БХ ЭКЗАМЕН. 1. Химический состав и природа белков
 Скачать 0.87 Mb.
|
|
76 Дезаминирование, трансаминирование Дезаминирование - процесс отщепления от аминокислот аминогрупп с образованием свободного аммиака Дезанминирование в организме челочка протекает в 2ариантах 1 В виде прямого дезаминирования 2 В виде непрямого дезаминирования (трансдезаминирование) Прямое дезаминировакие аминокислот в свою очередь на разных уровнях организации живых объектов встречается в 4 основных вариантах а) окислительное дезаминирование б) внутримолекулярное дезаминирование в) гидролитическое дезаминирование г) восстановительное дезаминирование В клетках человека работают только 2 из перечисленных окислительное и внутримолекулярное дезаминирование Прямое окислительное дезаминирование аминокислот. При прямом окислительном дезамикирование аминокислот образуются а-кетокислоты и аммиак Процесс идет в 2 этапа На первом зтапе при участии фермента оксидазы от аминокислоты отщепляется 2 атома водорода и аминокислота превращается в нминокислоту На втором этапе образованная иминокислота спонтанно присоединяет воду без участия фермента с образованием кетокислоты и аммиака Дегидрирование, происходящее на первом этапе сопровождается переносом водорода на ФАД или ФМН т е на простетические группы ферментов оксидаз т е вначале образуется восстановленный ФАД или ФМН и эти же восстановленные формы переносят затем водород на кислород (аэробные легилпогннялгы) и образуется токсическая перекись водорода. В организме человека присутствует оксидаза L-аминокислот в качестве кофермента ФМН Эта оксидаза обладает низкой активностью, в то же время в тканях обнаружена оксидаза D-амннокислот, в качестве кофермента она содержит ФАД. Считают, что оксидаза D-аминокислот обеспечивает превращение D-аминокислот, которые образуются в кишечнике. Образуется иминокислота, водород переноситься на ФМН и этот кофермент переносит водород на кислород с, образованием перекиси водорода Перекись водорода немедленно разрушается католазой. т Иминокислота спонтанно присоединяет воду с образованием кетокислоты и отщеплением иминогруппы в виде аммиака Принято считать, что прямое дезаминирование аминокислот L ряда не вносит существенного вклада в метаболизм этих соединений человекаВ то же время практически во всех тканях организма человека обнаружены высоко активная дегидрогеназа Lглютаминовой кислоты Наибояьщая активность этого фермента обнаружена в почках и печени Этот фермент обладает высокой специфичностью и катализирует прямое окислительное дезаминирование L-пгютамата по схеме В качестве кофермента дегидрогназа содержит НАД На первом этапе водород с участием фермента переноситься на НАД с образованием восстановленного НАД, окисление которого несомненно сопровождается с образованием 3 молекул АТФ Образуется имниоглютамат Далее спонтанное присоединение воды обеспечивает образование 2 оксопиотарата (сс-кетоглютаровая кислота) и отщепляется аммиак. Прямое окислительное дезаминирование. 3 аминокислоты из 20 (гистидин, серии и трионин) в организме человека подвергаться дезаминированию которое может рассматриваться как внутримолекулярное дезаминирование Гистидин под действием фермента гистидазы. превращается в ураканиновую кислоту. Ураканиновая кислота распадается дальше до L-глютомата, аммиака и муравьиной кислоты Гистидаза обнаружена в печени и коже В коже ураканиновая кислота выступает в качестве фактора защищающего кожу от УФ-радиации Фермент превращающий ураканиновую кислоту (урокиназа) оказывается присутствует только в печени Появление этого фермента в крови (в норме он практически отсутствует) наблюдается при развитии опухолевых процессов печени. В связи с этим определение активности (наличия) этого фермента используется в качестве диагностического теста на опухолевые поражения печени Это своеобразный индикаторный фермент Аминокислоты серии и трионин при участии дегидротазы, содержащей ПЛФ (перидоксальфосфат) в качестве кофермента, подвергаются сходным превращениям в результате которых серии превращается