы Mg 2+ и SH-группы. В печени человека и животных аналогичным путем происходит Д. L-гистидина ферментом гистидин-аммиак-лиазой (КФ 4.3.1.3). Гистидин (см.) необратимо дезаминируется в бета-имидазолилакриловую (уроканиновую) к-ту. У некоторых бактерий происходит подобное Д. других аминокислот (напр., ароматических).

ТЕМА 9.3. ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ И ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

1.Промежуточный обмен аминокислот чаще всего начинается с отщепления α-аминогруппыот аминокислоты. Это происходит с помощью двух типов реакций:

Трансаминирование – реакция переноса аминогруппы с аминокислоты(донора) на α-кетокислоту(акцептор), в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Реакция обратима.

Реакция трансаминирования происходит с участием ферментов аминотрансфераз (трансаминаз), которые локализованы в цитозоле и митохондриях клеток практически всех органов. Коферментом этих ферментов является производное витамина В6пиридоксальфосфат.Трансаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина, треонина и пролина.

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 различных аминотрансфераз. Наиболее распространенными являются:

аспартатаминотрансфераза (АСТ),по обратной реакции – глутаматоксалоацетаттрансаминаза;

аланинаминотрансфераза (АЛТ),по обратной реакции – глутаматпируваттрансаминаза.

Названиекаждой аминотрансферазы включает названия субстратов:

• донора аминогруппы (аминокислоты);

• акцептора аминогруппы (α-кетокислоты). Например, фермент, катализирующий реакцию

называется глутаматоксалоацетатаминотрансфераза. По субстратам обратной реакции этот фермент называется аспартатаминотрансферазой (АСТ). Название акцептора – α-кетоглутарата – из названия фермента обычно исключается, так как эта кетокислота является основным акцептором аминогрупп в организме.

Основными донорами аминогрупп в реакциях трансаминирования являются глутамат, аспартати аланин.

Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот.

• Путем трансаминирования из соответствующих α-кетокислот синтезируются заменимые аминокислоты,если их в данный момент в ткани недостаточно. Таким образом происходит перераспределение аминного азотав тканях и органах.

Трансаминирование – один из начальных этапов катаболизма аминокислот.Образующиеся α-кетокислоты могут затем окисляться в цикле трикарбоновых кислот, а некоторые – использоваться для синтеза глюкозы или кетоновых тел.

Трансаминирование происходит во многих тканях, но наиболее активно – в печени.

2.В клинике широко используется определение активности некоторых аминотрансфераз в сыворотке крови, особенно часто – АСТ и АЛТ. Эти ферменты являются органоспецифическими, наиболее активны в клетках печени и сердца. В норме их активность в крови мала – 5-40 ЕД/л.

Существуют изоферменты АСТ: цитозольная форма (ц-АСТ) и митохондриальная (м-АСТ). В печени, миокарде и большинстве других органов м-АСТ представляет 80% массы фермента, но в сыворотке – лишь менее 12% как у здоровых людей, так и у больных. Повышение активности м-АСТ в сыворотке крови имеет место при острых поражениях печени, инфаркте миокарда, сопровождающихся некрозом тканей и разрушением клеточных мембран, при этом повышение активности м-АСТ отражает тяжесть болезни, поражение органа и прогноз.

Определение активности АЛТ и АСТ применяется для диагностики заболеваний миокарда и печени, в том числе при отравлении хлорорганическими соединениями, используемыми на химических производствах (CCl4, хлороформ и др.). В этом случае активность ферментов в сыворотке крови увеличивается до 400 ед. и больше.

• Особенно важное значение для диагностики имеет увеличение активности АЛТ при безжелтушных формахвирусного гепатита.

• Для определения степени поражения печени и сердца определяют соотношение активностей АСТ-АЛТ в сыворотке крови – коэффициент де Ритиса,который в норме составляет 1,33+0,42.

При гепатитахактивность АЛТ увеличивается в 6-8 раз по сравнению с нормой, а АСТ – в 2-4 раза (рис. 9.4). Коэффициент де Ритиса уменьшается до -0,6. Однако при циррозе печеникоэффициент де Ритиса приближается к 1,0 вследствие развивающегося некроза тканей и выхода в кровь митохондриальной фракции АСТ.

При инфаркте миокардаактивность АСТ увеличивается в 8-10 раз, а активность АЛТ – в 1,5-2 раза (рис. 9.5). Коэффициент де Ритиса значительно увеличивается. При стенокардии, пороках сердца, инфаркте

легкогоактивность аминотрансфераз в крови не увеличивается, что дает возможность дифференциальной диагностики заболеваний сердца.

Рис. 9.4. Активность аминотрансфераз сыворотки крови при остром гепатите

Рис. 9.5. Активность аминотрансфераз сыворотки крови при инфаркте миокарда

Особую важность имеет возможность дифференциальной диагностики тяжести заболеваний печени и сердца, а также анализ динамики течения заболевания.

3. Катаболизм аминокислотначинается с реакции дезаминирования– удаления α-аминогруппы, которая выделяется в виде аммиака и образования безазотистого остатка (α-кетокислоты). При дезаминировании в отличие от трансаминирования общее количество аминокислот уменьшается.

Продукт дезаминирования аммиак –токсичное соединение, в клетках подвергается обезвреживанию.

Безазотистый остатокпредставляет собой α-кетокислоту, которая включается:

• в реакции окисления до СО2 и Н2О;

• в реакции трансаминирования для синтеза заменимых аминокислот;

• в анаплеротические реакции для восполнения убыли метаболитов ОПК или для синтеза других соединений;

Дезаминированию подвергаются все аминокислоты кроме лизинаи пролина(табл. 9.3).

Существует несколько типов реакций дезаминирования:

окислительное– характерно только для Глу;

неокислительное– характерно для Сер, Тре и Гис;

непрямое– для остальных аминокислот.

Прямому окислительному дезаминированиюподвергается только глутамат.Окислительное дезаминирование глутамата происходит под действием фермента глутаматдегидрогеназы,коферментом которого является NAD+.Реакция идет в митохондриях многих тканей, наиболее активно – в печени. В реакцию неокислительного дезаминирования вступают:

серин и треонин– с отщеплением воды;

гистидин– внутримолекулярным способом.

Большинство аминокислот подвергается в клетке непрямому дезаминированию,которое включает две стадии:

А.Трансаминирование с α-кетоглутаратом и образование Глу в цитозоле клетки;

Б.Окислительное дезаминирование Глу в митохондриях.

Центральную роль в непрямом дезаминировании играют глутамати α-кетоглутарат.

Другой тип дезаминирования аминокислот – непрямое неокислительное– происходит с участием цикла ИМФ-АМФ и характерен для мышечной ткани и мозга, в которых глутаматдегидрогеназа малоактивна:

Аминогруппа аминокислот с помощью двух последовательных реакций трансаминирования переносится на ИМФ с образованием АМФ, который гидролитически дезаминируется с выделением аммиака.

Таблица 9.3. Реакции дезаминирования аминокислот

Катаболизм аминокислоти, соответственно, реакции дезаминирования ускоряются при:

голоданиив результате ускорения распада белков тканей;

• поступлении с пищей больших количеств белка;

сахарном диабетеи других длительно протекающих тяжелых заболеваниях, также сопровождающихся распадом тканевых белков.

гистидин– внутримолекулярным способом.

21)Непрямое дезаминирование , транс-дезаминирование, химизм, биологическая роль

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования:

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD + ).

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование – основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы (рис. 9-9), что обеспечивает как катаболизм аминокислот (рис. 9-9, А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (рис. 9-9, Б).

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. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования:

Можно выделить 4 стадии процесса:

трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;

трансаминирование глутамата с оксалоацета-том (фермент ACT), образование аспартата;

реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;

гидролитическое дезаминирование АМФ.

Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом (см. схему А на с. 476).

Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы (см. схему Б на с. 476).

Рис. 9-8. Биологическая роль оксидазы D-аминокислот.

Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

22)Декарбоксилирование аминокислот.Процесс отщепления карбоксильной группы ак в виде СО2 и приводит к образованию биогенных аминов, которые оказывают фармакологическое действие на физиологические функции человека.

Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, t тела, дыхания, медиатор нервных процессов.

Дофамин- предшественник катехоламинов.

Гистамин обладает сосудорасширяющим действием. Он образуется в области воспаления, участвует в развитии аллергических реакций.

глутамат NH2 NH2 γ аминомасляная кислота (ГАМК)

ГАМК является тормозным медиатором. В лечебной практике используется при лечении эпилепсии (резкое сокращение частоты припадков).

Орнитин декарбоксилируясь дает диамин – путресцин, а лизин – кадаверин.

Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

Непрямое дезаминирование аминокислот: последовательность реакций, характеристика ферментов, биологическое значение процесса

Непрямое дезаминирование – основной путь дезаминирования АК.

Оно происходит в 2 этапа:

1. Трансаминирование – аминокислота передает аминогруппу a-КГ и при этом превращается в кетоформу, а a-КГ – в глутаминовую:

2. Окислительное дезаминирование ГЛУ с выделением аммиака.

a-КГ может вновь вступать в реакции трансаминирования с другой аминокислотой, затем дезаминироваться. Поскольку обе реакции (трансаминирование и дезаминирование глутаминовой кислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза любой заменимой аминокислоты, если в организме имеются соответствующие a-кетокислоты. Организм человека и животных не наделен способностью синтеза незаменимых аминокислот, из-за отсутствия соответствующих a-кетокислот.

После дезаминирования углеродный скелет аминокислоты либо окисляется в аэробных условиях и служит источником энергии, либо используется в биосинтезе соединений.

3. №-фосфоаденозил-5-фосфасульфат (ФАФС) и его участие в обезвреживании токсических соединений.

Молекула H2SO4 находится в виде 3-фосфоаденозин-5-фосфосульфата (ФАФС).

Арилсульфотрансфераза – это фермент, который переносит остаток H2SO4

на молекулу коньюгированного в-ва.

Примером сульфатной коньюгации является обезвреживание продуктов гниения триптофана.

Задача. Почему при остром алкогольном отравлении нередко наблюдается гипогликемия?

При превращении этанол – ацетальдегид – уксусная кислота происходит восстановление НАД+. При дефиците окисленной формы НАД глюконеогенез не идёт.

