БХ. Ответы к экзамену.. Предмет биохимии. Важн этапы развития. Обмен веществ и энергии. Гетеро и аутотрофы(различия по питанию,истм энергии). Катаболизм,анаболизм. Осне разделы и направления в биохимии
 Скачать 0.88 Mb.
|
|
Дезаминирование аминокислот - реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека он превращается в хорошо растворимое соединение - мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования. При дезаминировании общее количество аминокислот уменьшается, поэтому эти реакции можно рассматривать как путь катаболизма, общий для всех аминокислот. Дезаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина. Ускорение реакций дезаминирования аминокислот обычно сопровождает процесс расщепления белков в организме (протеолиз) и происходит при голодании, когда идет распад тканевых белков; сахарном диабете и других заболеваниях, также сопровождается распадом тканевых белков; поступлении с пищей больших количеств белка, так как аминокислоты не имеют какой-либо формы депонирования в организме. Существует несколько типов дезаминирования аминокислот: окислительное (глутаминовая кислота); непрямое (трансдезаминирование) для всех остальных аминокислот; неокислительное (серин и треонин); внутримолекулярное (гистидин). Окислительное дезаминирование. Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом глутаматдегидрогеназы является NAD+. Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование а-иминоглутарата, затем - неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется а-кетоглутарат. Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Этот фермент - олигомер, состоящий из 6 субъединиц. Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена. Аллостерические ингибиторы глутаматдегидрогеназы (АТФ, ГТФ, NADH) вызывают диссоциацию фермента и потерю глутаматдегидрогеназной активности. Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование α-кетоглутарата, который в свою очередь используется в ЦТК как энергетический субстрат. Глутаматдегидрогеназа может индуцироваться стероидными гормонами (кортизолом). В печени и почках обнаружен фермент оксидаза L-аминокислот, способный дезаминировать некоторые L-аминокислоты. Коферментом в данной реакции выступает FMN. Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это FAD-зависимый фермент. Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование). Аминогруппы аминокислот в результате трансаминирования переносятся на а-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент пиридоксальфосфат (ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD+). Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот, так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей а-кетокислоты. Можно выделить 4 стадии процесса: трансаминирование с а-кетоглутаратом, образование глутамата; трансаминирование глутамата с оксалоацетатом (фермент ACT), образование аспартата; реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата; гидролитическое дезаминирование АМФ. Неокислительное дезаминировате. В печени человека присутствуют специфические ферменты, катализирующие реакции дезаминирования аминокислот серина, треонина и гистидина неокислительным путём. Неокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза. Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент треониндегидратаза. Внутримолекулярное дезаминирование гистидина происходит под действием фермента гистидазы (гистидинаммиаклиазы). .Декарбоксилирование аминокислот.Роль и значение биогенных аминов в организме(ГАМК,гистамин,серотонин) Большую роль в организме человека играют непептидные азотсодержащие соединения - производные аминокислот. К ним можно отнести гормоны надпочечников (норадреналин, адреналин), щитовидной железы (тироксин, трийодтиронин), а также медиаторы ЦНС (ацетилхолин, ГАМК), медиатор воспаления (гистамин) и другие соединения. Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению α-карбоксильной группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM(S-аденозилметионин), ДОФАдигидроксифенилаланин), 5-окситриптофан. Продуктами реакции являются СО2 и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (биогенные амины). Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ). Серотони́н-один из основных нейромедиаторов. По химическому строению серотонин относится к биогенным аминам. Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-гидрокситриптофана в результате действия декарбоксилазы ароматических аминокислот. Этот фермент обладает широкой специфичностью и способен также декарбоксилировать триптофан и ДОФА. Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции. Серотонин - биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. Принимает участие в аллергических реакциях, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках. Ацетилхолин синтезируется в нервной ткани и служит одним из важнейших возбуждающих нейромедиаторов вегетативной нервной системы. Его предшественник - аминокислота серин. В нервных клетках декарбоксилирование глутамата (отщепление α-карбоксильной группы) приводит к образованию γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая служит основным тормозным медиатором высших отделов мозга. Цикл превращений ГАМК в мозге включает три сопряжённые реакции, получившие название ГАМК-шунта. Первую катализирует глутаматдекарбоксилаза, которая является пиридоксальзависимым ферментом. Эта реакция является регуляторной и обусловливает скорость образования ГАМК в клетках мозга. Продукт реакции - ГАМК. Последующие 2 реакции можно считать реакциями катаболизма ГАМК. ГАМК-аминотрансфераза, также пиридоксальзависимая, образует янтарный полуальдегид, который затем подвергается дегидрированию и превращается в янтарную кислоту. Сукцинат используется в цитратном цикле. Она увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+, что вызывает торможение нервного импульса; повышает дыхательную активность нервной ткани; улучшает кровоснабжение головного мозга. Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани. Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, воздействие эндо- и экзогенных веществ), развитии иммунных и аллергических реакций. .Основные источники аммиака в организме.Пути его обезвреживания. В результате дезаминирования(отщепления ф-аминогруппы) аминокислот освобождается большое количество аммиака. Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки и поступает в кровь воротной вены. В крови и цитозоле клеток при физиологических значениях рН аммиак переходит в ион аммония - NH4+ . Аммиак - токсичное соединение. Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глутаматдегидрогеназой, в сторону образования глугамата: а-Кетоглутарат + NADH + Н+ + NH3 → Глутамат + NAD+. Уменьшение концентрации а-кетоглутарата вызывает: - угнетение обмена аминокислот (реакции трансаминирования) и, следовательно, синтеза из них нейромедиаторов; - повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону (вызывает алкалоз). Это, в свою очередь, увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что приводит к гипоксии тканей и накоплению СО2 - высокие концентрации аммиака стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани. Накопление глутамина в клетках нервной ткани приводит к повышению осмотического давления в ней и может вызвать отёк мозга; - избыток иона аммония в крови способен нарушать трансмембранный перенос одновалентных катионов Na+ и К+ . Связывание (обезвреживание) аммиака. Универсальным механизмом обезвреживания аммиака, протекающей во всех тканях организма, является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы. Глутаминсинтетаза обладает высоким сродством к аммиаку. Фермент локализован в митохондриях, для его работы необходим кофактор - ионы Mg2+. Глутамин легко переносится через клеточные мембраны путём облегчённой диффузии и поступает из тканей в кровь. Основными поставщиками глутамина являются мышцы, мозг и печень. С током крови глутамин транспортируется в кишечник и почки. В клетках кишечника под действием фермента глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака. Образовавшийся аммиак частично удаляется через кишечник, небольшая его часть через воротную вену попадает в печень, остальная часть поступает в почки и выводится в виде солей аммония. В почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака. Этот процесс является одним из механизмов регуляции кислотно-щелочного равновесия в организме и сохранения важнейших катионов для поддержания осмотического давления. Образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммонийных солей экскретируется с мочой. Глутамин - основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений. Ещё одной реакцией обезвреживания аммиака в тканях можно считать синтез аспарагина под действием аспарагинсинтетазы. Из мышц и кишечника избыток аммиака выводится преимущественно в виде аланина. Этот механизм необходим, так как активность глутаматдегидрогеназы в мышцах невелика и непрямое дезаминирование аминокислот малоэффективно. Поэтому в мышцах существует ещё один путь выведения азота. Аминогруппы разных аминокислот посредством реакций трансаминирования переносятся на пируват, основным источником которого служит процесс окисления глюкозы. .Орнитиновый цикл синтеза мочевины.Связь орнитинового цикла с циклом Кребса.Гипераммониемии. Азот удаляется из организма почками в виде растворимых соединений: мочевина, аммонийных солей, креатинина и солей мочевой кислоты – уратов. При этом основным конечным продуктом азотистого обмена является мочевина. Мочевина секретируется только в печени.Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, состоящий из нескольких стадий, ключевым соединением которого, замыкающим цикл, является орнитин. Поэтому процесс синтеза мочевины получил название "орнитиновый цикл", или "цикл Кребса-Гензелейта". Мочевина (карбамид) - амид угольной кислоты - содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I. Далее под действием орнитинкарбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на а-аминокислоту орнитин, и образуется другая а-аминокислота - цитруллин. В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg2+. Аспартат - источник второго атома азота мочевины. Далее фермент аргининосукцинатлиаза (аргининосукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина. Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са2+ или Мn2+. Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается. Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения. Фумарат, образующийся в результате расщепления аргининосукцината, превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины. Недостаточность ферментов цикла мочевины приводит к гипераммониемии и отравлению аммиаком. К этим ферментам отнесены: карбамоилфосфат синтетаза, орнитин карбамоил трансфераза, аргининосукцинат синтетаза, аргининосукцинат лиаза, аргиназа. Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака, глутамина и аланина. .Заменимые и незаменимые аминокислоты.Биосинтез заменимых аминокислот из глюкозы. Те аминокислоты, синтез которых сложен и неэкономичен для организма,которые выгоднее получать с пищей. Такие аминокислоты называют незаменимыми. К ним относят фенилаланин, метионин, треонин, триптофан, валин, лизин, лейцин, изолейцин. Две аминокислоты - аргинин и гистидин - у взрослых образуются в достаточных количествах, однако детям для нормального роста организма необходимо дополнительное поступление этих аминокислот с пищей. Поэтому их называют частично заменимыми. Две другие аминокислоты - тирозин и цистеин - условно заменимые, так как для их синтеза необходимы незаменимые аминокислоты. Тирозин синтезируется из фенилаланина, а для образования цистеина необходим атом серы метионина. Остальные аминокислоты легко синтезируются в клетках и называются заменимыми. К ним относят глицин, аспарагиновую кислоту, аспарагин, глутаминовую кислоту, глутамин, серии, пролин, аланин. БИОСИНТЕЗ ЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТ. В организме человека возможен синтез восьми заменимых аминокислот: Ала, Асп, Асн(аспарагин), Сер, Гли, Глу, Глн(глутамин), Про. Углеродный скелет этих аминокислот образуется из глюкозы. а-Аминогруппа вводится в соответствующие а-кетокислоты в результате реакций трансаминирования. Универсальным донором а-аминогруппы служит глутамат. Путём трансаминирования а-кетокислот, образующихся из глюкозы, синтезируются аминокислоты ала,асп и глу. Глутамат также образуется при восстановительном аминировании а-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой. Эти реакции обратимы и играют большую роль как в процессе синтеза аминокислот, так и при их катаболизме.Амиды глутамин и аспарагин синтезируются из соответствующих дикарбоновых аминокислот Глу и Асп. Серин образуется из 3-фосфоглицерата - промежуточного продукта гликолиза, который окисляется до 3-фосфопирувата(дегидрогеназа) и затем трансаминируется с образованием серина(фосфатаза). Существует 2 пути синтеза глицина: 1)из серина с участием производного фолиевой кислоты в результате действия сериноксиметилтрансферазы; 2) в результате действия фермента глицинсинтазы в реакции(из СО2 и NН3). Пролин синтезируется из глутамата в цепи обратимых реакций. Эти же реакции используются и при катаболизме пролина. Частично заменимые аминокислоты Aрг и Гис синтезируются в небольших количествах, которые не отвечают потребностям организма. Гистидин синтезируется из АТФ и рибозы. Синтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла. .Обмен серина и глицина.Роль фолиевой кислоты в обмене аминокислот.Участие глицина в синтезе креатина и глутатиона. Обмен серина и глицина.Серин - заменимая аминокислота, синтезируется из промежуточного продукта гликолиза - 3-фосфоглицерата, а аминогруппу получает от глутаминовой кислоты. Глицин - также заменимая аминокислота, основным источником которой служит серии. Реакцию синтеза глицина из серина катализирует фермент сериноксиметилтрансфераза. Реакция превращения серина в глицин легко обратима. Основной путь катаболизма глицина у человека и других позвоночных также связан с использованием Н4-фолата. Эта реакция обратима и катализируется глицинсинтазой - ферментным комплексом, похожим на пируватдегидрогеназный комплекс, и локализованным в митохондриях клеток печени. Серин принимает участие в синтезе нейромедиатора ацетилхолина, фосфолипидов, аминокислот (глицин, цистеин). Глицин является нейромедиатором, а также предшественником гемма, пуриновых оснований, глутатиона. Роль фолиевой кислоты в обмене аминокислот. В превращениях серина и глицина используются коферменты - производные фолиевой кислоты. Фолиевая кислота является незаменимым пищевым веществом для человека и большинства млекопитающих. В печени фолиевая кислота превращается в Н4-фолат в две стадии с участием ферментов фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы, коферментом которых служит NADPH.Н4-фолат играет роль промежуточного переносчика одноуглеродных групп, так как способен передавать эти группы на другие соединения.Одноуглеродные фрагменты используются для синтеза как пуриновых (АТФ и ГТФ) и пиримидиновых (ТТФ) нуклеотидов которые необходимы для деления клеток и роста тканей. Дефицит фолиевой кислоты приводит к нарушению обмена одноуглеродных фрагментов и развитию мегалобластной (макроцитарная) анемии. Она характеризуется уменьшением количества эритроцитов, снижением содержания в них гемоглобина и увеличением размера эритроцитов. Глутатион содержит необычную пептидную связь между амино-группой цистеина и карбокси-группой боковой цепи глутамата. Важность глутатиона в клетке определяется его антиоксидантными свойствами,защищает клетку от таких токсичных агентов. Глутатион не является незаменимым веществом и может быть синтезирован из аминокислот L-цистеина, L-глутаминовой кислоты и глицина. Креатин — азотсодержащая карбоновая кислота,синтезируемая из 3-х аминокислот: глицина, аргинина и метионина. Эти аминокислоты - компоненты белка. У людей ферменты, вовлеченные в синтез креатина, локализуются в печени, поджелудочной железе и почках. Креатин может быть произведен в любом из этих органов, и затем транспортирован кровью в мышцы. .Особенности обмена метионина.Синтез фосфатидилхолина.,карнитина,креатина и креатинфосфата.Образование цистеина из метионина. |