Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот - это процесс отщепления от аминокислоты аминогруппы. Различают несколько типов дезаминирования: окислительное, внутримолекулярное, восстановительное и гидролитическое. В организме человека имеет место окислительное дезаминирование. Для большинства аминокислот (кроме глутамата) оно протекает непрямо, вначале происходит переаминирование с образованием глутаминовой кислоты, которая, на втором этапе, подвергается окислительному дезаминированию. Для треонина и лизина дезаминирование происходит другим путем.

Переаминирование (трансаминирование) аминокислот

Этот процесс был открыт Браунштейном и Крицман в 1937 г. Реакция катализируется аминотрансферазами, в состав которых входит витамин В₆. В переаминировании участвуют аминокислота и кетокислота (чаще 2-оксоглутарат, реже - пируват и оксалоацетат). В результате реакции образуются новая аминокислота и новая кетокислота.

Значение реакции переаминирования

1. Коллекторная функция, то есть аминогруппы от многих аминокислот собираются в одной форме в виде глутамата;

2. Является источником заменимых аминокислот;

3. В ходе этой реакции аминокислоты превращаются в кетокислоты, которые могут окисляться в цикле Кребса, использоваться в ГНГ или превращаться в кетоновые тела. Аминокислоты, которые в ходе метаболизма превращаются в углеводы, называются гликогенными. Таких аминокислот 15. Аминокислоты, которые в ходе своего метаболизма превращаются в кетоновые тела, называются кетогенными. Такой аминокислотой является лейцин. Аминокислоты, которые в ходе метаболизма дают углеводы и кетоновые тела, называются смешанными. Такими аминокислотами являются фенилаланин, тирозин, триптофан, лизин.

4. Аминотрансферазы - это универсальные ферменты, которые имеются в каждой клетке. В крови их очень мало. Увеличение активности аминотрансфераз свидетельствует о разрушении тех клеток, где они находились. Этот факт используется для диагностики некоторых заболеваний. Так, при инфаркте миокарда в крови увеличивается активность аспартатаминотрансферазы, а при вирусном гепатите или циррозе печени увеличивается активность аланинаминотрансферазы.

Аминотрансферазы активируются катехоламинами, глюкокортикостероидами, большими дозами йодтиронинов.

Окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты

Происходит в митохондриях под влиянием глутаматдегидрогеназы (ГДГ). ГДГ является высокоактивным ферментом, ее тормозит АТФ, активирует АДФ. Продуктами глутаматдегидрогеназной реакции являются 2-оксоглутарат, NH₃ и НАДН.

2-оксоглутарат окисляется в цикле Кребса, НАДН - в дыхательной цепи с выделением 3 АТФ, аммиак обезвреживается.

ГДГ-реакция имеет энергетическое значение. Она особенно важна в головном мозге, так как в аварийных ситуациях поставляет энергию: например, при гипогликемии.

Восстановительное аминирование

Восстановительное аминирование - это реакция присоединения аммиака к 2-оксоглутарату с последующим восстановлением образующегося продукта. Донором водорода в этой реакции является НАДФН. Реакцию катализирует глутаматдегидрогеназа.

Значение восстановительного аминирования:

- является источником заменимых аминокислот;

- служит одним из способов связывания аммиака в клетке.

Источники аммиака и пути его обезвреживания

Аммиак образуется в результате реакций дезаминирования аминокислот, биогенных аминов (гистамина, серотонина, катехоламинов и др.), пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований, амидов аминокислот в тканях организма. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате деятельности микрофлоры (гниение белков) и всасывается в кровь воротной вены. Содержание аммиака в крови в норме 25-40 мкмоль/л.

Причины токсичности аммиака

1. Аммиак сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глутамата. В результате снижается концентрация a-кетоглутарата, что вызывает угнетение обмена аминокислот (переаминирования) и гипоэнергетическое состояние (угнетение цикла Кребса).

2. Аммиак усиливает синтез глутамина из глутамата в нервной ткани. Снижение концентрации глутамата нарушает обмен нейромедиаторов, в частности синтез g-аминомасляной кислоты – основного тормозного модулятора. Это нарушает проведение нервного импульса и вызывает судороги.

3. Аммиак в крови и цитозоле образует ион NH₄⁺_, накопление которого нарушает трансмембранный перенос ионов, в частности Na⁺ и К⁺, что также влияет на проведение нервного импульса.

4. Накопление аммиака может сдвигать рН в щелочную сторону, вызывая метаболический алкалоз.

Токсичный аммиак в клетках обезвреживается несколькими путями:

- используется на восстановительное аминирование (имеет небольшоезначение);

- используется на образование амидов (аспарагина и глутамина), которые поступают в кровь и переносятся в печень и почки, где под действием глутаминазы и аспарагиназы соответственно расщепляются до глутамата или аспартата и аммиака. В печени аммиак используется на образование карбамоилфосфата, из почек аммиак выводится в виде аммонийных солей с мочой.