Механизм действия ферментов. Роль конформационных изменений фермента при катализе.

1 стадия – диффузия субстрата к ферменту и связывание его с АЦ фермента (образование фермент-субстратного комплекса ES)

E+S=ES

Эта стадия непродолжительна по времени. Зависит от концентрации субстрата в среде и скорости его диффузии к АЦ.

Образование ES происходит практически мгновенно. Изменение энергии активации незначительно.

2 cстадия – преобразование первичного ES в один или несколько ES (ES* и ES**).

ES*àES**

Наиболее медленная стадия. Ее длительность зависит от энергии активации данной реакции.

Происходит разрыв связей субстрата и образование новых в результате взаимодействия каталитических групп субстрата. => Снижается энергия активации.

3 стадия – отделение продуктов реакции от АЦ фермента и диффузия их в окружающую среду (комплекс EP диссоциирует на E и Р).

EPàE+P

Стадия непродолжительная по времени. Определяется скоростью диффузии продуктов реакции в окружающую среду.

При изменении конформации фермента, меняется и его активный центр в сторону повышения комплементарности к субстрату.

  1. Какие ферменты цикла трикарбоновых кислот являются регуляторными? Какие соединения и как на них влияют?

Регуляторные ферменты (аллострические) – ферменты, активность которых регулируется путем взаимодействия аллостричского ингибитора с аллострическим центром этого фермента.

Такие ферменты состоят из 2 субъединиц: аллострической и каталитической. Присоединение эффектора к регуляторной субъединице приводит к изменению ее конформации, вследствие чего изменяется конформация и каталитической субъединицы(кооперативный эффект). В том числе и каталитического АЦ в сторону повышения его комплементарности к субстрату.

К регуляторным фермнтам ЦТК относятся:

1. Цитратсинтаза – фермент, катализирующий первую реакции цикла Кребса (образование цитрата из оксалоацетата и ацетил-КоА через промежуточное соединение цитрил-КоА).

Он ингибируется высокими концентрациями АТФ, НАДН, сукцинил-КоА, ацил-КоА, цитрата.

2. Изоцитратдегидрогеназа – фермент, катализирующий 3 реакцию ЦТК (превращение изоцитрата сначала в оксалосукцинат, а затем в 2-оксоглутарат).

Как и всякая ДГ, этот фермент имеет кофермент – акцептор Н, отщепляемый от субстрата.

Истинная изоцитратДГ – НАД-зависимый фермент, который содержится только в матриксе МТХ и катализирует дегидрирование изоцитрата.

Другая НАД-зависимая изоцитратДГ находится в основном в цитоплазме клетки (около 80%). Она катализирует декарбоксилирование оксалосукцината с образованием 2-оксоглутарата.

Реакция, катализируемая данным ф-том, требует присутствия ионов Мn или Мg.

Активируется АДФ, АМФ. Избыток НАДН и АТф ингибирует фермент.

3. 2-оксоглутаратдегидрогеназный комплекс (пируватДГ, дигидролипоилтрансфераза, КоА-SH, дигидролипоилДГ, НАД) – полиферментный комплекс, катализирующий превращение 2-оксоглутарата в сукцинил-КоА (4 реакция ЦТК).

Ингибиторы: НАДН, сукцинил-КоА.

Дата добавления: 2018-04-04 ; просмотров: 798 ;

Ингибиторы: НАДН, сукцинил-КоА.

Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)

Включает в себя 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.

Трансаминирование – реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота

В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют NH2– группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в ЦТК и тканевой дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О. При необходимости (стресс, голод) углеродные кетоскелет может использоваться для синтеза глюкозы в глюконеогенезе.

Эту реакцию катализируют ферменты под названием трансаминазы (аминотрансферазы).

Коферментом всех трансаминаз является активная форма витамина В6 – пиридоксальфосфат (фосфопиридоксаль).

Ø Второй этап состоит в отщепление аминогруппы от «аминокислоты-2» – дезаминирование. В организме человека дезаминированию подвергается только глутаминовая кислота. Второй этап осуществляется НАД зависимой- глуматдегидрогеназой.

В организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислот, и только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и а-кетоглутаровой кислоты.

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

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностьюк разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 разных аминотрансфераз.

АЛТ – аланинаминотрасфераза (АлАТ) катализирует реакцию трансаминирования между аланином и α-кетоглутаратом. Локализован этот фермент в цитоплазме клеток многих органов, но наибольшее его количество обнаружено в клетках печени.

ACT – аспартатаминотрансфераза (АсАТ) катализирует реакцию трансаминирования между аспартамом и α-кетоглутаратом. В результате образуются оксалоацетат и глутамат. ACT имеет как цитоплазматическую, так и митохондриальную формы. Наибольшее его количество обнаружено в клетках сердечной мышцы.

Так как наибольшее количество АЛТ и ACT сосредоточено в печени и миокарде, а содержание в крови очень низкое, можно говорить об органоспецифичности этих ферментов.

Следует отметить, что эти ферменты являются внутриклеточными. То есть, они преимущественно локализованы в клетке, а не в крови. При определенных патологиях количество ферментов может увеличиваться в крови, что будет свидетельствовать о нарушении целостности клеток.

Существует коэффициент де Ритиса у здоровых лиц АСТ/АЛТ в плазме крови = 1,33±0,42 или 0,91-1,75; при инфаркте резко возрастает, при гепатитах понижается до 0,6.

Биологическое значение трансдезаминировония:

Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот. Поскольку этот процесс обратим, ферменты аминотрансферазы функционируют как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот.

Трансаминирование – заключительный этап синтеза заменимых аминокислотиз соответствующих α-кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам. В результате происходит перераспределение аминного азота в тканях организма. Трансаминирование – первая стадия дезаминирования большинства аминокислот, т.е. начальный этап их катаболизма.Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. При трансаминировании общее количество аминокислот в клетке не меняется.

Коллекторная функция а-кетоглутаровой кислоты для групп –NH2 от аминокислот и передача их в цикл биосинтеза мочевины.

КЕТОГЕННЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ: лейцин, лизин, триптофан). Они могут прямо трансформироваться в жирные кислоты или в кетоновые тела.

5. Судьба аммиака в организме. Механизмы токсичности аммиака. Роль дикарбоновых аминокислот в транспорте и превращении аммиака в организме. Пути обезвреживания аммиака в организме: образование аммонийных солей, восстановительное аминирование а-кетокислот в организме, образование амидов дикарбоновых кислот, синтез мочевины.

Образующийся при дезаминировании аминокислот аммиак токсичен и должен быть выведен из организма.

В крови концентрация аммиака не превышает 0,02-0,04 ммоль/л

Раздражение ЦНС при концентрации выше 0,0 ммоль/л приводят к рвоте, судорогам, потери сознания и в конечном итоге смерти.

Аммиак способствует алкалозу (смещение рН крови в щелочную сторону), связывая протоны водорода.

Способствует восстановительному минированию а-кетокислот; из-за снижения –кетокислот тормозятся реакции трансаминирования, ЦТК, подавление дыхания, образования АТФ, что приводит к усиленю синтеза кетоновых тел из ацетил-КоА в печени.

Стимулирует синтез глутамина в нервной ткани (отек ЦНС) и снижается образование ГАМК.

Как же организма справляется с аммиаком?

Механизмы обезвреживания аммиака:

1. Образование аммонийных солей NH4Cl, (NH4)2 (0,5 г/сут), которые выводятся из организма с мочой. при ацидозе из образование усиливается, что сберегает для организма катиона Na + , К + ;

2. Восстановительное аминирование (реаминирование) и трансаминирования а-кетокислот – является механизмом обезвреживания аммиака и одновременно вариантом биосинтеза заменимых аминокислот из а-кетокислот, которые могут быть образованы при окислении глюкозы.

Вид аминирования при котором карбонильная группа замещается на амин через промежуточный имин.

3. Образование амидов дикарбоновых кислот – важный путь обезвреживания аммиака в тканях мозга, скелетных мышц и печени, откуда он (в составе глутамина и аспарагина) поступает в кровь, а затем в печень и почки, где превращаются в мочевину и соли аммония, которые удаляются с мочой. Ферментами служат глутаминсинтетаза и глутаминаза.

– это циклический процесс, в котором важную роль выполняют орнитин-цитруллин и аргинин.

– механизмы биосинтеза карбамоилфосфата; Фермент- карбамоиофосфатсинетаза-I.

6. Синтез мочевины. Источники азота в молекуле мочевины. Энергетические затраты на образование молекулы мочевины. Связь орнитинового цикла и ЦТК. Причины возникновения гипераммониемий, роль печени и почек в механизме обезвреживания аммиака. Диагностическое значение и принцип метода определения мочевины в сыворотке крови.

Катаболизм аминокислот в тканях происходит постоянно со скоростью ∼100 г/сут. При этом в результате дезаминирования аминокислот освобождается большое количество аммиака. Аммиак является ядом прежде всего для ЦНС, поэтому в организме человека он превращается в хорошо растворимое нетоксичное соединение – мочевину.

В печени весь удаляемые аммиак используется для синтеза мочевины. Увеличение синтеза мочевины наблюдается при распаде тканевых белков и азотистых соединений (голодании, воспалительные процессы, сахарный диабет) или при избыточном белковом питании.

Реакция синтеза мочевины является циклическим процессом и получил названия

орнитиновый цикл. Синтез мочевины начинается в митохондриях (первая и вторая реакция), оставшиеся три реакции идут в цитозоле. Для переноса цитруллина и орнитина через митохондриальную мембрану существуют специальные переносчики.

Как побочный продукт орнитинового цикла образуется фумаровая кислота, переносимая обратно в митохондрии. Здесь в реакциях ЦТК из неё образуется оксалоацетат, который трансаминируется с глутаматом до аспартата, выходит в цитозоль и вновь реагирует с цитруллином.

Реакции синтеза мочевины.

Мочевина (карбамид) – полный амид угольной кислоты – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с СО2 с образованием карбомоилфосфата под действием карбомоилфосфатрансферазы I.

Далее под действием орнитинкарбомоилтрансферазы карбомоильная группа карбомоилфосфата переносится на а-аминокислоту оринтин, и образуется другая а-аминокислота – цитруллин.

