Биохимия пособие Коновалова 2012

дСП вновь вступают в переаминирование с а-кетоглутаровой кисло­ той при участии специфических ферментов: аланинаминотрансферазы (ДлАТ) и аспартат-аминотрансферазы (АсАТ).

АлАТ АК+ПВК —►а-кето- + АЛА+ а-кг ♦ ПВК+ГЛУ

к-та

АК+ЩУК—>а-кето- + АСП к-та

АК+ а-КГ —» а-кето- + ГЛУ

к-та

Образовавшаяся глютаминовая кислота подвергается окисли­ тельному дезаминированию глутаматдегидрЪгеназой (И этап процес­ са).

Таким образом, смысл процесса в том, что NH2-rpynnbi амино­ кислот переносятся на а-кетоглутаровую кислоту (а-кг), а глутамино­ вая кислота затем активно дезаминируется глутаматдегидрогеназой. Этот процесс получил название непрямого дезаминирования амино­ кислот путем переаминирования. Он является основным путем деза­ минирования природных аминокислот.

В клинике широко используют с диагностической целью опре­ деление активности аланин- и аспартатаминотрансфераз, т.к. они яв­ ляются 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 н°Рме)

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

2 4 1

Судьба а-кетокислот

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

1)Восстановительному аминированию и переаминированию с образованием соответствующей аминокислоты.

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

3)Превращению в углеводы, включаясь в процесс глюконеогенеза через пируват, а-кетоглутарат, щавелевоуксусную кислоту, сукцшшл - КоА, при этом пируват является центральным связующим звеном. В пируват превращаются аланин, серин, глицин, треонин, цистеин, в ЩУК - аспартат, аспарагин, в а-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 й 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 - С02, Н20 и NH3.

Образование NH3 происходит во всех тканях в результате:

1.Окислительного дезаминирования аминокислот.

2.Окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты.

242

1.Дезаминирования аминов аминооксидазами.

2.Дезаминирования пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов. 3. Дезаминирования аминокислот ферментами бактерий в ки-

ечнике с последующим всасыванием этого NH3в портальную вену. В сутки в организме подвергаются распаду до 70 г аминокислот,

s результате чего образуется большое количество NH3. Аммиак для [слеток является ядом, и его накопление в тканях представляло бы серьезную угрозу для организма. При попадании больших количеств аммиака в кровь (цирроз печени) развивается интоксикация, прояв­ ляющаяся, прежде всего, поражением центральной нервной системы (затруднение речи, тремор, потеря сознания, эпилептические припадяя, кома). Несмотря на непрерывное образование его в тканях и по­ ступление в кровь, количество NH3 в крови очень мало и составляет

0,05 ммоль/л.

Это свидетельствует о существовании механизмов обезвре­ живания аммиака которые могут нарушаться.

Различают механизмы местного и общего обезвреживания ам­ миака. Местное обезвреживание сводится к временному связыванию аммиака с образованием его транспортных форм, в составе которых он доставляется к органам, где происходит общее обезвреживание. По­ следнее 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 NH3, по нескольким меха­ низмам.

1. Главным путем обезвреживания аммиака является его связы­ вание с глутаминовой (у животных) и аспарагиновой (больше у расте­ ний) 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 форма­ ми аммиака. Азот амидной группы глутамина и аспарагина использу­ йся при синтезе важных органических соединений: пуриновых, пиримНдиновых 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.

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

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

шечной работе выделяющийся аммиак связывается с а- кетоглутаровой кислотой под действием глутаматдегидрогеназы. Об­ разуется глутамат:

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 а-кетоглутаратом, в результате чего получаются пируват и глутамат. Глутаминовая кислота через аспартат (переаминирование со щавелевоуксусной кислотой) включает свою NH2-rpynny в модевину. Пируват используется в глюконеогенезе для синтеза глюкозы, которая поставляется печенью мышцам. Этот меха­ низм имеет важной значение для выведения аммиака из мышечной ткани и получил название глюкозо-аланинового цикла.

2 4 4

NH3 + ct-кг.

