Обмен аминокислот. Обмен_АМИНОК_2020_МУДЛ. Аминокислоты альбумин Роль печени в депонировании аминокислот гидролиз белков
 Скачать 4.59 Mb.
|
|
Обмен аминокислот аминокислоты альбумин Роль печени в депонировании аминокислот гидролиз белков Белки пищи кровь гидролиз белков Превращения аминокислот в клетке Реакции поликонденсации (биосинтез белков) Реакции трансаминирования Реакции декарбоксилирования Реакции окислительного дезаминирования Все превращения аминокислот можно суммировать в виде следующей таблицы: Биосинтез белка Стадии синтеза белка Образование инициирующего комплекса; Элонгация (удлинение полипептидной цепи); Терминация (завершение синтеза); Процессинг (окончательное достраивание молекулы белка). Для синтеза белка нужна и-РНК кодон кодон кодон кодон кодон -А-Ц-Г-А-У-Г-А-У-Ц-Г-А-У-А-Ц-Г - и-РНК Для синтеза белка нужна рибосома Большая субъединица рибосомы Малая субъединица рибосомы Для синтеза белка нужны т-РНК ЦЦА -аминокислота У-А-Ц антикодон в т-РНК, соответствует кодону АУГ на И-РНК Все аминокислоты кодируются в виде троек нуклеотидов (кодонов или триплетов). Одна аминокислота может кодироваться одним триплетом (например, аминокислота метионин), двумя разными триплетами (например, фенилаланин, лейцин и др.), а также четырьмя триплетами (серин, пролин и др.). Таблица аминокислотного кода представлена на следующем рисунке.
РНК - аминокислотный код Активация аминокислот АТФ + НООС-СН-NН2 R O АМФ - C - CH - NH2 R аминоациладенилат Процесс соединения аминокислот со своими т-РНК, которые содержат антикодоны, комплементарные коду каждой аминокислоты, имеет сложный характер. Вначале аминокислота активируется с помощью АТФ. Образуется комплекс: аминокислота-АМФ под названием аминоациладенилат. НS O АМФ - C - CH - NH2 R А-Ц-Ц Фермент АРС-аза Аминоациладенилат взаимодействует с одним из двух активных центров фермента - аминоацил-РНК синтетазы (АРС-азы). Другой активный центр АРС-азы вступает в контакт с антикодоном т-РНК. В результате, аминокислота оказывается рядом с той тРНК, к которой она должна присоединяться. НS Ц-Ц-А O - C - CH - NH2 R Далее, фермент АРС-аза соединяет аминокислоту с соответствующей ей транспортной т-РНК. Теперь т-РНК, загруженная аминокислотой может направляться к рибосоме, чтобы принять участие в биосинтезе белка. рибосома Образование инициирующего комплекса. кодон кодон кодон кодон кодон ЦЦА -аминокислота т-РНК -А-Ц-Г-А-У-Г-А-У-Ц-Г-А-У-А-Ц-Г - и-РНК У-А-Ц Инициирующий комплекс состоит из рибосомы, и-РНК и первой т-РНК. Своим антикодоном т-РНК взаимодействует с комплементарным для него кодоном на и-РНК. Комплекс служит сигналом для начала синтеза белка. ЦЦА ЦЦА и-РНК Вторая т-РНК занимает место в аминоацильном центре (А) рибосомы согласно правилу комплементарности антикодона т-РНК и кодону на и-РНК. П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Оказавшись рядом с первой т-РНК, вторая т-РНК переносит к своей аминокислоте аминокислоту первой т-РНК. При этом фермент пептидилтрансфераза образует пептидную связь между двумя аминокислотами. П А СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА После этого рибосома передвигается на один кодон в сторону. При этом в аминоацильном центре (А) появляется следующий, третий кодон. Первая т-РНК, оказавшись за пределами рибосомы, удаляется. Перемеще-ние на 1 кодон П А и-РНК ЦЦА ЦЦА К освободившемуся месту на аминоацильном центре рибосомы устремляется третья т-РНК. Согласно кодону она занимает место рядом со второй т-РНК. Далее происходит перенос дипептида на третью аминокислоту. Образуется трипептид. Цикл повторяется до конца синтеза белка. П А