В следующей реакции аргининсукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образуется аргининсукцинат. Этот фермент нуждается в ионах Мg +2 . В реакции затрачивается 1 моль АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей. Аспартат – источник второго атома азота мочевины.

Далее фермент аргининсукцинатлиаза расщепляет аргининсукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина.

Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуется орнитин и мочевина.

Образующийся орнитин снова взаимодействует с новой молекулой карбомоилфосфата, и цикл замыкается.

Первые две реакции осуществляется в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения.

Энергетический баланс процесса.

В реакциях орнитинового цикла расходуются четыре макроэргических связей трёх молекул. Однако имеются пути компенсации энергозатрат:

· При включении фумарата в ЦТК на стадии дегидрировании малата образуется НАДФН 2 , который обеспечивает синтез 3 молекул АТФ (в дыхательной цепи).

· При окислительном дезаминировании глутамат в разных органах также образуется НАДН2 – соответственно мы получаем еще 3 молекулы АТФ.

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови– гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Известны пять наследственных заболеваний, обусловленных дефектом пяти ферментов орнитинового цикла

Читайте также:  Гемангиома у новорожденных: лечение пропранололом

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови– гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Известны пять наследственных заболеваний, обусловленных дефектом пяти ферментов орнитинового цикла.

В литературе описаны случаи всех этих довольно редких энзимопатий, среди которых отмечено больше всего случаев гипераммониемии II типа.

Нарушение орнитинового цикла наблюдается при гепатитах различной этиологии и некоторых других вирусных заболеваниях. Например, установлено, что вирусы гриппа и других острых респираторных вирусных инфекций снижают активность карбамоилфосфатсинтетазы I. При циррозе и других заболеваниях печени также часто наблюдают гипераммониемию.

Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников. Так, при дефекте аргининосукцинатсинтетазы повышается содержание цитруллина (цитруллинемия); при дефекте аргиназы – концентрация аргинина, аргининосукцината, цитруллина и т.д. При гипераммониемиях I и II типа вследствие дефекта орнитинкарбамоилтрансферазы происходит накопление карбамоилфосфата в митохондриях и выход его в цитозоль. Это вызывает увеличение скорости синтеза пиримидиновых нуклеотидов (вследствие активации карбамоилфосфатсинтетазы II), что приводит к накоплению оротата, уридина и урацила и выведению их с мочой. Содержание всех метаболитов повышается, и состояние больных ухудшается при увеличении количества белков в пище. Тяжесть течения заболевания зависит также от степени снижения активности ферментов.

Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака, глутамина и аланина.

Гипераммониемиясопровождается появлением следующих симптомов:

  • тошнота, повторяющаяся рвота;
  • головокружение, судороги;
  • потеря сознания, отёк мозга (в тяжёлых случаях);
  • отставание умственного развития (при хронической врождённой форме).
ЗаболеваниеДефект ферментаТип наследованияКлинические проявленияМетаболиты
кровьмоча
Гиперам- мониемия, тип IКарбамоил- фосфат- синтетаза IАутосомно- рецессивныйВ течение 24-48 ч после рождения кома, смертьГлн Ала NH3Оротат
Гиперам- мониемия, тип IIОрнитин- карбамоил- трансферазаСцепленный с Х-хромосомойГипотония, снижение толерантности к белкамГлн Ала NH3Оротат
Цитрул- линемияАргинино- сукцинат- синтетазаАутосомно- рецессивныйГипераммониемия тяжёлая у новорождённых. У взрослых – после белковой нагрузкиЦитруллин NH3Цитруллин
Аргинино- сукцина- турияАргинино- сукцинат- лиазаАутосомно-рецессивныйГипераммонимия, атаксия, судороги, выпадение волосАргини-носукцинат NH3Аргини- носукци- нат, Глн, Ала, Лиз
Гиперар- гининемияАргиназаАутосомно-рецессивныйГипераргининемияApr NH3Apr Лиз Орнитин

Основной диагностический признак –повышение концентрации аммиака в крови. Содержание аммиака в крови может достигать 6000 мкмоль/л (в норме – 60 мкмоль/л). Однако в большинстве хронических случаев уровень аммиака может повышаться только после белковой нагрузки или в течение острых осложнённых заболеваний.

Определение мочевины в сыворотке крови смотри в протоколе.

7. Биосинтез заменимых аминокислот: схема превращения и регуляция.

Основной диагностический признак –повышение концентрации аммиака в крови. Содержание аммиака в крови может достигать 6000 мкмоль/л (в норме – 60 мкмоль/л). Однако в большинстве хронических случаев уровень аммиака может повышаться только после белковой нагрузки или в течение острых осложнённых заболеваний.

Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Опыты, проведенные со срезами тканей или переживающими органами, показали, что при добавлении аминокислоты к тканям (или при пропускании раствора аминокислоты через переживающий орган) образуются аммиак и соответствующая α-кетокислота. Аналогичные данные были получены в опытах с растениями и с микроорганизмами.

Доказано существование четырех типов дезаминирования аминокислот (отщепление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты распада. Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака:

Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакции является окислительное дезаминирование аминокислот, хотя исключением является гистидин, подвергающийся внутримолекулярному дезаминированию даже в животных тканях (точнее, в печени и коже, где открыт специфический фермент гистидинаммиаклиаза, катализирующий эту реакцию).

Рассмотрим подробно механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии:

Первая стадия является ферментативной с образованием неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который во второй стадии спонтанно без участия фермента, но в присутствии воды распадается на аммиак и α-кетокислоту. Следует указать, что оксидазы аминокислот (L- и D-изомеров), иногда называемых дегидрогеназами, являются сложными флавопротеидами, содержащими в качестве кофермента флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД) (см. Тканевое дыхание), выполняющие в этой реакции роль акцепторов двух водородных ионов, отщепляющихся от аминокислоты. Показано, что оксидаза L-аминокислот содержит ФМН, а оксидаза D-аминокислот – ФАД в качестве простетической группы. Схематически реакции окислительного дезаминирования аминокислот с участием коферментов могут быть представлены в следующем виде:

Укажем также, что восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут непосредственно окисляться молекулярным кислородом, образуя перекись водорода, которая подвергается расщеплению под действием каталазы на воду и кислород:

Впервые в лаборатории Грина из ткани печени и почек крыс была выделена оксидаза, катализирующая дезаминирование 12 природных (L-изомеров) аминокислот. Позже было показано, что этот фермент имеет оптимум pH действия в щелочной среде (pH 10,0) и что при физиологических значениях pH среды ее активность в 10 раз ниже, чем при pH 10,0. Поскольку в тканях животных и человека нет подобной среды, было высказано предположение, что оксидазе L-аминокислот, вероятнее всего, принадлежит ограниченная роль в процессе окислительного дезаминирования природных аминокислот. Это предположение полностью подтвердилось, как будет показано ниже. В животных тканях со значительно большей скоростью дезаминируются неприродные (D-изомеры) аминокислоты. Эти данные подтвердились после того, как из животных тканей был выделен специфический фермент оксидаза D-аминокислот, который в отличие от оксидазы L-аминокислот оказался высокоактивным при физиологических значениях pH среды. Непонятным до сих пор остается вопрос о том, каково назначение активной дегидрогеназы D-аминокислот в тканях, если поступающие с пищей белки и белки тела животных и человека состоят исключительно из природных (L-изомеров) аминокислот. Было высказано предположение, что часть L-изомеров аминокислот под действием рацемаз микрофлоры кишечника превращается в рацемические смеси (DL-изомеры) и после их всасывания в кишечнике D-изомер будет, по-видимому, расщепляться активной оксидазой в тканях. Однако такой путь рацемизации доказан для небольшого числа аминокислот, в частности для глутаминовой кислоты и аланина.

В животных тканях Эйлером открыт высокоактивный при физиологических значениях pH и специфический фермент глутаматдегидрогеназа, катализирующий окислительное дезаминирование L-глутаминовой кислоты. Он является анаэробным ферментом и чрезвычайно широко распространен во всех живых объектах. В качестве кофермента глутаматдегидрогеназа содержит НАД и катализирует обратимую реакцию дезаминирования L-глутамата. Реакция включает анаэробную фазу дегидрирования глутаминовой кислоты с образованием промежуточного продукта – иминоглутаровой кислоты и спонтанный гидролиз последней на аммиак и α-кетоглутаровую кислоту в соответствии со следующей схемой:

Первая стадия окисления глутаминовой кислоты аналогична реакции окислительного дезаминирования; восстановленный НАД (НАДН2) далее окисляется при участии флавиновых ферментов и цнтохромной системы (см. Тканевое дыхание) с образованием конечного продукта – воды. Образовавшийся аммиак благодаря обратимости ферментативной реакции в присутствии НАДН2 (более активным донором водорода в синтетической реакции оказался НАДФН2) может участвовать в восстановительном аминировании α-кетоглутаровой кислоты с образованием глутаминовой кислоты. В последней реакции глутаматдегидрогеназа работает как бы в режиме синтеза и при физиологических значениях pH реакция больше сдвинута в сторону синтеза глутаминовой кислоты. Глутаматдегидрогеназа является также одним из наиболее изученных ферментов азотистого обмена. Это олигомерный фермент (молекулярная масса 312 000), состоящий из 6 субъединиц (каждая из которых имеет молекулярную массу около 52 000), проявляющий свою основную активность только в мультимерной форме. При диссоциации этой молекулы на субъединицы, наступающей легко в присутствии НАДН2, ГТФ и некоторых стероидных гормонов, фермент теряет свою главную глутаматдегидрогеназную функцию, но приобретает способность дезаминировать ряд других аминокислот, в частности аланин. Эти данные по изменению активности и специфичности действия свидетельствуют об аллостерической природе глутаматдегидрогеназы, действующей как регуляторный фермент в аминокислотном обмене.