Общее обезвреживание аммиака

Происходит в печени и почках, где образуются безвредные для организма инертные соединения, которые выводятся с мочой. В пече­ ни 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, выводи­ мого с мочой.

Синтез мочевины

Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, от­ крытый 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 дей­ ствием глутаминазы распадается на глутаминовую кислоту и аммиак. В митохондриях гепатоцитов из аммиака, С02 с затратой АТФ под действием карбамоилфосфатсинтетазы (1) синтезируется карбамоилфосфаг.

(D О II

NH3+CO2 + 2 АТФ+Н20 —>H2N—С—О ~ РО3 Н2+2 АДФ+Н3 РО4 карбамоилфосфат

245

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

Цитруллин вступает в конденсацию с аспарагиновой кислотой под действием аргининсукцинатсинтетазы (3) с затратой АТФ. Обра­ зуется 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 кисло­ ту. Оксалацетат вступает в реакцию переаминирования с глутамино­ вой кислотой и превращается в аспарагиновую, которая вновь исполь­ зуется в синтезе мочевины. Образовавшийся из глутамата я- кетоглутарат вступает в реакцию переаминирования с любыми амино­ кислотами печени.

246

Таким образом, процесс синтеза мочевины - циклический и тре­ бует орнитина и затраты АТФ. Атомы азота мочевины имеют разное происхождение: один атом поступает в составе глутамина, образовав­ шегося в тканях, и принадлежит азотсодержащим соединениям пери­ ферических тканей. Второй атом включается аспарагиновой кислотой, образующейся при переаминировании щавелевоуксусной и глутами­ новой кислот. Глутаминовая кислота забирает аминогруппы амино­ кислот печени (в том числе, поступившего аланина).

Синтез аммонийных солей

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

NH3 + Н+ -► N H /

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

Процесс имеет важное значение, т.к. является не только меха­ низмом общего обезвреживания аммиака, но участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия в организме, а также сберегает от вы­ членим 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.

R—СИ—СООН -► R —СИ 2\Н 2 + СО 2

NH2

Декарбоксилазы аминокислот - сложные ферменты, коферментом которых является пиридоксая^фосфат. Обнаружены процессы декарбоксилирования гистидина, триптофана, 5-гидрокситриптофана, тирозина, глутаминовой, аспарагиновой, цистеиновой кислот с обра­ зованием соответствующего амина: гистамина, триптамина, серотони­ на, тирамина, у-аминомасляной кислоты, р-аланина, таурина. Их назы­ вают биогенными аминами, так как в малых дозах это биологически активные вещества с мощным фармакологическим действием, в боль­ ших дозах - фармакологические яды. Декарбоксилазы ароматических аминокислот, гистидина, глютаминовой кислоты и других не отлича­ ются строгой специфичностью. Ферменты мало активны, и процесс протекает с малой скоростью.

При декарбоксилировании тирозина образуется тирамин, прояв­ ляющий сосудосуживающее действие.

H2N -сн-соон

тирозин тирамин

Декарбоксилирование триптофана сопровождается образованием триптамина, также обладающего сосудосуживающим действием.

248

t^N —<рН—СООН

СЬ|

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

Серотонин преимущественно образуется в нервной ткани и ки­ шечнике. Обладает сильным сосудосуживающим действием, является нервным медиатором, поддерживает нормальную психическую дея­ тельность, участвует в центральной регуляции артериального дейст­ вия, температуры тела, дыхания, в почечной фильтрации, способствует развитию аллергической реакции, токсикоза беременности.

Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гиста­

мина.

Декарбоксилирование гистидина гистидиндекарбоксилазой про­ исходит главным образом в тучных клетках, которые имеются в со­ единительной ткани (практически во всех органах). Гистамин накапли­ вается и хранится в этих клетках в соединении с белками в специаль­ ных 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

2 4 9

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

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

При а-декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется у-аминомасляная кислота.

СООН СООН

ГАМК в большом количестве содержится в сером веществе моз­ га, в то время как в белом веществе мозга и периферической нервной системе ее почти нет. Является тормозным фактором в нервных клет­ ках. 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 рез­ ким возбуждением коры головного мозга (эпилепсия).

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

250