Биохимия. Полный набор лекций. Нейромедиаторов
 Скачать 18.11 Mb.
|
|
транспорт В настоящее время выделяют 5 транспортных систем для крупных нейтральных, в том числе алифатических и ароматических аминокислот, для малых нейтральных – аланина, серина, треонина, для основных аминокислот – аргинина и лизина, для кислых аминокислот – аспартата и глутамата, для малых аминокислот – глицина, пролина и оксипролина. Вторичный активный транспорт основан на использовании низкой концентрации натрия внутри клеток, создаваемой Na + ,K + -АТФазой. Специфический белок-транспортер связывает на апикальной поверхности энтероцитов аминокислоту и ион натрия. Используя движение натрия по градиенту концентрации, белок переносит аминокислоту в цитозоль. Обмен аминокислот и белков 100 2. Транспорт аминокислот в комплексе с глутатионом при помощи фермента γ-глутамил- трансферазы – для нейтральных аминокислот. Переносчиком некоторых аминокислот (обычно нейтральных) по этой схеме является трипептид глутатион ( γ-глутамилцистеилглицин). При взаимодействии глутатиона с аминокислотой на внешней стороне клеточной мембраны при участии глутамилтрансферазы. γ-глутамильный остаток связывает аминокислоту и происходит ее перемещение внутрь клетки. Глутатион при этом распадается на составляющие. После отделения аминокислоты происходит ресинтез глутатиона. НАРУШЕНИЕ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕВАРИВАНИЯ БЕЛКОВ ПИЩЕВЫЕ АЛЛЕ Р Г И ИВ раннем постнатальном периоде (у новорожденных и до 2-3 месяцев) проницаемость стенки кишечника у детей даже в норме повышена. Такая особенность обеспечивает проникновение антител молозива и материнского молока в кровь ребенка и создает младенцу пассивный иммунитет. Молозиво также содержит ингибитор трипсина, предохраняющий иммуноглобулины от быстрого гидролиза. Однако при наличии неблагоприятных обстоятельств (гиповитаминозы, индивидуальные особенности, неправильное питание) нарушается нормальная проницаемость кишечной стенки и создается повышенный поток в кровь младенца пептидов коровьего молока, яиц и других – развивается пищевая аллергия. Аналогичная ситуация может наблюдаться у старших детей и взрослых при нарушениях желчевыделения, при гельминтозах, дисбактериозах, поражении слизистой оболочки кишечника токсинами и т.п. Оздоровление желудочно-кишечного тракта и восстановление целостности его стенки существенно облегчает лечение аллергий и атопических дерматитов www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии ЦЕЛИ АКИ Я Целиакия – наследственное прогрессирующее заболевание, приводящее к изменениям в тощей кишке воспалению и сглаживанию слизистой оболочки, исчезновению ворсинок, атрофии щеточной каемки и появлению кубовидных энтероцитов. Причиной является врожденная непереносимость белка клейковины злаков глютена, или точнее – его растворимой фракции глиадина. Заболевание проявляется после введения в рацион младенца глиадин- содержащих продуктов, в первую очередь манной каши. Патогенез заболевания до сих пор не выяснен, имеются гипотеза о прямом токсическом воздействии на стенку кишечника и гипотеза иммунного ответа на белок в стенке кишки. ГНИЕНИЕ БЕЛКОВ В КИШЕЧНИКЕ bПри ухудшении всасывания аминокислот, при избытке белковой пищи, при нарушении деятельности пищеварительных желез недопереваренные фрагменты белков достигают толстого кишечника, где подвергаются воздействию кишечной микрофлоры. Этот процесс получил название гниение белков в кишечнике. При этом образуются продукты разложения аминокислот, представляющие собой как токсины (кадаверин, путресцин, крезол, фенол, скатол, индол, пиперидин, пирролидин, сероводород и метилмеркаптан (СН 3 SН)), таки ней- ромедиаторы (серотонин, гистамин, октопамин, тирамин). Гниение белков также активируется при снижении перистальтики кишечника (запоры. Обмен аминокислот и белков ДЕТОК СИ КА Ц ИОННЫЕ СИСТЕМЫ ПЕЧЕНИ В печени происходит обезвреживание токсических веществ, поступающих из толстого кишечника, с помощью двух систем система микросомального окисления, система конъюгации. Цель и суть работы систем обезвреживания заключается в маскировке токсичных групп (например, в феноле токсична ОН-группа) и/или в придании гидрофильности молекуле, что способствует ее выведению с мочой и отсутствию накопления в нервной и жировой ткани. МИ КР ОС ОМА ЛЬ НО Е ОКИСЛЕНИЕ bМикросомальное окисление – это последовательность реакций с участием оксигеназ и НАДФН , приводящих к внедрению атома кислорода в состав неполярной молекулы и появлению у нее гидрофильности. Реакции осуществляются несколькими ферментами, расположенными на мембранах эндоплазматического ретикулума (в случае in vitro они называются микросомальные мембраны. Ферменты организуют короткую цепь, которая заканчивается цитохромом P 450 . Цитохром Р включает один атом кислорода в молекулу субстрата, а другой – в молекулу воды Тимин О.