в пируват, а трионин в а-кетобутерат. Непрямоедезаминирование или дезаминирование. В связи с малой эффективностью процессов прямого окислительного дезаминирования были предприняты интенсивные поиски более эффективных методов дезаминирования Браунштейнов была предложена концепция трансдезаминирования, которая в настоящее время является общепризнанной Суть ее заключается в следующем Процесс трансдезаминирования это 2-х -этапный процесс На первом этапе различные L-аминокислоты вступают в реакцию трансаминирования с а-кетоппотаровой кислотой В результате образуется кетоаналог аминокислоты и гпютаминовая кислота На втором этапе происходит окислительное дезаминирование глютамата с образованием аммиака и регенерации <х-кетоглютаровой кислоты Обязательным участником этого процесса является а-кетоглутаровая кислота (является промежуточным продуктом цикла Кебса, т е концентрация ее в тканях поддерживается на постоянном уровне) Далее в итоге трансаминирования с участием соответствующей аминотрансферазы образуется кетоаналог соответствующей аминокислоты, а о-кетоглютаровая кислота превращается, за счет трансаминорования в глутомат В правой части изображено прямое окислительное дезаминирование глютомата Здесь вы видите так же 2 этапа Фермент глютоматдегидрогеназа содержит в качестве кофермента НАД, который принимает кислород, образуется имноглюторат. | 77. Биогенные амины. Оказывается декарбоксилированию подвергаются не все аминокислоты, а лишь те из них при декарбоксилировании которых образуются биологически активные соединения выполняющие в организме функции или биорегуляторов или нейромедиаторов Вся эта группа соединений получила название - биогенные амины. Необходимо отметить, что в условииклетки декарбоксилировакие является необратимым процессом Биогенные амины обладают высокой биологической активностью и несомненно после выполнения основных функций они должны быть инакгивированы Общим путем инактивации биогенных аминов является их окислительное дезаминирование с участием ферментов моноаминооксидаз или диаминооксидаз R-CH2-NH2 --> R-C(--O)-H + NH3 Биогенный амин, в данном случае моноамин, поэтому фермент моноаминооксидаза (оксидаза способна переносить отщепляемый водород непосредственно на кислород с образованием перекиси водорода), превращается в альдегид, который затем окисляется до жирной кислоты, а перекись водорода расщепятся католазой Некоторые биогенные амины, например гистамин. могут инактивироваться путем метилирования или ацетилирования. Образование этих биологически активных.Из аминокислоты гистидина под действием гистидиндекарбоксилазы образуется биогенный амин - гистамин -клеточный медиатор (медиатор воспаления, аллергии) Антигистаминные препараты используются крайне широко Гистамин обладает выраженным сосудорасширяющим действием, причем это эффект у единственного из биогенных аминов, кроме того 2 Он участвует в развитии воспалительных в том числе аллергических реакциях 3 Наконец он стимулирует выделение желудочного сока и в этом качестве он нашел применение в клиническо-лабораторной диагностике для установления причины нарушения секреции желудочного сока - шстаминовая проба Инактивация гистамина идет либо за счет его дезаминнрования либо путем образования N-метипгистидина, т е путем метилирования. Аминокислота триптофан служит предшественником еще одного очень важного амина - серотонин Вначале триптофан подвергается гидроксилированию с превращением в 5-окситриптофан, а уже затем под действием соответствующей декарбоксилазы происходит образование серотонина Серотонин является нейромедиатором стволовой части головного мозга 1 При нарушении его обмена развивается галлюциногенный синдром (галлюцинации устрашающего характера и зрительные и слуховые) 2 Сегодня считают, что нарушение обмена серотонина вносит весомый вклад в развитие шизофрении 3 Он является так же мощными сосудосуживающим средством Инактивация серотонина идет или путем его окислительного дезаминирования или же путем метилирования по аминогруппе, т е по сути инактивация идет как у гистомина 1 Серотонин играет важную роль в развитии аллергии 2 Серотонин является предшественником гормона эпифиза мелатонина Три биогенных амина (дофамин норадреналин и адреналин = котихоламины) образуются еще из одной циклической аминокислоты - тирозина. Тирозин гидроксилируется с превращением в ДОФА (диоксифениламнин), затем ДОФА декарбоксилируется и превращается в дофамин .