2 курс / Биохимия / Н.Ю.Коневалова - Биохимия

АСП вновь вступают в переаминирование с α-кетоглутаровой кислотой при участии специфических ферментов: аланинаминотрансфера-

зы (АлАТ) и аспартат-аминотрансферазы (АсАТ).

АК+ПВК → α-кето- + АЛА	АлАТ	ПВК+ГЛУ
	+ α-кг
к-та
АК+ЩУК→ α-кето- + АСП	АсАТ	ЩУК+ГЛУ
к-та	+ α-кг
АК+ α-КГ → α-кето- + ГЛУ
к-та

Образовавшаяся глютаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию глутаматдегидрогеназой (II этап процесса).

ГЛУ	ГЛУ ДГ	α-КГ + NН3
	+ НАД

НАД·Н+Н+

Таким образом, смысл процесса в том, что NН 2-группы аминокислот переносятся на α-кетоглутаровую кислоту (α-кг), а глутаминовая кислота затем активно дезаминируется глутаматдегидрогеназой.

Этот процесс получил название непрямого дезаминирования аминокислот путем переаминирования. Он является основным путем дезаминирования природных аминокислот.

В клинике широко используют с диагностической целью определение активности аланин- и аспартатаминотрансфераз, т.к. они являются органоспецифическими ферментами. Повышение активности АлАТ в крови наблюдается при неспецифическом гепатите (в норме 0,10-0,68 ммоль/ч·л), АсАТ – при инфаркте миокарда (в норме 0,10-

0,45 ммоль/ч·л).

Для дифференциальной диагностики используют коэффициент де-Ритиса:

АсАТ АлАТ =1,33 (в норме)

Повышение коэффициента (>1,33) наблюдается при поражении мышцы сердца, снижение (<1,33) – при поражении паренхимы печени.

241

Судьба α-кетокислот

Образовавшиеся в процессе дезаминирования и переаминирования α-кетокислоты могут использоваться в тканях организма с различными целями. Они могут подвергаться:

1)Восстановительному аминированию и переаминированию с образованием соответствующей аминокислоты.

2)Декарбоксилированию с превращением в жирные кислоты, при β-окислении которых образуется ацетил - КоА, сгорающий в цикле трикарбоновых кислот с образованием энергии.

3)Превращению в углеводы, включаясь в процесс

глюконеогенеза через пируват, α-кетоглутарат, щавелевоуксусную кислоту, сукцинил - КоА, при этом пируват является центральным связующим звеном. В пируват превращаются аланин, серин, глицин, треонин, цистеин, в ЩУК - аспартат, аспарагин, в α-кетоглутарат - глутамин, в сукцинилКоА - валин, изолейцин, метионин, треонин. Эти аминокислоты называют гликогенными или гликопластическими. Глюконеогенез с участием аминокислот особенно активно происходит при голодании, при преимущественно белковом питании. Полагают, что примерно 50% аминокислот в организме могут служить источником для образования глюкозы.

4) Превращениям с образованием ацетоуксусной кислоты и ацетил-КоА (фенилаланин, тирозин, лейцин, лизин), из которых образуются жирные кислоты и кетоновые тела. Поэтому их называют кетогенными или кетопластическими.

В то же время такие аминокислоты как тирозин, фенилаланин, триптофан и изолейцин являются одновременно и гликогенными и кетогенными, так как часть их молекул при катаболизме превращается в пируват, а другая часть включается в ацетил-КоА.

Лекция 24

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ

Обезвреживание аммиака в организме

Аминокислоты, не использованные для построения тканевых белков или биологически активных веществ, подвергаются распаду с образованием конечных продуктов – СО2, Н2О и NН3.

Образование NН3 происходит во всех тканях в результате: 1. Окислительного дезаминирования аминокислот.

2. Окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты.

242

3.Дезаминирования аминов аминооксидазами.

4.Дезаминирования пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.

5.Дезаминирования аминокислот ферментами бактерий в ки-

шечнике с последующим всасыванием этого NН3 в портальную вену. В сутки в организме подвергаются распаду до 70 г аминокислот,

врезультате чего образуется большое количество NН3. Аммиак для клеток является ядом, и его накопление в тканях представляло бы серьезную угрозу для организма. При попадании больших количеств аммиака в кровь (цирроз печени) развивается интоксикация, проявляющаяся, прежде всего, поражением центральной нервной системы (затруднение речи, тремор, потеря сознания, эпилептические припадки, кома). Несмотря на непрерывное образование его в тканях и поступле-

ние в кровь, количество NН3 в крови очень м ало и составляет 0,05 ммоль/л.

