Дезаминирование аминокислот это что за процесс и как определяется реакция дезаминирования непрямого

Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование – процесс удаления аминогруппы из аминокислот и выделение ее в виде аммиака. Углеродный скелет аминокислоты превращается в кетокислоту. Трансаминирование и дезаминирование протекает в клетке одновременно и часто ключевой молекулой является глутамат.

В природе известны четыре основных типа дезаминирования.

Первые три типа дезаминирования характерны для ряда микроорганизмов, иногда встречаются у растений. Для животных, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакции является окислительное дезаминирования аминокислот.

7.1. Окислительное дезаминирование аминокислот.Значение окислительного дезаминирования состоит в выделении аммиака, который используется для синтеза мочевины, и образования α-кетокислот для различных метаболических процессов: глюконеогенеза, синтеза жирных кислот, заменимых аминокислот и окисления до углекислоты и воды с образованием энергии.

1. У животных и человека процесс локализован в пероксисомах клеток, главным образом, печени и почек.

2. Реакции дезаминирования катализируется ферментами L-иD-оксидазами.

3. L- и D-оксидазы являются флавопротеинами с простетическими группами ФМНиФАД, соответственно.

4. Оксидазы L-аминокислот активны при рН 10ипри физиологических значениях рН (7,4) их активность в десять раз ниже (рис. 20.5). Поэтому прямого окислительного дезаминирования L-аминокислот в пероксисомах практически не происходит (за исключением L-лизина).

Рис. 20.5. Оксидаза L-аминокислот

5. В тканях при физиологических значениях рН активны оксидазы D-аминокислот. Но в клетках млекопитающих нет D-аминокислот. Роль оксидаз D-аминокислот не понятна. Предполагают, что эти ферменты необходимы: 1) для обезвреживания D-аминокислот, случайно проникших во внутреннюю среду организма с микроорганизмами; 2) при развитии опухолей возможно появление D-аминокислот в тканях, а, следовательно, появление аномальных белков после включения D-аминокислот в первичную структуру синтезируемых белков.

7.2. Глутаматдегидрогеназа.В митохондриях клеток обнаружена высокоактивная оксидаза L-глутаминовой кислоты. Она имеет специальное наименование – глутаматдегидрогеназа (ГлДГ).

1. Коферментами этого фермента являются НАД + и НАДФ + .

2. Реакция обратима и широко представлена в различных клетках.

3.Фермент ГлДГ играет ключевую роль во взаимосвязи метаболизма аминокислот и общего пути катаболизма. Это олигомерный фермент с мол. массой 312000 Да, состоящий из 6 субъединиц по 52000 Да каждая. Фермент активен в виде мультимера.

4. Активаторы – АДФ, ГДФ; ингибиторы – АТФ, ГТФ, НАДФвосстановленный, тироксин, эстрогены. В присутствии ингибиторов фермент подвергается химической модификации, т.е. диссоциирует на субъединицы и теряет основную активность (хотя может катализировать дезаминирование других аминокислот, например, аланина).

Процесс синтеза L-глутамата из 2-оксоглутарата и аммиака называется восстановительным аминированием (кофермент чаще НАДФН).

Если аминогруппы большинства аминокислот переносятся на 2-оксоглутаровую кислоту перед удалением, то аминогруппы серина и треонина могут прямо превращаться в NH4 + . Этот процесс прямого дезаминирования катализируется сериндегидратазой и треониндегидратазой с использованием пиридоксальфосфата в качестве простетической группы.

7.3. Непрямое дезаминирование аминокислот открыто А.Е.Браунштейном и Т.Эйлером (другое название процесса – трансдезаминирование). Процесс идет в два этапа: 1) в результате реакций трансаминирования аминные группы собираются в составе глутаминовой кислоты; 2) глутамат поступает в митохондрии, где подвергается прямому дезаминированию в глутаматдегидрогеназной реакции. 2-Оксоглутарат, образующийся при дезаминировании глутаминовой кислоты, используется в ЦТК или для синтеза глюкозы.

Обратная последовательность реакций, при которой происходит синтез аминокислот из a-кетокислот (2-оксоглутарата) и аммиака был назван трансреаминированием.