Дофамин является промежуточным продуктом при синтезе норадреналина и адреналина, он обладает выраженным сосудосуживающим действием, самое важное то, что он является медиатором стволовой части головного мозга При нарушении его образования в мозговой ткани развивается тяжелое заболевание паркинсонизм Для лечения которого используют подсадку в головной мозг эмбриональных клеток способных синтезировать дофамин При гидроксилировании дофамина образуется норадреналин, который при последующем метилировании дает адреналин В реакции превращения дофамина в норадреналин участвует аскорбат (аскорбат участвует в синтезе гормонов) При переходе норадреналина в адреналин в качестве метилирующего агента используется активный Норадрешлин и адреналин являются во-первых медиаторами симпатической нервной системы во-вторых гормонами мозгового вещества надпочечников Оба зтих биогенных амина обладают •ырвжоашм сосудосуживающим действием В качестве гормона адреналин является мощным стимулятором расщепления гликогена в мышцах Кроме того адреналин является мощным стимулятором липолиза в жировой гкани. В стрессовых ситуациях люди худеют. Инактивирование названных биогенных аминов осуществляется в основном путем их дезаминирования с участием оноаминооксидаз или же путем метилирования. Кроме названных 2-х путей есть еще один путь инактивации этих аминов процессы глюкуроянрования происходящее в печени. Декарбоксилированию кроме ароматических аминокислот могут подвергаться аминокислоты жирного ряда, в частности глютомат. Образующееся при декарбоксилировании глутомата соединение является медиатором и носит название - у аминомаслянная кислота. Это соединение сегодня известно как тормозной медиатор коры головного мозга В ходе декарбоксилирования таких аминокислот как арнитин и лизин образуется диамины - путрисцин и кодаверин эти соединения используются при синтезе полиаминов, сперминов и спермидина, которые участвуют в регуляции процессов пролиферации клеток. | 78. Переаминирование аминокислот. При трансаминировании аминокислота взаимодействует к кетокислотой и в ходе этого взаимодействия происходит перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без образоввдня свободного аммиака В результате образуется новая аминокислота и новая кетокислота. Одной из участвующих во взаимодействии кислот должна быть дикарбоновой. Реакции катализируются ферментами - аминотрансферазы (трансаминазы) Реакции трансаминирования легко обратимы, в клетках органах и тканей находиться большое кол-во трансаминаз Каждый фермент катализирует перенос аминогруппы только между определенной парой аминокислот В реакцию трансаминирования из аминокислот входящих в состав белков вступают только две трионин и лизин Биологическая роль трансаминирования. Трансаминирование играет огромную роль в оптимизации смеси аминокислот, поступающих из кишечника во внутреннюю среду организма. Природные белки при расщеплении в кишечнике дают смесь аминокислот в которых соотношение отдельных аминокислот может быть очень далеким от потребности наших клеток В организме синтезируются ряд кетокислот которые в результате трансаминирования могут превращаться в заменимые аминокислоты За счет этого синтеза и происходит оптимизация смеси аминокислот ПРи трансаминировании происходит перераспределение аминного азота поступающего из кишечника, кроме того трансаминирование входит в качестве одного из этапов в более сложные процессы превращения аминокислот трансдезаминирование и трансреамикирования. В клинической практике нашло широкое применение определение активности двух трансаминаз - алат, асат Эти ферменты относятся к внутриклеточным