Синтез белка продолжается до тех пор, пока в аминоацильный центр не заходит особый кодон и-РНК, сигнализирующий о завершении синтеза. Такими стоп-кодонами являются, например, УАА, УГА, УАГ. В этом случае с кодоном, вместо т-РНК, взаимодействует белок – фактор терминации. К нему присоединяется еще один белок, который отрывает цепь белка от последней т-РНК. ЦЦА УАА А-А-А-А- - А и-РНК фактор терминации БЕЛОК стоп-кодон Остановка синтеза белка фактором терминации, при попадании в А-центр стоп-кодона. П А Биосинтез белка (мультик) ЦЦА Образование инициирующего комплекса и-РНК СAP П А аминокислота ЦЦА Сборка рибосомы и-РНК СAP Большая субъединица рибосомы П А ЦЦА Сборка рибосомы и-РНК СAP Большая субъединица рибосомы П А Большая субъединица рибосомы ЦЦА Сборка рибосомы и-РНК СAP П А ЦЦА Сборка рибосомы и-РНК СAP П А ЦЦА Сборка рибосомы и-РНК СAP П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Начало синтеза белка П А ЦЦА и-РНК Начало синтеза белка П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Начало синтеза белка П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Начало синтеза белка П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Начало синтеза белка П А ЦЦА ЦЦА ЦЦА и-РНК Перенос первой аминокислоты на вторую П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Перенос первой аминокислоты на вторую П А ЦЦА ЦЦА и-РНК Образование дипептида П А ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) и-РНК П А ЦЦА ЦЦА Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) СAP и-РНК ЦЦА Удаление 1-й тРНК ЦЦА СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Удаление 1-й тРНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Удаление 1-й тРНК и-РНК ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение третьей т-РНК П А и-РНК ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение третьей т-РНК П А ЦЦА и-РНК ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение третьей т-РНК П А ЦЦА и-РНК ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение третьей т-РНК П А ЦЦА ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перенос дипептида на третью аминокислоту ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перенос дипептида на третью аминокислоту ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перенос дипептида на третью аминокислоту ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Образование трипептида ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) ЦЦА ЦЦА и-РНК П А Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение четвертой т-РНК СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Перенос трипептида на четвертую аминокислоту СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Перенос трипептида на четвертую аминокислоту СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Перенос трипептида на четвертую аминокислоту СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА Перенос трипептида на четвертую аминокислоту СAP и-РНК ЦЦА Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) ЦЦА СAP и-РНК ЦЦА Перемещение рибосомы вдоль и-РНК на один триплет (кодон) ЦЦА СAP и-РНК ЦЦА ЦЦА ЦЦА Повторение цикла элонгации. Присоединение пятой т-РНК и т. д. Стадия терминации Образовавшийся белок, потоком жидкости в эндоплазматическом ретикулуме (состоящим из трубочек), направляется в Аппарат Гольджи. В этом месте белки превращаются в сложные формы белков, путем присоединения к ним небелковых компонентов - коферментов, углеводов, нуклеотидов, фосфатов и т.