- в мышцах аммиак используется на образование аланина, который выводится в кровь и переносится в печень, где после переаминирования превращается в пируват, используемый в ГНГ для синтеза глюкозы. Образовавшаяся глюкоза поступает в кровь и переносится в мышцы, где превращается в пируват в ходе гликолиза. Обмен метаболитами (аланином и глюкозой) между печенью и мышцей называется глюкозо-аланиновым циклом.

Синтез мочевины (орнитиновый цикл)

Синтез мочевины протекает в гепатоцитах печени, является процессом циклическим. Для синтеза одной молекулы мочевины требуется 3 молекулы АТФ, 1 молекула аммиака, 1 молекула аспартата, 1 молекула СО₂, 1 молекула орнитина. Ход реакций смотрите в лекциях или в учебнике.

Орнитиновый цикл тесно связан с циклом Кребса:

а) цикл Кребса поставляет синтезу мочевины СО₂ и АТФ.

б) фумарат, образованный в орнитиновом цикле, идет в цикл Кребса, превращаясь в оксалоацетат. Оксалоацетат путем переаминирования превращается в аспартат, который опять может использоваться в синтезе мочевины.

В результате орнитинового цикла очень токсичный аммиак превращается в безвредную мочевину - главный конечный продукт азотистого обмена млекопитающих. Мочевина из печени выделяется в кровь и переносится к почкам, где выделяется с мочой. Синтез мочевины усиливают катехоламины и глюкокортикостероиды.

Определение активности аргиназы и орнитинкарбамоилфосфаттрансферазы в сыворотке крови используется для диагностики патологий печени.

Обмен ароматических аминокислот

Йодтиронины

гидроксилаза ­

фенилаланин тирозин ДОФА меланин

фенилпируват гидроксифенил- катехоламины

пируват

фениллактат гомогентизиновая

кислота

фумарат ацетоацетат

Патологии обмена ароматических аминокислот

1. Фенилкетонурия или пировиноградная олигофрения (слабоумие). Причины: отсутствует ген, отвечающий за синтез фенилаланингидроксилазы. В отсутствие этого фермента фенилаланин переаминируется с образованием фенилпирувата и далее фениллактата. При этом не хватает тирозина, из которого образуются катехоламины и йодтиронины, а также пигмент меланин. У больных снижается устойчивость к стрессу, падает артериальное давление, появляются признаки умственной отсталости. В крови накапливаются фенилаланин, фениллактат и фенилпируват, которые в больших концентрациях являются токсичными, особенно для головного мозга ребенка, необратимо повреждая его. Поэтому требуется ранняя диагностика этого заболевания, которая проводится следующим образом: к моче ребенка добавляют хлорное железо; зеленое окрашивание свидетельствует о наличии патологии. В этом случае больного ребенка переводят на диету, обедненную фенилаланином, но богатую тирозином.

2. Алкаптонурия возникает при отсутствии гомогентизинатоксидазы. В этом случае нарушается окисление гомогентизиновой кислоты в тканях, повышается ее содержание в жидкостях организма и моче. В присутствии кислорода гомогентизиновая кислота полимеризуется с образованием алкаптона (пигмента черного цвета). Поэтому моча таких больных на воздухе темнеет. Алкаптон может откладываться в коже, сухожилиях, хрящах носа, ушей и суставов. При значительных отложениях пигмента в суставах нарушается их подвижность.

3. Альбинизм возникает при отсутствии тирозиназы, которая участвует в превращении ДОФА в ДОФА-хинон и далее в меланин. В результате у людей возникает слабая пигментация кожи, волос, красноватый цвет радужной оболочки глаз.

Синтез креатина

Креатин - это небелковое азотсодержащее соединение, в образовании которого участвуют печень и почки. Процесс начинается в почках, где из глицина и аргинина образуются гликоциамин (гуанидиноацетат) и орнитин. Орнитин используется в синтезе мочевины. Гликоциамин поступает в кровь и переносится в печень, где он метилируется при участии S-аденозилметионина, превращаясь в креатин, который поступает в мышцы. Когда мышца находится в состоянии покоя, креатин под действием креатинкиназы и при участии АТФ превращается в креатинфосфат - запасной макроэрг. При мышечном сокращении фосфат с креатинфосфата переносится под действием креатинкиназы на АДФ с образованием АТФ. Конечным продуктом обмена креатина является креатинин, одновременное определение которого в крови и моче проводят для расчета клиренса, показывающего очистительную способность почек. Определение активности креатинкиназы в сыворотке крови используют для диагностики инфаркта миокарда.