Помимо перечисленных выше четырех типов дезаминирования аминокислот и ферментов, катализирующих эти превращения, в животных тканях и в печени человека открыты также три специфических фермента, катализирующих неокислительное дезаминирование серина, треонина и цистеина:

Конечными продуктами реакции являются пировиноградная и α-кетомасляная кислоты, аммиак и сероводород. Поскольку все три фермента требуют присутствия пиридоксальфосфата в качестве кофермента, реакция неокислительного дезаминирования, вероятнее всего, протекает с образованием шиффовых оснований как промежущчных метаболитов (см. ниже). Наиболее изученный фермент – треониндегидратаза, которая является не только аллоcтерическим ферментом, но и, наряду с триптофанлирролазой и тирозинтрансаминазой, индуцибельным ферментом в животных тканях (индукция синтеза ферментов de novo является общим свойством микроорганизмов). Так, при скармливании крысам гидролизата казеина активность треониндегид-ратазы печени повышается почти в 300 раз. Этот синтез тормозится ингибитором белкового синтеза – пуромицином. Поскольку эта индукция почти полностью тормозится глюкозой пищи, треониндегидратаза, по-видимому, является ответственной за глюконеогенез, так как α-кетомасляная кислота легко превращается в пируват и соответственно в глюкозу.

Рассмотрим подробно механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии:

Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Дезаминирование — один из путей дальнейшего превращения аминокислот в организме. В результате этого процесса аминокислоты отщепляют аммиак и превращаются в безазотистые соединения. Возможны несколько типов дезаминирования:

Окислительное дезаминирование превалирует у животных, растений и многих видов микроорганизмов, другие типы дезаминирования встречаются главным образом у некоторых анаэробных микробов. Окислительное дезаминирование протекает в два этапа.

Промежуточными акцепторами водорода являются НАД или ФМН, которые восстанавливаются до НАД или ФМН . В дальнейшем водород восстановленных форм коферментов переносится на кислород с образованием воды.

Второй этап. Иминокислота присоединяет воду и распадается на кетокислоту и аммиак:

Второй этап проходит спонтанно, без участия ферментов.

Промежуточными акцепторами водорода являются НАД или ФМН, которые восстанавливаются до НАД или ФМН . В дальнейшем водород восстановленных форм коферментов переносится на кислород с образованием воды.

Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Аминокислоты, образующиеся при переваривании белков и поступающие в клетки тканей, подвергаются катаболизму и анаболизму, а также специфическим реакциям, в результате которых синтезируются биологически активные соединения.

Катаболизм большинства аминокислот начинается с отщепления α-аминогруппы. Аминокислота теряет аминогруппу в результате двух типов реакций: трансаминирования и дезаминирования.

Трансаминирование — реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Константа равновесия для большинства таких реакций близка к единице (Кр

1,0), поэтому процесс трансаминирования легко обратим (см. схему А).

Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) — производное витамина В6 (пиридоксина, см. раздел 3) (см. схему Б).

Аминотрансферазы обнаружены как в цитоплазме, так и в митохондриях клеток эукариот. Причём митохондриальные и цитоплазматические формы ферментов различаются по физикохимическим свойствам. В клетках человека найдено более 10 аминотрансфераз, отличающихся по субстратной специфичности. Вступать в реакции трансаминирования могут почти все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина.

1. Механизм реакции

Аминотрансферазы — классический пример ферментов, катализирующих реакции, протекающие по механизму типа «пинг-понг» (см. раздел 2). В таких реакциях первый продукт должен уйти из активного центра фермента до того, как второй субстрат сможет к нему присоединиться.

Активная форма аминотрансфераз образуется в результате присоединения пиридоксальфосфата к аминогруппе лизина прочной альдиминной связью (рис. 9-6). Лизин в положении 258 входит в состав активного центра фермента. Кроме того, между ферментом и пиридоксальфосфатом образуются ионные связи с участием заряженных атомов фосфатного остатка и азота в пиридиновом кольце кофермента.

Рис. 9-6. Присоединение пиридоксальфосфата к активному центру аминотрансферазы. Цифрой «1» обозначена альдиминная связь.

Пиридоксальфосфат в данном случае служит переносчиком аминогрупп. При этом наиболее важную роль играет его альдегидная группа, которая может обратимо присоединять различные амины с образованием шиффовых оснований. Реакции трансаминирования проходят в 2 стадии, во время которых пиридоксальфосфат претерпевает обратимые превращения между свободной альдегидной формой (ПФ) и аминированной формой (пиридоксаминфосфат). Последовательность реакций трансаминирования представлена ниже.

• На первой стадии к пиридоксальфосфату в активном центре фермента с помощью альдиминной связи присоединяется аминогруппа от первого субстрата — аминокислоты. Образуются комплекс фермент-пиридоксаминфосфат и кетокислота — первый продукт реакции. Этот процесс включает промежуточное образование 2 шиффовых оснований.

• На второй стадии комплекс фермент-пиридоксаминфосфат соединяется с кетокислотой (вторым субстратом) и снова через промежуточное образование 2 шиффовых оснований передаёт аминогруппу на кетокислоту. В результате фермент возвращается в свою нативную форму, и образуется новая аминокислота — второй продукт реакции. Если альдегидная группа пиридоксальфосфата не занята аминогруппой субстрата, то она образует шиффово основание (альдимин) с ε-аминогруппой радикала лизина в активном центре фермента (см. схему).

2. Органоспецифичные аминотрансферазы АЛТ и АСТ

Чаще всего в реакциях трансаминирования участвуют аминокислоты, содержание которых в тканях значительно выше остальных — глутамат, аланин, аспартат и соответствующие им кетокислоты — α-кетоглутарат, пируват и оксалоацетат. Основным донором аминогруппы служит глутамат.

Суммарно эти реакции можно представить в виде схемы:

Акцептором аминогруппы любой аминокислоты, подвергающейся трансаминированию (аминокислота 1), служит α-кетоглутарат. Принимая аминогруппу, он превращается в глутамат, который способен передавать эту группу любой α-кетокислоте с образованием другой аминокислоты (аминокислота 2).

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 разных аминотрансфераз. Наиболее распространёнными ферментами в большинстве тканей млекопитающих являются аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции — глутамат-пируватами- нотрансфераза (ГПТ) и аспартатаминотрансфераза (ACT), по обратной реакции — глутамат- оксалоацетатаминотрансфераза (ГОТ).

АЛТ (АлАТ) катализирует реакцию транса- минирования между аланином и α-кетоглутаратом (см. схему А).

Локализован этот фермент в цитозоле клеток многих органов, но наибольшее его количество обнаружено в клетках печени и сердечной мышцы.

ACT (АсАТ) катализирует реакцию трансаминирования между аспартатом и α-кетоглутаратом аналогично предыдущей (см. схему Б).

В результате образуются оксалоацетат и глутамат. ACT имеет как цитоплазматическую, так и митохондриальную формы. Наибольшее его количество обнаружено в клетках сердечной мышцы и печени.

Так как наибольшее количество АЛТ и ACT сосредоточено в печени и миокарде, а содержание в крови очень низкое, можно говорить об органоспецифичности этих ферментов.

В результате работы аминотрансфераз аминный азот многих аминокислот переходит в состав глутамата. Есть основания считать, что накопление аминогрупп в форме глутаминовой кислоты происходит в цитозоле. Затем глутамат с помощью транслоказ попадает в митохондрии, где активна специфическая ACT. В результате действия этого фермента глутамат снова превращается в α-кетоглутарат. Последний используется для непрямого дезаминирования аминокислот, содержащихся в митохондриях. Это очень важно, так, как только глутамат в тканях млекопитающих наиболее быстро может подвергаться окислительному дезаминированию (см. ниже).

3. Биологическое значение трансаминирования

Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот. Поскольку этот процесс обратим, ферменты аминотрансферазы функционируют как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот. Трансаминирование — заключительный этап синтеза заменимых аминокислот из соответствующих α-кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам. В результате происходит перераспределение аминного азота в тканях организма. Трансаминирование — первая стадия дезаминирования большинства аминокислот, т. е. начальный этап их катаболизма. Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. При трансаминировании общее количество аминокислот в клетке не меняется.

4. Диагностическое значение определения аминотрансфераз в клинической практике

В клинической практике широко используют определение активности ACT и АЛТ в сыворотке крови для диагностики некоторых заболеваний.

В норме в крови активность этих ферментов очень мала и составляет 5 — 40 Е/л. При повреждении клеток соответствующего органа ферменты выходят в кровь, где активность их резко повышается. Поскольку ACT и АЛТ наиболее активны в клетках печени, сердца и, в меньшей степени, скелетных мышц, их используют для диагностики болезней этих органов (см. раздел 2). В клетках сердечной мышцы количество ACT значительно превышает количество АЛТ, а в печени — наоборот. Поэтому особенно информативно одновременное измерение активности обоих ферментов в сыворотке крови. Соотношение активностей АСТ/АЛТ называют «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. Наиболее резко активность ACTувеличивается при некрозе ткани, так как выходит в кровь и цитоплазматическая и митохондриальная формы фермента. 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.

Б. Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот — реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Дальнейшие превращения продуктов дезаминирования аминокислот представлены на рис. 9-7.

Рис. 9-7. Судьба продуктов дезаминирования аминокислот.

Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека и млекопитающих он превращается в нетоксичное хорошо растворимое соединение — мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования, в процессах глюконеогенеза, кетогенеза, в анаплеротических реакциях для восполнения убыли метаболитов ОПК, в реакциях окисления до СO2 и Н2O.

Существует несколько способов дезаминирования аминокислот:

1. Окислительное дезаминирование

Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом глутаматдегидрогеназы является NАD + . Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование α-иминоглутарата, затем — неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется α-кетоглутарат (см. схему ниже).

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

Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Этот фермент — олигомер, состоящий из 6 субъединиц (молекулярная масса 312 кД). Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена. 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, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат. Глутаматдегидрогеназа может индуцироваться стероидными гормонами (кортизолом).

В печени и почках обнаружен фермент оксидаза L-аминокислот, способный дезаминировать некоторые L-аминокислоты (см. схему в конце стр.).

Коферментом в данной реакции выступает FМN. Однако вклад оксидазы L-аминокислот в дезаминирование, очевидно, незначителен, так как оптимум её действия лежит в щелочной среде (pH 10,0). В клетках, где pH среды близок к нейтральному, активность фермента очень низка.

Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это FАD-зависимый фермент. Оптимум pH этой оксидазы лежит в нейтральной среде, поэтому фермент более активен, чем оксидаза L-аминокислот. Роль оксидазы D-аминокислот невелика, так как количество D-изомеров в организме крайне мало, потому что в белки пищи и белки тканей человека и животных входят только природные L-аминокислоты. Вероятно, оксидаза D-аминокислот способствует их превращению в соответствующие L-изомеры (рис. 9-8).