ферментам и в норме их активность в крови крайне низкая Активность в миокарде в печени очень высокая и при поражении этих тканей ферменты выходят в кровь Поэтому повышение активности трансаминаз в крови свидетельствует о поражении той или иной ткани какого-либо органа Например при инфаркте миокарда активность асат (аспартатаминотрансферазы) увеличивается ухе через 3-5 часов, при благоприятном течении заболевания активность через 3-4 дня возвращается к исходному уровню При болезни Боткина в крови резко увеличивается активность второй трансаминазы алат (аланинаминотрансферазы), нормализация этого показателя используется для контроля за эффективностью проводимой терапии. Синтез аминокислот в тканях. Ели в клетках имеются а-кетокислоты, являющиеся аналогами соответствующих аминокислот, то эти аминокислоты могут быть образованы из кетокислот путем трансаминирования Исключением является трионин и лизин, поскольку в клетках они не вступают в реакции трансаминирования. Таким образом фактически незаменимыми в своем большинстве являются не аминокислоты, а их кетоанаолги которые не синтезируются в организме. Источником аминного азота для синтеза аминокислот путем трансаминирования является глютомат Если в клетках нет достаточного количества глютомата, то он может быть синтезирован из а-кетоппотаровой кислоты и аммиака в реакции восстановительного аминирования за счет обратимости действия глютоматдегидрогиназы Комбинация реакций восстановительного аминирования а-кетоглютората с последующим переносом аминного азота на кетокислоту получило название трансреаминирования. Таким образом трансреаминирование является основным путем синтеза заменимых аминокислот. Глютомлдегидрогиназа катализирует реакцию дезаминировання гчютомата и восстановительное аминирование а-кетоппотората с участием восстановленного НАД Трансреаминирование - это основной путь синтеза заменимых аминокислот в организме человека. Витамин В6. фосфоперидоксаль является коферментом декарбоксилаз некоторых аминокислот Таким образом две реации азотистого обмена переаминирование и декарбоксилированне аминокислот осуществляется при помощи одной и той же коферментной группы, образующейся в организме из витамина Вб. |
| 80. Судьба безазотистого остатка аминокислот. Углеродные скелеты аминокислот, образующиеся при дезаминировании аминокислот могут использоваться в клетках по различным направлениям 1-е направление Они могут использоваться в качестве субстратов для глюконеогенеза (синтез глбкозы из иеуглеводных предшественников) 2-е направление Превращение углеродных скелетов в ацетоновые тела 3-е направление Окисление до углекислого газа и воды 4-е направление Использование углеродного скелета для ресинтеза аминокислот Углеродные остовы аминокислот серина, глицина, треонина, цистиина, аланина превращаются в пируват, далее карбоксилируются с образованием оксалоацетата Углеродные скелеты аспартата и аспаргина за счет дезаминирования превращаются в ЩУК Пролин, гистидин, глютомат, глютамин, валин, изолейцин, метионин превращаются в промежуточные продукты цикла Кребса и то же могут превращаться в оксалоацетат, который за счет активного фермента может давать фосфоэнолпируват, в связи с обратимостью реакций гликолиза из него могут, при наличии энергии, синтезироваться молекулы глюкозы Поэтому эти аминокислоты получили название гликогенных или глюкопластических. .Аминокислота, которая при распаде дает любое промежуточное соединение гяиколиэа или цикла Кребса может использоваться в клетке для синтеза гаюкозы. Глюкозы мы синтезируем в сутки до 120 грамм - это интенсивный синтез, причем синтез идет в основном за счет углеродного скелета аминокислот. Лейцина, лезин, тирозин, фенилаланнн и триптофан (в качестве промежуточного продукта их распада образуется ацетоацетат) получили название кетопластических или кетогенных. Хотя следует отметить, что часть углеродного скелета фенияаланина и тирозина превращается в фумаровую кислоту и может использоваться для синтеза глюкозы, т е эти аминокислоты (их