А. Лекции по биологической химии Субстрат окисления необязательно является чужеродным веществом (ксенобиотиком). Микросомальному окислению также подвергаются предшественники желчных кислот и стероидных гормонов и другие метаболиты. КОНЪЮГАЦИЯ bДля маскировки токсичных групп и придания большей гидрофильности молекуле существует процесс конъюгации, те. ее связывания сочень полярным соединением – таким соединением являются глутатион, серная, глюкуроновая, уксусная кислоты, глицин, глутамин. В клетках они часто находятся в связанном состоянии, например серная кислота связана с 3'-фосфоаденозин-5'-фосфатом и образует фосфоаденозин- фосфосульфат (ФАФС), o глюкуроновая кислота связана с уридилдифосфорной кислотой и образует уридилди- фосфоглюкуроновую кислоту (УДФГК), уксусная кислота находится в виде ацетил. ОБРАЗОВАНИЕ ЖИВОТНОГО ИНД ИК АН А Примером реакций обезвреживания веществ является превращение индола в животный индикан. Сначала индол окисляется с участием цитохрома Р до индоксила, затем конъю- гирует с серной кислотой с образованием индоксилсульфата и далее калиевой соли – животного индикана. При повышенном поступлении индола из толстого кишечника образование индикана в печени усиливается, далее он поступает в почки и выводится с мочой. По концентрации животного индикана в моче можно судить об интенсивности процессов гниения белка в кишечнике Обмен аминокислот и белков ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ОБМЕНАМИ НО КИСЛОТ СУДЬБА АМИНОКИСЛОТ В КЛЕТКЕ bСуществуют три источника аминокислот в клетке – поступление из крови, распад собственных внутриклеточных белков и синтез заменимых аминокислот. Путь дальнейшего превращения аминокислот зависит от вида и функции клетки, условий ее существования и гормональных влияний. Реакции превращения аминокислот в клетке условно разделяют натри части, в зависимости от реагирующей группы по радикалу, по карбоксильной группе, с участием аминогруппы. ПРЕВРАЩЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ ПОРА ДИКА Л У В организме присутствует 20 протеиногенных и еще больше непротеиногенных аминокислот. Соответственно, существует аналогичное количество специфических путей для их катаболизма. Но, тем не менее, все эти пути сливаются и сходятся к 6 продуктам, которые вступают в ЦТК и здесь полностью окисляются до углекислого газа и воды с выделением энергии. Из общего количества энергии, образующейся в организме, на долю аминокислот приходится около 10%. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии При определенных условиях углеродный скелет аминокислот не распадается, а участвует в синтезе углеводов (глюкогенные аминокислоты) и липидов (кетогенные аминокислоты. К глюкогенным относятся аминокислоты (их большинство, при распаде которых образуются пируват и метаболиты ЦТК, например, оксалоацетат или α-кетоглутарат. Кетогенными являются лизин и лейцин, при их окислении образуется исключительно ацетил-SКоА. Он принимает участие в синтезе кетоновых тел, жирных кислот и холестерола. Также выделяют небольшую группу смешанных аминокислот, из них образуется пи- руват, метаболиты ЦТК и ацетил-SКоА (фенилаланин, тирозин, изолейцин, триптофан. ПРЕВРАЩЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ ПОКА Р БОКС ИЛЬНОЙ ГРУППЕ bТакое превращение связано с удалением карбоксильной группы от аминокислоты и образованием биогенных аминов. Г ИСТАМИН Реакция образования гистамина наиболее активно идет в тучных клетках легких, кожи, печени, базофилах и эозинофилах. В них гистамин синтезируется и накапливается в секреторных гранулах. Обмен аминокислот и белков В кровь гистамин выделяется при повреждении ткани, при ударе, при электрическом раздражении. В клинической практике секреция гистамина обычно связана с аллергиями – при повторном попадании антигена в ранее сенсибилизированный организм развивается аллергическая реакция. Физиологические эффекты 1. Расширение артериол и капилляров и, как следствие, покраснение кожи, снижение артериального давления 2. Повышение проницаемости стенки капилляров и, как следствие, выход жидкости в межклеточное пространство (отечность, снижение артериального давления 3. Если п.