Рис. 9-8. Биологическая роль оксидазы D-аминокислот.

2. Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование)

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования:

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: амино-трансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NАD + ).

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование — основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы (рис. 9-9), что обеспечивает как катаболизм аминокислот (рис. 9-9, А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (рис. 9-9, Б).

Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А — при катаболизме почти все природные 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 α-кетокислот 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. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования:

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.

Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом (см. схему А).

Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы (см. схему Б).

Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

3. Неокислительное дезаминирование

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

Неокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза (см. схему А).

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.

Читайте также:  Справочник по глазным болезням на

Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент треониндегидратаза. Механизм реакции аналогичен дезаминированию серина (см. схему Б на с. 477).

Эти ферменты пиридоксальфосфатзависимые.

Неокислительное дезаминирование гистидина под действием фермента гистидазы (гистидин- аммиаклиазы) является внутримолекулярным, так как образование молекулы аммиака происходит из атомов самой аминокислоты без участия молекулы воды. Эта реакция происходит только в печени и коже (см. схему В).

Такие заболевания, как цистинурия, болезнь Хартнапа и некоторые другие, возникают вследствие дефекта переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках. Описана врождённая патология, связанная с дефектом фермента 5-оксопролиназы (рис. 9-5, реакция 4). При этом с мочой выделяется оксопролин. У этих больных нарушены транспорт аминокислот в ткани и их метаболизм в клетках.

Пиридоксальфосфат в данном случае служит переносчиком аминогрупп. При этом наиболее важную роль играет его альдегидная группа, которая может обратимо присоединять различные амины с образованием шиффовых оснований. Реакции трансаминирования проходят в 2 стадии, во время которых пиридоксальфосфат претерпевает обратимые превращения между свободной альдегидной формой (ПФ) и аминированной формой (пиридоксаминфосфат). Последовательность реакций трансаминирования представлена ниже.

Параграф 65. Дезаминирование и аминирование

Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.

Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5

Параграф учебника по биохимии № 65:
Дезаминирование и аминирование.

Содержание параграфа 65:

65. 1. Дез/аминирование.
65. 1. 2. Прямое окислительное дезаминирование (ПОД) глутамата.
65. 1. 3. Что происходит с продуктами ПОД?
65. 1. 4. Как выучить реакции ПОД.
65. 1. 5. Источники Глутамата для ПОД.

65. 2. 1. Непрямое окислительное дезаминирование (НОД) аминокислот.
65. 2. 2. Значение НОД.

65. 3. Р Е Г У Л Я Ц ИЯ НОД.
65. 4. Восстановительное аминирование.
65. 5. Непрямое восстановительное аминирование
альфа-кетоглутарата.

65. 1. Дез/аминирование.

Приставка дез- означает удаление.
Дез/аминирование – это удаление аминогруппы (NH2)
в виде аммиака (обычно),
а на месте удаленной аминогруппы при этом появляется кетогруппа (=О).

Дезаминированию могут подвергаться те вещества, в состав которых входят атомы азота. Например, аминокислоты, нуклеотиды, амины.

Прямым дез/аминированием
называется дез/аминирование глутамата.

(По сравнению с дез/аминированием других аминокислот –
см. далее о непрямом).

Полное название процесса дезаминирования глутамата –
прямое окислительное дез/аминирование глутамата
(далее используется сокращение: ПОД).

Тут надо добавить таблицу
«Прямое окислительное дез/аминирование глутамата».
Но пока она в отдельном файле.

65. 1. 2. ПОД глутамата
протекает в две стадии –

На первой стадии ПОД
от Глу отщепляются два атома водорода
(от С и от N в ;-положении).

NH2 (аминогруппа) при этом превращается в =NH (имино/группу),
образующееся из Глутамата вещество называется имино/глутаратом
(глутаратом с имино/группой).
Отщепленные 2Н переносятся на НАД+,
превращая его в НАДН с Н+, что даёт 2,5 АТФ после передачи двух атомов водорода в ДЦ (п.22).

Эта первая стадия (отщепление двух атомов Н)
называется дегидрированием глутамата,
поэтому катализирующий ее
фермент называется глутамат/дегидрогеназой (Глу-ДГ).
Из-за дегидрирования ПОД глутамата и называется окислительным.

На второй стадии ПОД
имино/глутарат превращается в кетоглутарат;
при этом имино/группа (=NH) меняется на кетогруппу (=О),
NH отщепляется в виде аммиака (NH3).

Эти превращения являются результатом реакции имино/глутаРата с водой,
эта стадия не катализируется ферментом.

65. 1. 3. Что происходит с продуктами ПОД?

КетоГлутарат, образованный в результате ПОД,
может
1) вступать в реакцию переаминирования с новой аминокислотой (п.64)
2) или поступать в ЦТК
(то есть подвергаться действию фермента ЦТК
и превращаться в сукцинилКоА – п.21).

НАДН (п.21) передает 2Н в ДЦ
для выработки 2,5 АТФ
(передает в ДЦ – это значит,
что от НАДН 2Н переносятся на ФМН
и далее от ФМН по ДЦ до О2.
НАДН, отдав водород, превращается в НАД+,
который может снова вступать в первую стадию ПОД или другие реакции дегидрирования).

Аммиак является токсичным продуктом ПОД,
его необходимо обезвреживать, используя для разных реакций – см. п. 66.

65. 1. 4. Как выучить реакции ПОД.

Главное – выучить формулу глутамата
и помнить, что его -NH2 должна поменяться на =О
(на первой стадии от Глу отщепляются 2Н,
а на второй – NH меняется на =О).

Можно ориентироваться на формулу глутаРата:
это цепочка из 5 атомов углерода,
на концах есть по СООН группе
(другими словами, глутарат является дикарбоновой кислотой):
НООС – СН2 – СН2 – СН2 – СООН.

При наличии в альфа-положении глутарата
аминогруппы (–NH2)
он называется амино/глутаратом или глутаматом.

При наличии в положении глутарата кетогруппы (=О)
он называется кето/глутаратом,
при наличии в положении имино/группы (=NH) он называется имино/глутаратом.

Сравнивая формулы Глутамата и имино/глутарата,
легко найти, что они отличаются на 2Н:
значит, при превращении глутамата в имино/глутарат
происходит отщепление 2Н
(значит, в реакцию должен вступить НАД+,
чтобы на него перенести отщепленный Н).

При сравнении имино/глутарата и кетоглутарата
легко заметить, что при превращении имино/глутарата в кетоглутарат
происходит замена =NH на =О;
можно догадаться, что NH отщепится в виде NH3,
а источником атома О для образующегося кетоглутарата
и 2-х атомов Н для превращения NH в NH3 является Н2О.

65. 1. 5. Источники Глутамата для ПОД:

Глутамат для ПОД образуется в основном из альфа-КетоГлутарата,
получая атом N от аминокислот при переаминировании
(см. п.64).

Азот, отщепленный от Глу, принадлежал ранее аминокислотам.
Поэтому можно сказать, что
отщепление азота от аминокислот (дезаминирование аминокислот)
происходит через глутамат:
при переаминировании
азот аминокислот
оказывается в глутамате,
а при ПОД глутамата этот азот отщепляется в виде аммиака.

65. 2. Непрямое окислительное дезаминирование.

Последовательное протекание ПА и ПОД
называется непрямым окислительным дез/аминированием аминокислот (далее – НОД)
и является основным способом дезаминирования
и катаболизма многих аминокислот.

При этом переаминирование –
первый этап НОД,
а ПОД – второй этап НОД.
Окисление происходит на втором этапе.

Чтобы написать реакции НОД аминокислотЫ,
нужно написать реакцию переаминирования аминокислоты (см. п.64),
а затем – реакцию ПОД глутамата.

Тут надо добавить таблицу
«Непрямое окислительное дез/аминирование
аминокислот (пример с Ала) в 2 этапа».
Но пока она в отдельном файле.

65. 2. 2. Значение НОД.

НОД нужен для катаболизма аминокислот:

1) для утилизации избытка аминокислот
(образующихся при распаде бедлков:
– при переедании белков
– или при повышенном распаде белков организма)

2) или для получения кетокислот
для ГНГ при голоде – п.33.

Человек, у которого слабо протекает НОД,
не способен голодать более 12ч,
не способен работать долго без еды.

Причиной слабости НОД может быть
1) дефицит коферментов НОД (НАДН и ПФ)
и входящих в состав коферментов витаминов (РР, В6),
2) мутации генов,
кодирующих ферменты (апоферменты) НОД – амино-трансферазы и Глу-ДГ,
3) недостаток стимуляции ферментов НОД
при дефиците стимуляторов (ГКС – см. далее).

Кроме того, НОД – основной источник аммиака.
Но это скорее негативное значение, т.к. аммиак опасен, и его приходится обезвреживать – п.66.

См. значение ПА в п. 64.
Должны хорошо работать ферменты НОД – АТ и Глу-ДГ.

65. 3. Р Е Г У Л Я Ц ИЯ НОД.

Активность НОД увеличивается
за счет активации или увеличения количества ферментов НОД;
это происходит, когда нужен НОД,
то есть при избытке АК или при дефиците глюкозы (при гипогликемии).

Стимуляторами синтеза
или активности амино-трансфераз и Глу-ДГ
являются гормоны ГКС (например, кортизол – п.108),
которые в результате обеспечивают протекание НОД,
образование кетокислот для ГНГ
и увеличение [глюкозы] в крови (гипергликемию).

Увеличение синтеза белка называется индукцией,
а индукция под действием гормонов называется гормональной индукцией.
Индукция аминотрансфераз под действием ГКС –
пример гормональной индукции – п.85.

Аллостерическими ингибиторами Глу-ДГ
являются АТФ и ГТФ
(по принципу отрицательной обратной связи:
активность Глу-ДГ приводит к образованию АТФ),
а активаторами Глу-ДГ являются АДФ и ГДФ.

65. 4. Восстановительное аминирование.

65. 4. 1. Прямое восстановительное аминирование кетоглутарата.

Реакции дез/аминирования глутамата (ПОД) обратимы,
катализируются ферментом Глу-ДГ.
В обратном направлении все наоборот, то есть противоположно ПОД глутамата.