Это свидетельствует о существовании механизмов обезвреживания аммиака, которые могут нарушаться.

Различают механизмы местного и общего обезвреживания аммиака. Местное обезвреживание сводится к временному связыванию аммиака с образованием его транспортных форм, в составе которых он доставляется к органам, где происходит общее обезвреживание. Последнее заключается в образовании инертных, ненужных организму соединений, которые выводятся с мочой.

Местное обезвреживание аммиака

Осуществляется в тканях (мозг, мышцы, сетчатка и др.), где происходит непосредственное образование NН3, по нескольким механизмам.

1. Главным путем обезвреживания аммиака является его связывание с глутаминовой (у животных) и аспарагиновой (больше у растений) кислотами, т.е. их амидирование. Протекает в мышечной ткани, мозгу, печени, почках с затратой АТФ. Катализируется глутаминсинтетазой, локализованной в ЭПС.

Образуется глутамин, который легко проходит через мембраны (у растений – аспарагин).

Образовавшиеся глутамин и аспарагин являются главными транспортными формами аммиака, в виде которых он доставляется в печень и почки, где происходит общее обезвреживание.

Глутамин и аспарагин являются и главными резервными формами аммиака. Азот амидной группы глутамина и аспарагина используется при синтезе важных органических соединений: пуриновых, пиримидиновых нуклеотидов, триптофана, гистидина, глюкозаминфосфата, карбамоилфосфата. Глютаминсинтетаза - это регуляторный фермент,

243

ингибирующийся каждым из этих конечных продуктов метаболизма (типичный пример регуляции по типу обратной связи). Полагают, что в молекуле фермента имеются участки связывания для каждого из этих ингибиторов.

COOH

O

C

NH2

+ NН3 + АТФ

CH2

CH2

CH2

CH2 + АДФ + Н3РО4

CH

NH2

CH

NH2

COOH

COOH

ГЛУ

ГЛН

2.Обезвреживание аммиака в тканях происходит также путем амидирования остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот в белках.

3.Восстановительное аминирование (ретрансаминирование) α- кетоглутарата. В мышечной ткани этот процесс приводит к образованию еще одной транспортной формы аммиака. При интенсивной мы-

шечной работе выделяющийся аммиак связывается с α- кетоглутаровой кислотой под действием глутаматдегидрогеназы. Образуется глутамат:

	NН3 + α-кг	НАДФ Н + Н+ → НАДФ		ГЛУ
		глутаматдегидрогеназа

Глутаминовая кислота вступает в переаминирование с пируватом, образующимся при интенсивной мышечной работе в результате распада гликогена или глюкозы. Образующийся аланин является транспортной формой аммиака, доставляемой кровью в печень, где

он вступает в переаминирование с α-кетоглутаратом, в результате чего получаются пируват и глутамат. Глутаминовая кислота через аспартат (переаминирование со щавелевоуксусной кислотой) включает свою NН2-группу в мочевину. Пируват используется в глюконеогенезе для синтеза глюкозы, которая поставляется печенью мышцам. Этот механизм имеет важной значение для выведения аммиака из мышечной ткани и получил название глюкозо-аланинового цикла.

244

					NH3		+		α-кг
мышечная				НАДФН+Н+						ГЛУ–ДГ
ткань
							ГЛУ
Глюкоза				ПВК		+		АлАТ
										α-кг
печень							АЛА
									+ α-кг
								АлАТ
Глюкоза					ПВК		ГЛУ
				ЩУК		+		АсАТ
										α-кг
						АСП

синтез мочевины

Общее обезвреживание аммиака

Происходит в печени и почках, где образуются безвредные для организма инертные соединения, которые выводятся с мочой. В печени синтезируется мочевина, в почках – аммонийные соли. У животных и человека азот выводится, в основном, в виде мочевины (около 8590%). На соли аммония приходится около 3-6% всего азота, выводимого с мочой.