п.1 и 2 наблюдаются в головном мозге – повышение внутричерепного давления 4. Увеличивает тонус гладких мышц бронхов, как следствие – спазм и удушье 5. Слабо повышает тонус мышц желудочно-кишечного тракта 6. Стимулирует секрецию слюны и желудочного сока. С ЕРОТОНИН Серотонин активно синтезируется в тучных клетках кожи, легких, печени, в селезенке, ЦНС. Физиологические эффекты 1. Стимулирует сокращение гладких мышц желудочно-кишечного тракта и, как следствие, повышение перистальтики ЖКТ; 2. Выражено стимулирует сокращение гладких мышц сосудов, кроме сосудов миокарда и скелетных мышц и, как следствие, повышение артериального давления 3. Слабо увеличивает тонус гладких мышц бронхов 4. В центральной нервной системе является тормозным медиатором 5. В периферических нервных окончаниях обуславливает возникновение боли и зуда (например, при укусе насекомых. Г АММА - АМИНОМАСЛЯНАЯ КИСЛОТА Синтез аминомасляной кислоты (ГАМК) происходит исключительно в центральной нервной системе – в подкорковых образованиях головного мозга. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Физиологические эффекты В центральной нервной системе ГАМК (наряду с глутаминовой кислотой) является тормозным медиатором. Наиболее высока ее роль в височной и лобной коре, гиппокампе, миндалевидных и гипоталамических ядрах, черной субстанции, ядрах мозжечка. Д ОФАМИН Синтез дофамина происходит в основном в нейронах промежуточного и среднего мозга. Физиологические эффекты Является медиатором дофаминовых рецепторов в подкорковых образованиях ЦНС, в больших дозах расширяет сосуды сердца, стимулирует частоту и силу сердечных сокращений, расширяет сосуды почек, увеличивая диурез. ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ БИОГЕННЫХ АМИНОВ Существуют два типа реакций инактивация биогенных аминов – дезаминирование и метилирование. Дезаминирование протекает с образованием свободного аммиака и с участием ФАД. Катализирует реакцию моноаминоксидаза, она обнаружена во многих тканях, но наиболее активна в печени, желудке, почках, кишечнике, нервной ткани. Метилирование биогенного амина происходит при наличии у него гидроксильной группы (дофамин, серотонин. В реакции принимает участие активная форма метионина – Обмен аминокислот и белков 108 S-аденозилметионин (SAM), образуется метилированная форма амина и S-аденозил- гомоцистеин (SАГ). ПРЕВРАЩЕНИЕ АМИНОКИСЛОТ СУЧА СТ И ЕМ АМИНОГРУППЫ bПревращение аминокислот с участием группы сводится к ее отщеплению от углеродного скелета – реакции дезаминирования. ТИПЫ ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ o внутримолекулярное – с образованием ненасыщенной жирной кислоты, восстановительное – с образованием насыщенной жирной кислоты, гидролитическое – с образованием карбоновой гидроксикислоты, окислительное – с образованием кетокислот. Окислительное дезаминирование является основным путем катаболизма аминокислот. Однако такие аминокислоты как серин и гистидин могут терять аминогруппу с использованием других типов дезаминирования, а треонин сразу подвергается прямому расщеплению до глицина и ацетальдегида. ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ Выделяют два варианта окислительного дезаминирования прямое и непрямое. Прямое окислительное дезаминирование Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH 3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода (аэробное) и не нуждаться в кислороде (анаэробное. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии 109 1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами аминокислот (оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами аминокислот оксидазы) с коферментом ФМН. В организме человека эти ферменты присутствуют, но практически неактивны. 2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой, превращающей глута- мат в α-кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных. Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот (см ниже) и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже. Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование) Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма. Первый этап заключается в обратимом переносе группы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты – этот перенос называется трансаминирование (механизм реакции см ниже. Обмен аминокислот и белков В качестве кетокислоты-акцептора (кетокислота 2") в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат. В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО и НО. При необходимости (например, голодание) углеродный скелет глюкоген- ных аминокислот может использоваться для синтеза глюкозы. Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от новообразованной аминокислоты (глутамат) – дезаминирование (также см ниже, он осуществляется глутаматдегидрогена- зой реакцию см выше. Учитывая тесную связь обоих этапов,непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование. Ниже подробно разбираются реакции трансаминирования и дезаминирования. Механизм трансаминирования Механизм реакции трансаминирования достаточно сложен. Катализируют реакцию ферменты аминотрансферазы, Они являются сложными ферментами, в качестве кофермента они имеют пиридоксальфосфат активная форма витамина В. Весь перенос аминогруппы совершается в две стадии. К пиридоксальфосфату сначала присоединяется первая аминокислота, отдает аминогруппу, превращается в кетокислоту и www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии отделяется. Аминогруппа при этом переходит на кофермент и образуется пиридоксамин- фосфат . После этого на второй стадии присоединяется другая кетокислота, получает аминогруппу, образуется новая аминокислота и пиридоксальфосфат регенерирует. Роль и превращение пиридоксальфосфата сводится к образованию промежуточных соединений шиффовых оснований (альдимин и кетимин). Впервой реакции после отщепления воды образуется иминовая связь между остатком аминокислоты и пиридоксальфосфа- том. Полученное соединение называется альдимин. Перемещение двойной связи приводит к образованию кетимина, который гидролизуется водой по месту двойной связи. От фермента отщепляется готовый продукт – кетокислота. После отщепления кетокислоты к комплексу пиридоксамин-фермент присоединяется новая кетокислота, и процесс идет в обратном порядке образуется кетимин, затем альдимин, после чего отделяется новая аминокислота. Обмен аминокислот и белков Чаще всего аминокислоты взаимодействуют со следующими кетокислотами пировиноградной (с образованием аланина, щавелевоуксусной (с образованием аспартата), α-кетоглутаровой (с образованием глутамата). Однако аланин и аспартат в дальнейшем все равно передают свою аминогруппу на α-кетоглутаровую кислоту. В тканях насчитывают около 10 аминотрансфераз, которые обладают групповой специфичностью и вовлекают в реакции все аминокислоты, кроме пролина, лизина, треонина, которые не подвергаются транс- аминированию. Таким образом, в тканях осуществляется поток избыточных аминогрупп на один общий акцептор – α-кетоглутаровую кислоту. В итоге образуется большое количество глутаминовой кислоты. Дезаминирование В организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота, и только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α-кетоглутаровой кислоты. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных) и катализирует реакцию дезаминирования глутамата. www.biokhimija.ru Тимин О.А. Лекции по биологической химии Так как НАДН используется вдыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии при помощи АДФ и ингибируется избытком АТФ и НАДН. Если реакция идет в митохондриях печени, аммиак используется для синтеза мочевины, которая в дальнейшем удаляется с мочой. В эпителии канальцев почек реакция необходима для удаления аммиака в процессе аммониегенеза. Э НЗИМОДИАГНОСТИКА С ПОМОЩЬЮ АМИНОТРАНСФЕРАЗ В медицине нашло практическое применение определение активности двух ами- нотрансфераз – аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминтрансферазы (АСТ). Хотя активность обоих ферментов значительно возрастает при заболеваниях сердечной мышцы и печени, при поражении клеток миокарда наибольшая активность в сыворотке крови обнаруживается для АСТ, при гепатитах – для АЛТ. В клинической практике определение активности АЛТ и АСТ используется для дифференциальной диагностики болезней печении миокарда, глубины поражения и контроля эффективности их лечения. Оба фермента обратимо взаимодействуют с α-кетоглутаровой кислотой и переносят на нее аминогруппы от соответствующих аминокислот с образованием глутаминовой кислоты и кетокислот. РОЛЬ ТРАНСАМИНИРОВАНИЯ И ТРАНСДЕЗАМИНИРОВАНИЯ |