д. После этого белки становятся функционально активными молекулами клетки. В аппарат Гольджи Многие белки требуют достраивания. Присоединение коферментов Присоединение углеводов Обьединение с металлами Фосфорили-рование Удаление “лишних” аминокислот или участков белка Образование четвер-тичной структуры Образование функционально-активных молекул белков Регуляция обмена белков Гормональная регуляция скорости синтеза белка Соматотропин, половые гормоны (индукторы транскрипции и биосинтеза белка); 2. Тироксин (активатор транскрипции ферментов, осуществляющих липолиз и протеолиз); 3. Инсулин (активатор транскрипции ферментов, участвующих в углеводном обмене); 4. Глюкокортикоиды (репрессоры транскрипции генов, контролирующих синтез белков и липидов. Индукторы транскрипции и биосинтеза ферментов глюконеогенеза). Влияние некоторых факторов на концентрацию и состав белков организма Доступность в белковой диете; 2. Наличие полноценных белков в продуктах; 3. Заболевания органов пищеварения; 5. Заболевания почек, печени, поджелудочной железы; 6. Гиповитаминоз (В6; фолиевой кислоты, В12). 7. Длительное применение антибиотиков. Влияние антибиотиков на биосинтез белков
Трансамини-рование аминокислот Поступающий с пищей набор аминокислот, редко соответствует их требуемому соотношению для использования клетками. Часто одних аминокислот больше чем нужно, а других меньше необходимого уровня. Для исправления этого неправильного соотношения аминокислот в клетках функционирует особый механизм, позволяющий поддерживать наиболее полное соответствие количества аминокислот с потребностями организма. Таким механизмом является реакция трансаминирования. Особое значение этот процесс имеет в период роста детей, а также после оперативных вмешательств при заживлении ран. Смысл этих биохимических реакций состоит в том, что из аминокислот, которых больше, синтезируется те, которых меньше. Следует заметить, что речь идет только о синтезе заменимых аминокислот. Например, из аминокислоты аланин, с помощью кетоглутаровой кислоты, которая образуется из глюкозы в цикле Кребса, может образовываться глутаминовая кислота. При этом аланин превращается в пировиноградную кислоту, которая используется для выработки энергии. В реакции участвует активная форма витамина В6 - фосфопиридоксаль. Фермент, который катализирует превращение аланина в глутаминовую кислоту, называется аланин-аиино-трансфераза (АЛТ или АлАТ). Фермент, который превращает аспарагиновую кислоту в глутаминовую, называется аспартатаминотрансфераза (АСТ или АсАТ). СН3 СООН СН3 СООН СНNH2 + C=О С=О + СНNH2 СООН СН2 СООН СН2 СН2 СН2 СООН СООН ФП-аль аланин оксоглутарат пируват Участие фосфопиридоксаля (В6) в реакции трансаминирования глутаминовая кислота С СН2ОН НО Н3С N Н О пиридоксаль Витамин В6 (неактивная форма витамина) С СН2О-РО3Н2 НО Н3С N Н О Фосфопиридоксаль (активная форма витамина) Н О С СН2О-РО3Н2 НО Н3С N СН2-NH2 СН2О-РО3Н2 НО Н3С N пиридоксамин-фосфат Витамин как акцептор аминогруппы пиридоксаль-фосфат + СН2 СН-NН2 СООН СН2 С = О СООН + Н О С СН2О-РО3Н2 НО Н3С N СН2-NH2 СН2О-РО3Н2 НО Н3С N Витамин как донор аминогруппы + СООН С=О СН2 СН2 СООН + СООН СН-NН2 СН2 СН2 СООН В клинической практике активность АлАТ или АсАТ часто измеряют в сыворотке крови для обнаружения цитолиза клеток при патологических процессах. Например, при воспалительных явлениях, в результате активации пероксидного окисления липидов (ПОЛ), происходит разрушение клеточных мембран в очаге патологии. Поскольку данные ферменты сосредоточены в цитоплазме клеток, то при разрушении клеточной оболочки, ферменты выходят из клеток в кровяное русло. Количество разрушенных клеток, коррелирует с размерами поврежденной ткани и соответствует количеству