Синтез мочевины

Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, открытый Г.Кребсом в 1932 году. В печень с кровотоком поступают транспортные формы аммиака глутамин и аланин, и, кроме того, по воротной вене аммиак, всосавшийся в кишечнике. Глутамин под действием глутаминазы распадается на глутаминовую кислоту и аммиак. В митохондриях гепатоцитов из аммиака, СО2 с затратой АТФ под действием карбамоилфосфатсинтетазы (1) синтезируется карбамоилфосфат.

(1)O

NH3+CO2+2АТФ+Н2О →H2N C O ~ PO3H2+2АДФ+Н3РО4

карбамоилфосфат

245

Карбамоилфосфат взаимодействует с орнитином при участии орнитинкарбамоилтрансферазы (2) с образованием цитруллина, кетоформа которого подвергается таутомерной перегруппировке, переходя в енольную.

O

NH2

(2)

NH2

C

O

H2N

C

O ~ PO3H2 +

CH2

CH2

NH

CH2

(CH2)3

HC

NH2

HC

NH2

COOH

COOH

орнитин

цитруллин

NH

NH

COOH

C

OH

COOH

C

HN

CH

H2N

+ АТФ

NH

+

CH

NH

CH2

(3)

COOH(4)

CH2

(CH2)3

(CH2)3

COOH

NH2

HC

NH2

HC

АСП

АМФ

COOH

+Н4Р2О7

COOH

↓+Н2О

аргининсукцинат

2Н3РО4

Цитруллин вступает в конденсацию с аспарагиновой кислотой под действием аргининсукцинатсинтетазы (3) с затратой АТФ. Образуется аргининянтарная кислота, которая аргининсукцинатлиазой (4) расщепляется на аргинин и фумаровую кислоту.

Аргинин расщепляется аргиназой (5) на орнитин и мочевину, которая простой диффузией (по градиенту концентрации) выходит из клеток в кровь и выделяется с мочой. В сутки в норме выделяется от 20 до 40г мочевины.

Фумаровая кислота является промежуточным продуктом цикла трикарбоновых кислот и фумаратгидратазой превращается в малат, который окисляется малатдегидрогеназой в щавелевоуксусную кислоту. Оксалацетат вступает в реакцию переаминирования с глутаминовой кислотой и превращается в аспарагиновую, которая вновь используется в синтезе мочевины. Образовавшийся из глутамата α- кетоглутарат вступает в реакцию переаминирования с любыми аминокислотами печени.

246

	NH2
	C			NH	COOH
					+
	NH
							CH
	(CH2)3					CH

HC NH2 COOH COOH фумарат

аргинин

+ Н2О↓ (5)

		NH2			NH2
	(CH2)3
					+ C		O
	HC			NH2
					NH2
	COOH

Таким образом, процесс синтеза мочевины – циклический и требует орнитина и затраты АТФ. Атомы азота мочевины имеют разное происхождение: один атом поступает в составе глутамина, образовавшегося в тканях, и принадлежит азотсодержащим соединениям периферических тканей. Второй атом включается аспарагиновой кислотой, образующейся при переаминировании щавелевоуксусной и глутаминовой кислот. Глутаминовая кислота забирает аминогруппы аминокислот печени (в том числе, поступившего аланина).

Синтез аммонийных солей

Глутамин, доставляемый кровотоком в почки, расщепляется глутаминазой, активируемой протонами и самим глутамином, на глутаминовую кислоту и аммиак. Аммиак взаимодействует с протонами, образуя ион аммония, который соединяется с анионами различных кислот: фосфорной, серной, угольной, соляной, щавелевой, мочевой.

NН3 + Н+ → NН4+

Образуются соли аммония – фосфаты, сульфаты, карбонаты, хлориды, оксалаты, ураты, которые выводятся с мочой. Всего в сутки у здорового человека выделяется 1-1,2 г таких солей.

Процесс имеет важное значение, т.к. является не только механизмом общего обезвреживания аммиака, но участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме, а также сберегает от выведения с мочой катионы натрия и калия.

247

Лекция 25

ПРЕВРАЩЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ ПО КАРБОКСИЛЬНОЙ ГРУППЕ – ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ

В тканях животных процесс декарбоксилирования аминокислот протекает под действием декарбоксилаз с образованием аминов.