скелеты) являются аминокислотами со смешанными функциями часть может давать глюкозу, часть ацетоновые тела По сути кетоппастическими являются лейцин, лизин, триптофан. Углеродные остовы как гтюко-, так и кетопластических аминокислот могут окисляться до углекислого газа и воды в цикле Кребса Почему? Поскольку ацетоацетат в клетках перефирических тканей активируется образованием ацетоацетилКоА, который затем, подвергаясь тиолизу, дает 2 молекулы ацетилКо, которые вовлекаются в цикл Кребса где и происходит их дальнейшее превращение. Оксалоацетат, образующийся из углеродных скелетов ряда аминокислот при своем декарбоксилировании превращается в пируват, а пируват в свою очередь декарбоксилируясь дает ацетилКоА АцетиКоА в независимости от пути его образования будет поступать в цикл Кребса и окисляться до конечных продуктов. Следует отметить, что избыто ацетилКоА может быть использован на синтез высших жирных кислот, т е если мы будем есть белки в больших количествах и не шевелиться, то это не значит что мы будем очень стройными, поскольку аминокислоты превращаются в жиры. | 82.Синтез мочевины. Аммиак тем или иным путем поступивший в печень или образовавшийся в гепатоцитах вступает в цикл мочевинообразования открытый в 1932 г. Синтез мочевины начинается с образования в митохондриях печени карбомоилфосфата. Вторая реакция мочевинообразования протекает так же в митохондриях (трансферам обеспечивает перенос остатка карбомонила на молекулу арнигина-монокарбоновая кислота содержащая 5 углеродных атомов). Образуется аминокислота - цитрулин. Дальнейшие реакции мочевинообразования протекают в цитозоле. В следующей реакции участвует цитрулин и аспартат (фермент - аргининосукцинатсинтетаза). В этой реакции участвуют цитрулин и аспартат. Реакция эгнергозависимая. В ходе реакции происходит расщепление АТФ до АМФ и пирофосфата и образуется аргининоянтарная кислота или аргининосукцинат. От куда клетки находят аспартат? Аспартат образуется в ходе реакций трансаминирования из оксалоацетата - промежуточного продукта цикла Креоса, который подвергается реакции взаимодействия с глутоматом и образуется аспартат. Дальше в ходе следующего процесса происходит лиазная реакция (лиазное расщепление -расщепление не гидролитическим путем) (фермент- аргининосукцинатлиаза). Происходит расщепление и в итоге образуется аминокислота аргинин и отщепляется остаток в виде фумаровой кислоты. фумаровая кислота - промежуточный продукт цикла Кребса, присоединяя воду превращается в малат, малат дегидрируется и превращается в оксалоацетат, а оксалоацетат за счет трансаминирования может превращаться в аспартат, который поставляет один атом азота. Последняя реакция мочевинообразования катализируемая ферментом обладающим абсолютной специфичностью аргиниза. Происходит расщепление аргинина, образуется полный амид угольной кислоты получивший название иочевина и регенирирует орнитин. В ходе следующей реакции арнитин вновь вступая в реакцию взаимодействия с карбомоилфосфататом может давать цитрулин и дальнейшей повторение реакций приводит к увеличению синтезированной мочевины. Необратиной реакцией в этом процессе явдюфоя решает с участием аргининосукццинатсинтетазы - термодинамический контроль направления процесса в целом Суммарное уравнение мочевинообразования. СОг + ВД, + аспартат + ЗАТФ + 2НгО -» мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 4Н3РО, Источникам углерода в мочевине является несомненно углекислый газ. Один атом азот происходит из аммиака, а второй атом азота по происхождению из аспартата. На синтез 1 молекулы мочевины клетка затрачивает 4 макроэргических эквивалента. В норме концентрация мочевины в крови составляет величину 3,3-8,3 млмоль/л. Причем азот мочевины составляет примерно ьи* всего небелкового азота крови. Суточное выделение мочевины из организма составляет20-35 гр. Фермент аргиназа как и аргинин присутствует и в других тканях например головной мозг, почки, кожа. Однако в количественном отношении образование мочевины в этих органах крайне незначительно |