ферментов попадающих при этом в кровь. Таким образом, можно количественно оценить интенсивность поражения патологическим процессом в различных органах. Дни болезни Активность ферментов 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 АлАТ Динамика повышения активности АсАТ и АлАТ крови при гепатите АсАТ Декарбоксилирование аминокислот (образование биологически-активных аминов) Часть аминокислот используется организмом для получения биологически активных молекул, которые участвуют в регуляции обменных процессов. Путем удаления карбоксильной группы (декарбоксилирования) из аминокислот образуются амины (поскольку аминогруппа при этом сохраняется). Ниже приводятся примеры таких реакций, в которых получаются хорошо известные в физиологии нервной деятельности, фармакологии и при лечении эндокринных заболеваний биологически активные амины. Срок “жизни” таких молекул недолгий, они очень быстро разрушаются особыми ферментами - моноаминооксидазами. Поэтому, биологически активные амины быстро образуются, интенсивно действуют на различные биохимические процессы и очень быстро прекращают свое действие, благодаря своевременному разрушению. H2N – CН – CООН H2N – CН2 + СО2 R R Схема декарбоксилирования аминокислот Биологически активные амины N -CH2-CH-COOH NH2 NH N -CH2-CH2 NH2 NH декарбоксилаза СО2 Образование гистамина. Участвует в воспалительных реакциях. -CH2-CH-COOH NH2 NH НО- -CH2-CH2 NH2 NH НО 5-гидрокситриптамин (серотонин) декарбоксилаза СО2 Гидроксилирование и декарбоксилирование триптофана СOOH CH-NH2 CH2 CH2 COOH CH2-NH2 CH2 CH2 COOH декарбоксилаза CO2 глутаминовая кислота гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) Декарбоксилирование глутаминовой кислоты. (Продукт обладает успокаивающим действием). CH2-CH-COOH NH2 ОН ОН CH2-CH2 NH2 ОН ОН СО2 декарбоксилаза Гидроксилирование и декарбоксилирование фенилаланина, с образованием нейромедиатора. (дофамин) CH2-CH2 NH2 ОН ОН Синтез норадреналина из дофамина. CH-CH2 ОН NH2 ОН ОН НАДФН2; О2; р450 гидроксилаза норадреналин CH-CH2 ОН NH2 ОН ОН норадреналин CH-CH2 ОН NH – СН3 ОН ОН адреналин метил-фолиевая кислота; вит. В12 метионин Синтез адреналина из норадреналина. Биологически активные амины, используемые как лекарственные средства. Гистамин Триптамин Серотонин Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) Дофамин Норадреналин Адреналин Использование аминокислот в качестве исходных субстратов для выработки энергии с помощью окислительного дезаминирования. Иногда в клетках возникает необходимость в более интенсивном образовании энергии. При этом, кроме углеводов и липидов, в качестве исходного источника энергии могут служить некоторые аминокислоты. При этом из них удаляется аминогруппа (путем дезаминирования) и одновременно происходит реакция дегидрирования (отрываются атомы водорода для использования их в дыхательной цепи митохондрий (см. раздел: Биологическое окисление). Поэтому эти две реакции обозначаются таким понятием как: окислительное дезаминирование аминокислот. Реакция окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты СООН СН2 СН2 CH-NH2 COOH HАД HАДН2 +Н2О СООН СН2 СН2 C = NH COOH СООН СН2 СН2 C = О COOH + NH3 митохондрии 3 АТФ В результате окислительного дезаминирования глутаминовой, или аспарагиновой кислот образуется одна молекула НАДН2 , которая используется митохондриями для синтеза 3-х молекул АТФ. Однако, судя приведенной выше реакции, наблюдается образование аммиака (NH3), обладающего ярко выраженным токсичным влиянием на организм человека. В клетках происходят также ряд других реакций дезаминирования, в которых образуется