1). На первой стадии
кетоглутарат вступает в реакцию с аммиаком,
в результате чего образуются имино/глутарат и вода

Эта первая стадия,
она называется аминированием кетоглутарата,
т.к. далее позволит получить аминогруппу.

2). Затем на второй стадии
к имино/глутарату
(полученному на первой стадии)
присоединяются 2 атома водорода

(путем переноса от НАДФН:
имино/глутарат вступает в реакцию с НАДФН;
источником Н для НАДФН является в ПФП глюкоза – п.35),
превращая его в глутамат;

эта стадия называется восстановлением.

Последовательное протекание обеих стадий
(аминирования и восстановления)
называется прямым восстановительным аминированием (ПВА) кетоглутарата.

Реакции ПВА написать легко, если Вы выучили реакции ПОД:
все так же, только
1) стрелки «развернуть» в другую сторону и
2) + поменять на – , а – поменять на +:

Тут нужно добавить таблицу с формулами
«65. 5. П р я м о е восстановительное аминирование ;-кетоГлутарата».
Но пока она в отдельном файле.

Значение прямого восстановительного аминирования –

1) это этап в непрямом восстановительном аминировании, дающем другие АК, и
2) источник глутамата для организма

(глутамат нужен:
– в качестве нейромедиатора,
– для синтеза ГАМК,
– глутатиона
– и белков),

3) способ утилизации некоторого количества аммиака.

65. 5. Непрямое восстановительное аминирование.

Если после ПВА протекает переаминирование
(то есть если глутамат, полученный при ПВА,
вступит в реакцию с кетокислотой),
то это последовательное протекание ПВА и переаминирования
станет процессом,
который называется непрямым восстановительным аминированием (НВА).

При непрямом восстановительном аминировании
первым этапом является ПВА,
а вторым – переаминирование.

Продуктами непрямого восстановительного аминирования
являются аминокислоты.

Значение непрямого восстановительного аминирования –
1) это способ синтеза ряда аминокислот организма
(аланина, аспартата)
для синтеза белков и пептидов,
2) участие в утилизации аммиака.

Тут надо добавить таблицу
«Непрямое восстановительное аминирование кетоглутарата»
Но пока она в отдельном файле.

Обратите внимание:
В аминировании участвует НАДФН, а в дезаминировании – НАД+.
То есть разные коферменты.
Источником НАДФН является ПФП – П.35.

Процессы, которые называются прямыми (ПОД и восстановительное аминирование),
тем не менее протекают в 2 стадии.

А при непрямом окислительном дезаминировании
этому прямому процессу из двух стадий предшествует ещё одна реакция.

65. 2. 2. Значение НОД.

Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Доступные субстраты для получения углерода, азота и энергии — аминокислоты, пурины и пиримидины. Как аэробные, так и анаэробные бактерии используют эти соединения для синтеза белка либо непосредственно, либо после ряда превращений и вовлечения в промежуточный обмен.

Дезаминирование аминокислот идёт с выделением аммиака. В зависимости от судьбы углеродного скелета различают дезаминирование окислительное (наиболее распространённое, например, превращение глутаминовой кислоты в 2-оксоглутаровую), гидролитическое и приводящее к образованию ненасыщенных соединений. Ферменты, катализирующие эти реакции, обычно специфичны для D- и L-изомеров аминокислот. Углеродные фрагменты, не содержащие азота, используются в процессах брожения или дыхания. Если в состав аминокислот входит сера, то последняя обычно высвобождается в форме сероводорода или меркаптанов. Разложение ароматических аминокислот (например, триптофана) происходит с образованием индола и скатола. У некоторых микроорганизмов в качестве источников энергии могут использоваться лишь некоторые продукты дезаминирования. Например, эшерихии и протеи дезаминируют триптофан с образованием индола и пирувата, из которых лишь последний утилизируется как источник энергии. Поскольку индол накапливается в культуре, то его наличие легко обнаруживают с помощью реактива Эрлиха (смесь л-диметиламинобензальдегида и НСl в этаноле), что используют для идентификации бактерий на практике.

Непрямое дезаминирование аминокислот. Схема процесса, субстраты, ферменты, кофакторы

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD + ).

Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

75. Основные источники аммиака в организме человека. Токсичность аммиака. Роль глутамина и аспарагина в обезвреживании аммиака. Глутаминаза почек, образование и выведение солей аммония.

ужат мышцы, мозг и печень. С током крови глутамин транспортируется в кишечник и почки.

В клетках кишечникапод действием фермента глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака:

Образовавшийся в реакции глутамат подвергается трансаминированию с пируватом. ос-Аминогруппа глутаминовой кислоты переносится в состав аланина (рис. 9-10). Большие количества аланина поступают из кишечника в кровь воротной вены и поглощаются печенью. Около 5% образовавшегося аммиака удаляется в составе фекалий, небольшая часть через воротную вену попадает в печень, остальные

90% выводятся почками.

Рис. 9-10. Метаболизм азота глутамина в кишечнике.

В почкахтакже происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой (рис. 9-11). Эта реакция защищает организм от излишней потери ионов Na + и К + , которые также могут использоваться для выведения анионов и утрачиваться. При алкалозе количество глутаминазы в почках снижается.

В почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.

Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин – основной донор азота в организме.Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых

Рис. 9-11. Метаболизм амидного азота глутамина в почках.

нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений (рис. 9-12).

Рис. 9-12. Пути использования глутамина в организме.

Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагинапод действием аспарагинсинтетазы.

Существуют 2 изоформы этого фермента – глутаминзависимая и аммиакзависимая, которые используют разные доноры амидных групп. Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных. Однако такой путь обезвреживания аммиака в клетках человека используется редко и к тому же требует больших энергетических затрат (энергию двух макроэргических связей), чем синтез глутамина.

Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени путём синтеза мочевины.В первой реакции процесса аммиак связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата, при этом затрачиваются 2 молекулы АТФ. Реакция происходит в митохондриях гепатоцитов под действием фермента карбамоилфос-фатсинтетазы I. Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе гшримидиновых нуклеотидов (см. раздел 10). Карбамоилфосфат затем включается в орнитиновый цикл и используется для синтеза мочевины.

В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование α-кетоглутаратапод действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию. Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, так как глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, так как способствует связыванию сразу 2 молекул NH3.

Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, так как активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Образование аланина в этих органах можно представить следующей схемой (см. схему ниже).

Аминогруппы разных аминокислот посредством реакций трансаминирования переносятся на пируват, основным источником которого служит процесс окисления глюкозы.

Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления

Схема

глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада аминокислот. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак обезвреживается, а пируват включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до пирувата (рис. 9-13).

Образование аланина в мышцах, его перенос в печень и перенос глюкозы, синтезированной в печени, обратно в мышцы составляют глюкозо-аланиновый цикл,работа которого сопряжена с работой глюкозо-лактатного цикла (см. раздел 7).

Совокупность основных процессов обмена аммиака в организме представлена на рис. 9-14. Доминирующими ферментами в обмене аммиака служат глутаматдегидрогеиаза и глутаминсинтетаза.

Оринитиновый цикл мочевинообразования. Химизм, место протекания процесса. Энергетический эффект процесса, его регуляция. Возрастные особенности использования аммиака в детском возрасте. Количественное определение мочевины сыворотки крови, клиническое значение.

Окислительное дезаминирование глутамата происходит в митохондриях. Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ. На схеме показаны пути включения азота двух разных аминокислот (аминокислота 1 и аминокислота 2) в молекулу мочевины: • одна аминогруппа – в виде аммиака в матриксе митохондрии; • вторую аминогруппу поставляет аспартат цитозоля.

Энергетический баланс процесса

В реакциях орнитинового цикла расходуются четыре макроэргических связи трёх молекул АТФ на каждый оборот цикла. Однако процесс превращения аминокислот в безазотистые остатки и мочевину имеет пути компенсации энергозатрат:

Дата публикования: 2015-11-01 ; Прочитано: 1936 | Нарушение авторского права страницы

Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин – основной донор азота в организме.Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых

Дезаминирование аминокислот

Суть дезаминирования заключается в расщеплении аминокислот по действием ферментов на аммиак и безазотистый остаток (жирные кислоты, оксикислоты, кетокислоты). Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека и млекопитающих он превращается в нетоксичное хорошо растворимое соединение – мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования, в процессах глюконеогенеза, кето-генеза, в анаплеротических реакциях для восполнения убыли метаболитов ОПК, в реакциях окисления до СО2 и Н2О. Дезаминирование может идти в виде восстановительного, гидролитического, окислительного и внутримолекулярного процессов. Последние два типа преобладают у человека и животных.

Окислительное дезаминирование подразделяется на две стадии. Первая стадия является ферментативной, она заканчивается образованием неустойчивого промежуточного продукта – иминокислоты, которая во второй стадии спонтанно в присутствии воды распадается на аммиак и a-кетокислоту. Ферменты катализирующие этот процесс, содержат в качестве простетической группы НАД либо ФАД.

В организме человека наиболее активно протекает дезаминирование глутаминовой кислоты под действием фермента глутаматдегидрогеназы, находящегося в митохондрияхклеток всех тканей. В результате этого процесса образуется a-кетоглутаровая кислота, принимающая участие во многих процессах обмена веществ.

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования. Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD + ).

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование – основной способ дезаминирования большинства аминокислот.Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот, так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты.

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. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования.

Можно выделить 4 стадии процесса:

-трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;

-трансаминирование глутамата с оксалоацета-том (фермент ACT), образование аспартата;

-реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;

-гидролитическое дезаминирование АМФ.

Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом.

Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы.

Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

-гидролитическое дезаминирование АМФ.

Значение биохимии в подготовке врача. Биологическая химия

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию – отщеплению ос-карбоксильной группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и др. Продуктами реакции являются СО2 и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины):

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.

Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными веществами. Они выполняют функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин и др.).

Читайте также:  Мышечные боли после алкогольной интоксикации

1. 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 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).

Схема
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).

Синтез и биологическая роль гистамина

Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани (см. схему А на с. 516).

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;

  • участвует в формировании воспалительной реакции – вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отёчность ткани;
  • вызывает аллергическую реакцию;
  • выполняет роль нейромедиатора;
  • является медиатором боли.

Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Дальнейшие превращения продуктов дезаминирования аминокислот представлены на рис. 9-7.

Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека и млекопитающих он превращается в нетоксичное хорошо растворимое соединение – мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования,

Рис. 9-7. Судьба продуктов дезаминирования аминокислот.

в процессах глюконеогенеза, кето-генеза, в анаплеротических реакциях для восполнения убыли метаболитов ОПК, в реакциях окисления до СО2 и Н2О.

Существует несколько способов дезаминирования аминокислот:

  • окислительное;
  • непрямое (трансдезаминирование);
  • неокислительное;
  • внутримолекулярное.

1. Окислительное дезаминирование

Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом глутаматдегидрогеназы является NAD + . Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование а-иминоглутарата, затем – неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется а-кетоглутарат (см. схему ниже).

Окислительное дезаминирование глутамата –

обратимая реакция и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, как восстановительное шинирование α-кетоглутарата.

Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Этот фермент – олигомер, состоящий из 6 субъединиц (молекулярная масса 312 кД). Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена. 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 образованиеα-кетоглутарата, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат. Глутаматдегидрогеназа может индуцироваться стероидными гормонами (кортизолом).

Схема
2. Непрямое дезаминирование
(трансдезаминирование)

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования:

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD + ).

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование – основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы (рис. 9-9), что обеспечивает как катаболизм аминокислот (рис. 9-9, А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (рис. 9-9, Б).

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. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования:

Можно выделить 4 стадии процесса:

  • трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;
  • трансаминирование глутамата с оксалоацета-том (фермент ACT), образование аспартата;
  • реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;
  • гидролитическое дезаминирование АМФ.

Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом (см. схему А на с. 476).

Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы (см. схему Б на с. 476).

Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

Схема А

Схема Б .
Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

3. Неокислительное дезамитровате

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

Неокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза (см. схему А на с. 477).

Реакция начинается с отщепления молекулы воды и образования метиленовой группы, затем происходит неферментативная перестройка молекулы, в результате которой образуется иминогруппа, слабо связанная с а-углеродным атомом. Далее в результате неферментативного гидролиза отщепляется молекула аммиака и образуется пируват.

Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент треониндегидратаза. Механизм реакции аналогичен дезаминированию серина (см. схему Б на с. 477).

Эти ферменты гшридоксальфосфатзависимые.

Неокислительное дезаминирование гистидина под действием фермента гистидазы (гистидин-аммиаклиазы) является внутримолекулярным, так как образование молекулы аммиака происходит из атомов самой аминокислоты без участия молекулы воды. Эта реакция происходит только в печени и коже (см. схему В на с. 477).

78. Обмен фенилаланина и тирозина. Особенности обмена тирозина в разных тканях. Синтез катихоламинов, меланинов, йодтиронинов. Наследственные биохимические блоки в распаде фенилаланина и тирозина: паркинсонизм, фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм, диагностика и лечение.

Фенилаланин – незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо. Тирозин – условно заменимая аминокислота, поскольку образуется из фенилаланина. Содержание этих аминокислот в пищевых белках (в том числе и растительных) достаточно велико. Фенилаланин и тирозин используются для синтеза многих биологически

Схема ГГлутатион
504

Схема A

Схема Б
активных соединений. В разных тканях метаболизм этих аминокислот происходит поразному.

1. Метаболизм феиилаланина

Основное количество фенилаланина расходуется по 2 путям:

  • включается в белки;
  • превращается в тирозин.

Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Образование тирозина не имеет большого значения, так как недостатка этой аминокислоты в клетках практически не бывает.

Основной путь метаболизма фенилаланина начинается с его гидроксилирования (рис. 9-29), в результате чего образуется тирозин. Эта реакция катализируется специфической монооксиге-назой – фенилаланингидр(жсилазой, кофермен-том которой служит тетрагидробиоптерин (Н4БП). Активность фермента зависит также от наличия Fe 2+ . Реакция необратима. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием NADPH + H + .

2. Особенности обмена тирозина
в разных тканях

Обмен тирозина значительно сложнее, чем обмен фенилаланина. Кроме использования в синтезе белков, тирозин в разных тканях выступает предшественником таких соединений, как катехоламины, тироксин, меланины, и ка-таболизируется до СО2 и Н2О.

Катаболизм тирозина в печени

В печени происходит катаболизм тирозина до конечных продуктов. Специфический путь катаболизма включает несколько ферментативных реакций, завершающихся образованием фумарата и ацетоацетата (см. схему А на с. 507):

  1. Трансаминирование тирозина с ос-кетоглутаратом катализирует тирозинаминотрансфе-раза(кофермент ПФ) – индуцируемый фермент печени млекопитающих. В результате образуется п-гидроксифенилпируват.
  2. В реакции окисления п-гидроксифенилпирувата в гомогентизиновую кислоту происходит декарбоксилирование, гидроксилирование ароматического кольца и миграция боковой цепи. Реакцию катализирует фермент п-гидроксифенилпируватдиоксигеназа, кофакторами которого выступают витамин С и Fe 2+ .
  3. Превращение гомогентизиновой кислоты в фумарилацетоацетат сопровождается расщеплением ароматического кольца. Эта реакция катализируется диоксигеназой гомогентизиновой кислоты, в качестве кофермента содержащей Fe 2+ .

Обмен фенилаланина и тирозина связан со значительным количеством реакций гидроксилирования, которые катализируют оксигеназы. Ферменты оксигеназы (гидроксилазы) используют молекулу О2 и кофермент-донор водорода (чаще – Н4БП). Для катализа оксигеназам не-

Реакция начинается с отщепления молекулы воды и образования метиленовой группы, затем происходит неферментативная перестройка молекулы, в результате которой образуется иминогруппа, слабо связанная с а-углеродным атомом. Далее в результате неферментативного гидролиза отщепляется молекула аммиака и образуется пируват.

Дезаминирования и трансаминирования аминокислот

Дезаминирования и трансаминирования аминокислот происходит в митохондриях клеток почек. Глутаматдегидрогеназа и аминотрансферазы обеспечивают окислительное дезаминирование и трансаминирования аминокислот, которые поступают в почки с током крови. Кровь – основной источник свободных аминокислот для обеспечения метаболических процессов, поскольку протеолиз тканевых белков и протеинов крови в клетках почек незначительный. Из аминокислот, циркулирующих в крови, почки легче всего захватывают и окисляют глутамин, глутамат, аспартат, аланин и глицин.

Дезаминирования и трансаминирования аминокислот

Глицин окисляется специфической глициноксидою, катализирующий его прямое окислительное дезаминирование:

NН2 СН2 СООН + ТГФК → СО2 + NН3 + N5, N10СН2ТГФК.

Глутамин крови – основная транспортная форма аммиака от других органов, активно увлекается почками и дезаминируется глутаминазы (1). Почечная глутаминазы действует подобно глутаминазы печени, высвобождая аммиак и глутамат путем гидролиза.

Глутаминовая кислота далее окисляется глутаматдегидрогеназы (2) с образованием αкетоглутарату.

αКетоглутарат в дальнейшем используется на:

а) синтез глюкозы в процессе ГНГ;

б) окисления в ЦЛК с в созданием АТФ;

в) в качестве акцептора аминогрупп в реакциях трансаминирования.

Аммиак, высвобождается в вышеупомянутых реакциях, связывает Н + и выводится с мочой в виде аммонийных солей.

Аспарагиновая кислота и аланин окисляются путем косвенного, или трансдезаминування, с участием аспартат и аланинаминотрансферазы и глутаматдегидрогеназы.

Продукты окисления аминокислот – «углеродные скелеты»-используются для синтеза глюкозы в ГНГ или Катаболизирует через цикл лимонной кислоты с образованием АТФ. Аминогруппа аминокислот в виде аммиака удаляется из организма в составе иона аммония.

Окисление аминокислот в почках непосредственно связано с амониегенезом и поддержанием кислотнощелочные равновесия. В условиях повышения количества ионов Н + (ацидоз) скорость окисления аминокислот и продукция аммиака увеличиваются. Аммиак связывает избыток протонов и они выводятся из организма.

Все вышеупомянутые процессы необратимы, поскольку синтез аминокислот в почках практически не происходит.

Синтез креатина в почках. Начальная реакция синтеза креатина происходит в почках при участии глицинамидинотрансферазы, которая

осуществляет перенос амидиновои группы по L-аргинина на глицин с образованием Lорнитину и гликоциамин.

Последний транспортируется током крови в печень, где метилируется активной формой метионина – Sаденозилметионином и превращается в креатин.

Ферменты почек. Большинство ферментов почек – неспецифические, т.е. встречаются в различных органах и тканях, другие – органоспецифические – характерные только для почечной ткани.

Неспецифические ферменты: ЛДГ, АСТ, АЛТ, глутаматдегидро

геназа, NaKАТФаза и др..

Ткань почек принадлежит к тканям с высокой активностью лактатдегидрогеназы. Существует четкая дифференциация изоферментного спектра ЛДГ-в корковом веществе более активные ЛДГ1 и ЛДГ2, а в мозговой – ЛДГ5 и ЛДГ4. При острой почечной недостаточности наблюдается повышение активности ЛДГ1 и ЛДГ2 в крови.

а) глицинамидинотрансфераза (трансамидиназа) – энзим специфичен для почек и поджелудочной железы. В норме его активность в крови не обнаруживается, поэтому определение его имеет диагностическую ценность для установления заболеваний почек. Активность фермента определяют в крови при пиелонефрите, на начальных стадиях некроза поджелудочной железы, максимальная активность наблюдается при хроническом пиелонефрите с нарушением азотовыделительной функции почек;

б) аланинаминопептидаза (ААП3). Энзим существует в 5 изоферментных формах, каждая из которых имеет органную специфичность). Определение активности изофермента ААП3 в крови и моче является специфическим показателем повреждения ткани почек;

в) глутаминазы – активная в дистальном отделе канальцев почек. Активность энзима увеличивается в 10-20 раз при ацидозе. За счет высвобождения NН3 фермент поддерживает кислотно-щелочного равновесие (см. выше). Благодаря действию глутаминазы рН мочи даже в экстремальных условиях никогда не снижается менее 4,5;

г) ферменты проксимального отдела канальцев почек – щелочная фосфатаза (ЩФ)), γглутамилтранспептидаза (ГГТП), βглюкуронидаза.