RCH COOHR CH2NH2 + CO2 NH2

Декарбоксилазы аминокислот – сложные ферменты, кофер-

ментом которых является пиридоксальфосфат. Обнаружены процессы декарбоксилирования гистидина, триптофана, 5- гидрокситриптофана, тирозина, глутаминовой, аспарагиновой, цистеиновой кислот с образованием соответствующего амина: гистамина, триптамина, серотонина, тирамина, γ-аминомасляной кислоты, β- аланина, таурина. Их называют биогенными аминами, так как в малых дозах это биологически активные вещества с мощным фармакологическим действием, в больших дозах – фармакологические яды. Декарбоксилазы ароматических аминокислот, гистидина, глютаминовой кислоты и других не отличаются строгой специфичностью. Ферменты мало активны, и процесс протекает с малой скоростью.

При декарбоксилировании тирозина образуется тирамин, проявляющий сосудосуживающее действие.

		OH	OH

		CO2
	CH2
			CH2			CH2		NH2
Н2N - CН - COOH

тирозин тирамин

Декарбоксилирование триптофана сопровождается образованием триптамина, также обладающего сосудосуживающим действием.

248

H2N

CH

COOH

CH2

CH2

NH2

CH2

CO2

NH

NH

триптофан

триптамин

При декарбоксилировании производного триптофана – 5- гидрокситриптофана образуется 5- гидрокситриптамин или серотонин.

HO

H2N

CH

COOH

HO

CH2

CH2

NH2

CH2

CO2

NH

NH

5-гидрокситриптофан серотонин

Серотонин преимущественно образуется в нервной ткани и кишечнике. Обладает сильным сосудосуживающим действием, является нервным медиатором, поддерживает нормальную психическую деятельность, участвует в центральной регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, в почечной фильтрации, способствует развитию аллергической реакции, токсикоза беременности.

Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гиста-

мина.

N

H2N

CH

COOH

N

CH2

CH

CH

NH

2

2

2

CO2

NH

NH

гистидин

гистамин

Декарбоксилирование гистидина гистидиндекарбоксилазой происходит главным образом в тучных клетках, которые имеются в соединительной ткани (практически во всех органах). Гистамин накапливается и хранится в этих клетках в соединении с белками в специальных секреторных гранулах и может освобождаться и выделяться в кровь при разнообразных механических воздействиях (травма, ожог, электрическое раздражение), действии эндогенных веществ.

Физиологическое действие гистамина на сосуды отличается от действия других биогенных аминов: он расширяет сосуды и поэтому

249

снижает кровяное давление. В большом количестве гистамин образуется в месте травмы, в очаге воспалительного процесса, вызывает расширение сосудов, повышает проницаемость капилляров, способствует выходу лейкоцитов, развитию воспалительной реакции. Является медиатором нервных процессов, медиатором боли. Укусы насекомых (комары, клопы, осы и др.) вызывают зуд, боль, отечность, что связано с выделением гистамина. Гистамин стимулирует секрецию желудочного сока и слюны (поэтому его используют в клинике при исследовании секреторной функции желудка - гистаминовый завтрак). Если слизистая желудка на введение гистамина не усиливает секрецию сока, то это свидетельствует о повреждении секреторных клеток - атрофическом гастрите. Гистамин сокращает гладкие мышцы легких, что проявляется приступом удушья. Гистамин способствует сенсибилизации организма и развитию аллергических реакций.

Обезвреживание гистамина происходит путем его метилирования с образованием 1-метилгистамина, который выводится с мочой.

При α-декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется γ-аминомасляная кислота.

COOH

COOH

CH2

CH2

CH2

CO2

CH2

H2N

CH

COOH

CH2

NH2

глутаминовая

γ- аминомасляная кислота

кислота

(ГАМК)

ГАМК в большом количестве содержится в сером веществе мозга, в то время как в белом веществе мозга и периферической нервной системе ее почти нет. Является тормозным фактором в нервных клетках. В опытах с изолированной петлей кишечника показано, что ГАМК вызывает прекращение перистальтики даже в присутствии ацетилхолина, стимулирующего перистальтику. Используется в клинике при лечении заболеваний центральной нервной системы, связанных с резким возбуждением коры головного мозга (эпилепсия).

Цистеин окисляется в цистеиновую кислоту, которая в тканях животных декарбоксилируется с большой скоростью с образованием таурина.

250