аммиак, например, дезаминирование нуклеотидов, аминопроизводных сахаров и др. Поэтому очень важными реакциями в клетках являются те, которые обеспечивают обезвреживание аммиака с помощью превращения его в мочевину или присоединения аммиака к глутаминовой кислоте. NH3 дезаминирова-ние аминокислот дезаминирова-ние нуклеотидов окисление аминов дезаминирование аминосахаров метаболические источники аммиака в организме синтез мочевины • • Местом обезвреживания аммиака в организме ( 20 г в сутки) является печень В первой реакции аммиак с помощью угольной кислоты и энергии АТФ преобразуется в карбамоилфосфат. глутаминовая кислота α-кетоглута-ровая к-та NH3 + CO2 + 2 АТФ карбамоил-фосфат синтетаза 2АДФ H3PO4 NH2-C-OP=O O OH OH карбамоил-фосфат + NH2 CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH орнитин трансфераза H3PO4 NH2 C=O NH CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH цитруллин Аспарагиновая кислота + Карбамоил-фосфат кондесируется с аминокислотой орнитин с образованием аминокислоты цитруллин. В следующей реакции к цитруллину присоединяется аминогруппа от аспарагиновой аминокислоты. NH2-C-OP=O O OH OH карбамоил-фосфат NН2 NH2 C=NH NH CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH фумаровая к-та + АТФ аргининсукцинатсинтетаза АМФ H4P2O7 аргинин Итогом этих процессов является образование аминокислоты аргинин. NH2 CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH C=O NH2 NH2 мочевина NH2 C=NH NH CH2 CH2 CH2 CHNH2 COOH аргинин орнитин аргиназа + Н2О Из приведенной ниже схемы видно, что от аргинина путем гидролиза отщепляется мочевина и остается фрагмент молекулы – орнитин. Таким образом, мочевина образуется не сразу, а путем последовательного участия аминокислот в этом процессе. Образовавшийся орнитин вновь взаимодействует со следующим карбамоил-фосфатом и цикл синтеза мочевины повторяется. NH3 + CO2 + 2 АТФ NH2-C-OP=O O OH OH орнитин цитруллин аспарагино-вая кислота аргинин фумаро-вая к-та мочевина Орнитиновый цикл карбамоилфосфат Содержание мочевины в крови 2,5 – 8,3 ммоль/л сыворотки Диагностическая значимость определения концентрации мочевины в крови. Понижение ниже нормы наблюдается при: тяжелом заболевании печени; длительном голодании; беременности. Повышение уровня мочевины в крови наблюдается при: заболеваниях почек; избыточной белковой пищи; - ожогах и травмах. Вспомогательный, быстрый механизм связывания аммиака внутри клеток Этот пример удаления аммиака в клетках происходит в тех органах, где мочевина не может синтезироваться. Например, в мышцах или нервных клетках цикл синтеза мочевины не происходит. В этом случае, инактивация аммиака происходит с помощью глутаминовой кислоты. Фермент глутаматсинтетаза встраивает аминогруппу в карбоксильный фрагмент глутаминовой кислоты. При этом образуется амид глутаминовой кислоты - глутамин. Эта аминокислота уже не обладает токсичностью. Образование глутамина СООН СН2 СН2 CH-NH2 COOH NH3 + СОNH2 СН2 СН2 CH-NH2 COOH АТФ + + H2O глутаминовая кислота АДФ Н3РО4 глутамин С током крови глутамин поступает в печень или в почки. В печени происходит гидролиз глутамина, образуется аммиак и глутаминовая кислота. Аммиак в печени превращается в мочевину. В почках глутамин после гидролиза переходит в глутаминовую кислоту и возвращается в ткани за следующей порцией аммиака. Аммиак в почках выделяется с мочой в виде солей аммония. СООН СН2 СН2 CH-NH2 COOH NH3 СОNH2 СН2 СН2 CH-NH2 COOH + H2O глутамино-вая кислота глутамин глутаминаза моча возвраще-ние в кровь в почки Ресинтез глутаминовой кислоты в почках глутамин глутаминовая кислота NH4CI кровь органы глу NH3 моча NH2 |