Глицин окисляется специфической глициноксидою, катализирующий его прямое окислительное дезаминирование:

Непрямое дезаминирование аминокислот. Роль глутаматдегидрогеназы и глутаминовой кислоты. Реакции трансаминирования, ферменты, биологическое значение.

Дезаминирование аминокислот – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака (NН3). В тканях человека преобладает окислительное дезаминирование, то есть сопряжённое с переносом водорода.

23.5.2.Большинство ферментов, участвующих в окислительном дезаминировании аминокислот, при физиологических значениях рН малоактивны. Поэтому основная роль в окислительном дезаминировании принадлежит глутаматдегидрогеназе, которая катализирует прямое окислительное дезаминирование глутамата. В качестве кофермента используются НАД+ или НАДФ+(производные витамина РР). Реакция обратима.

Глутаматдегидрогеназа – аллостерический фермент, его аллостерическими активаторами являются АДФ и ГДФ, аллостерическими ингибиторами – АТФ, ГТФ и НАДН.

23.5.3. Непрямое дезаминирование характерно для большинства аминокислот. Оно называется непрямым, потому что происходит в 2 этапа:

1. на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;

2. на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 21.3).

Рисунок 23.3. Схема непрямого дезаминирования аминокислот.

Участие аминотрансфераз в этом процессе позволяет собрать аминогруппы различных аминокислот в составе одной аминокислоты – глутамата, который затем подвергается окислению с образованием аммиака и α-кетоглутарата.

Декарбоксилирование аминокислот. Образование биогенных аминов — гистамина, серотонина, ГАМК. Роль биогенных аминов в регуляции метаболизма и функций. Распад биогенных аминов.

Декарбоксилирование аминокислот – отщепление карбоксильной группы от аминокислоты с образованием СО2. Продуктами реакций декарбоксилирования аминокислот являютсябиогенные амины, участвующие в регуляции обмена веществ и физиологических процессов в организме (см. таблицу 23.1).

Таблица 23.1

Биогенные амины и их предшественники.

АминокислотаБиогенный амин
ГистидинГистамин
Глутаматγ-аминомасляная кислота (ГАМК)
ТирозинДофамин
ТриптофанТриптамин
Серотонин
ЦистеинТиоэтиламин
Таурин

Реакции декарбоксилирования аминокислот и их производных катализируют декарбоксилазы аминокислот. Кофермент – пиридоксальфосфат (производное витамина В6). Реакции являются необратимыми.

23.6.2. Примеры реакций декарбоксилирования. Некоторые аминокислоты непосредственно подвергаются декарбоксилированию. Реакция декарбоксилирования гистидина:

Гистамин обладает мощным сосудорасширяющим действием, особенно капилляров в очаге воспаления; стимулирует желудочную секрецию как пепсина, так и соляной кислоты, и используется для исследования секреторной функции желудка.

Реакция декарбоксилирования глутамата:

ГАМК – тормозный медиатор в центральной нервной системе.

Ряд аминокислот подвергается декарбоксилированию после предварительного окисления. Продукт гидроксилирования триптофана превращается в серотонин:

Серотонин образуется главным образом в клетках центральной нервной системы, обладает сосудосуживающим действием. Участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, почечной фильтрации.

Продукт гидроксилирования тирозина переходит в дофамин:

Дофамин служит предшественником катехоламинов; является медиатором ингибирующего типа в центральной нервной системе.

Тиогруппа цистеина окисляется до сульфогруппы, продукть этой реакции декарбоксилируется с образованием таурина:

Таурин образуется главным образом в печени; участвует в синтезе парных желчных кислот (таурохолевой кислоты).

21.5.3. Катаболизм биогенных аминов. В органах и тканях существуют специальные механизмы, предупреждающие накопление биогенных аминов. Основной путь инактивации биогенных аминов – окислительное дезаминирование с образованием аммиака – катализируется моно- и диаминооксидазами.

Моноаминооксидаза (МАО) – ФАД-содержащий фермент – осуществляет реакцию:

В клинике используются ингибиторы МАО (ниаламид, пиразидол) для лечения депрессивных состояний.

Источники образования аммиака и пути его обезвреживания в организме. Связывание аммиака в местах образования и транспорт в печень. Особенности детоксикации аммиака у детей первого года жизни.

Аммиак (NН3) – продукт обмена большинства соединений, содержащих амино- и амидогруппы. Главным путём образования аммиака служит окислительное дезаминирование.

Аммиак – очень токсичное вещество, особенно для нервной системы. При физиологических значениях рН молекула NН3 легко превращается в ион аммония NН4+, который не способен проникать через биологические мембраны и задерживается в клетке. Накопление NН4+ вызывает торможение заключительных этапов цикла трикарбоновых кислот и снижение продукции АТФ. Поэтому в организме существует ряд механизмов связывания (обезвреживания) аммиака (см. рисунок 24.1).

Рисунок 24.1. Образование аммиака в организме и его обезвреживание.

Ответы 61-80

61. Биосинтез мочевины. Связь орнитинового цикла с превращениями фумаро­вой и аспарагиновой кислот. Причины гипераммониемии. Уремия как следствие нару­шения выведения мочевины из организма.

Биосинтез мочевины– основной путь обезвреживания аммиака. Мочевина синтезируется в орнитиновом цикле, протекающем в клетках печени. Эту последовательность реакций открыли Х.Кребс и К.Хензелейт в 1932 г. Согласно современным представлениям, цикл мочевины включает последовательность пяти реакций.

Две начальные реакции биосинтеза мочевины происходят в митохондриях клеток печени.

Последующие реакции протекают в цитоплазме клеток печени.

Общая схема орнитинового цикла представлена на рисунке 24.2:

Рисунок 24.2.Схема орнитинового цикла и его связь с превращениями фумаровой и аспарагиновой кислот.
Цифрами обозначены ферменты, катализирующие реакции орнитинового цикла: 1 – карбамоилфосфатсинтетаза; 2 – орнитин-карбамоилтрансфераза; 3 – аргининосукцинатсинтетаза; 4 – аргининосукцинатлиаза; 5 – аргиназа.

24.4.2.Орнитиновый цикл находится в тесной взаимосвязи с циклом трикарбоновых кислот:

1. пусковые реакции цикла мочевины, как и реакции ЦТК, протекают в митохондриальном матриксе;

2. поступление СО2 и АТФ, необходимых для образования мочевины, обеспечивается работой ЦТК;

3. в цикле мочевины образуется фумарат, который является одним из субстратов ЦТК. Фумарат гидратируется в малат, который в свою очередь окисляется в оксалоацетат. Оксалоацетат может подвергаться трансаминированию в аспартат; эта аминокислота участвует в образовании аргининосукцината.

24.4.3. Регуляция активности ферментов цикла осуществляется главным образом на уровне карбамоилфосфатсинтетазы, которая малоактивна в отсутствие своего аллостерического активатора – N-ацетил-глутамата. Концентрация последнего зависит от концентрации его предшественников (ацетил-КоА и глутамата), а также аргинина, который является аллостерическим активатором N-ацетилглутаматсинтазы:

Ацетил-КоА + Глутамат N-ацетилглутамат + КоА-SH

Концентрация ферментов орнитинового цикла зависит от содержания белка в пищевом рационе. При переходе на диету, богатую белком, в печени повышается синтез ферментов орнитинового цикла. При возвращении к сбалансированному рациону концентрация ферментов снижается. В условиях голодания, когда усиливается распад тканевых белков и использование аминокислот как энергетических субстратов, возрастает продукция аммиака, концентрация ферментов орнитинового цикла увеличивается.

24.4.4. Нарушения орнитинового цикла. Известны метаболические нарушения, обусловленные частичным блокированием каждого из 5 ферментов, катализирующих в печени реакции синтеза мочевины, а также N-ацетилглутаматсинтазы. Эти генетические дефекты, очевидно, являются частичными. Полное блокирование какой-либо из стадий цикла мочевины в печени, по-видимому, несовместимо с жизнью, потому что другого эффективного пути удаления аммиака не существует.

Общим признаком всех нарушений синтеза мочевины является повышенное содержание NH4+ в крови (гипераммониемия). Наиболее тяжёлые клинические проявления наблюдаются при дефекте фермента карбамоилфосфатсинтетазы. Клиническими симптомами, общими для всех нарушений цикла мочевины, являются рвота, нарушение координации движений, раздражительность, сонливость и умственная отсталость. Если заболевание не диагностируется, то быстро наступает гибель. У детей старшего возраста проявлениями заболевания служат повышенная возбудимость, увеличение размеров печени и отвращение к пище с высоким содержанием белка.

Лабораторная диагностика заболеваний включает определение содержания аммиака и метаболитов орнитинового цикла в крови, моче и спинномозговой жидкости; в сложных случаях прибегают к биопсии печени.

Значительное улучшение наблюдается при ограничении белка в диете, при этом могут быть предотвращены многие нарушения мозговой деятельности. Малобелковая диета приводит к снижению содержания аммиака в крови и к улучшению клинической картины при мягких формах этих наследственных нарушений. Пищу следует принимать часто, небольшими порциями, для того чтобы избежать резкого повышения уровня аммиака в крови.

24.4.5. Клинико-диагностическое значение определения мочевины в крови и моче. В крови здорового человека содержание мочевины составляет 3,33 – 8,32 ммоль/л. За сутки с мочой выводится 20 – 35 г мочевины.

Изменения содержания мочевины в крови при заболеваниях зависят от соотношения процессов её образования в печени и выведения почками. Повышение содержания мочевины в крови (гиперазотемия) отмечается при почечной недостаточности, снижение – при недостаточности печени, при диете с низким содержанием белков.

Повышение экскреции мочевины с мочой наблюдается при употреблении пищи с высоким содержанием белков, при заболеваниях, сопровождающихся усилением катаболизма белков в тканях, при приёме некоторых лекарств (например, салицилатов). Снижение экскреции мочевины с мочой характерно для заболеваний и токсических поражений печени, заболеваний почек, сопровождающихся нарушением их фильтрационной способности.

Лабораторная диагностика заболеваний включает определение содержания аммиака и метаболитов орнитинового цикла в крови, моче и спинномозговой жидкости; в сложных случаях прибегают к биопсии печени.

Добавить комментарий