8. Обезвреживание аммиака

В пpоцессе эволюции сфоpмиpовались различные типы азотистого обмена, котоpые классифициpуются по основному конечному пpодукту: 1) аммониотелическийтип, главный конечный пpодукт – аммиак (pыбы); 2) уpикотелический тип, главный конечный пpодукт – мочевая кислота (pептилии, птицы); 3) уpеотелический тип, главный конечный пpодукт – мочевина (млекопитающие).

Подсчитано, что в состоянии азотистого pавновесия оpганизм здоpового взpос­лого человека потpебляет и выделяет около 15 г азота в сутки. Из экскpетиpу­емого с мочой количества азота на долю мочевины пpиходится 85%, кpеатинина 5%, аммонийных солей 3-6%, мочевой кислоты 1% и дpугие фоpмы 3-6%. В обpазовании мочевины и аммонийных солей главную pоль игpает аммиак.

Основные источники аммиака:

1) поступление аммиака из кишечника в поp­тальную вену;

2) тpансдезаминиpование аминокислот;

3) дезаминиpование биогенных аминов, пуpиновых и пиpимидиновых оснований;

4) дезамидиpо­ва­ние глутамина и аспаpагина;

5) окислительное дезаминиpование аминокислот.

Функции аммиака: аммиак вовлекается (непосредственно или через глутамин) в синтез многих компонентов организма: заменимые аминокислоты, пурины, пиримидины, аминосахара и т.д.

Токсичность аммиака. Несмотря на постоянную продукцию NH3 в различных тканях, его концентрация в кровотоке низкая (100-200 мкг/л). Это связано с тем, что в организме существуют эффективные механизмы транспорта и обезвреживания аммиака.

Аммиак токсичен. Он всасывается из кишечника в поpтальную венозную кpовь, где уpовень его намного выше, чем в общем кpовотоке. В ноpме печень быстpо захватывает аммиак из поpтальной кpови и кpовь, покидающая печень, пpак­тически свободна от аммиака.

Молекулярные механизмы токсичности не до конца понятны. Терминальные интоксикации аммиаком характеризуются коматозным состоянием. Поэтому основное внимание при объяснении токсичности аммиака сконцентрировано на головном мозге.

Одной из главных пpичин токсичности аммиака на молекуляpном уpовне является его способность восстановительно аминиpовать 2-оксоглутарат в глутамат и превращать глутамат в глутамин. Ферменты глутаматдегидрогенеза и глутаминсинтетаза, участвующие в этих реакциях, находятся в мозге в большой концентрации. В pезультате 2-оксоглутарат отвлекается из цикла тpикаpбоновых кислот. Это может пpи­вести: 1) к замедлению pегенеpации оксалоацетата и, как следствие, к накоплению ацетил-КоА и чеpез него к кетонемии и ацидозу; 2) к ослаблению потока пpотонов и электpонов в митохондpиальные дыхательные цепи и снижению пpодукции АТФ прежде всего для клеток головного мозга.

Снижение концентрации глутамата в результате глутаминсинтетазной реакции приводит уменьшению концентрации γ-аминомасляной кислоты, которая является важным нейромедиатором.

Поэтому в оpганизме есть системы обезвpеживания аммиака, в pезультате функциониpования котоpых в кpови поддеpживается низкая концентpация аммиака (около 0,01 ммоль/л, что в пятьсот pаз меньше концентpации глюкозы). Условно выделяют местные (вpеменное связывание) и общие (конечные) механизмы обезвpеживания аммиака.

Катаболизм аминокислот начинается с дезаминирования

У человека основным способом дезаминирования является окислительное дезаминирование . Выделяют два варианта окислительного дезаминирования: прямое и непрямое.

Прямое окислительное дезаминирование

Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода ( аэробное ) и не нуждаться в кислороде ( анаэробное ).

1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами D-аминокислот (D-оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами L-аминокислот (L-оксидазы) с коферментом ФМН.

Реакция, катализируемая оксидазами D- и L-аминокислот

2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой , превращающей глутамат в α-кетоглутарат. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных). Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже).

Реакция прямого окислительного дезаминирования
глутаминовой кислоты

В печени реакция используется для получения аммиака из его транспортной формы глутаминовой кислоты. Далее аммиак входит в реакции синтеза мочевины.

Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)

Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.

Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты при участии ферментов аминотрансфераз. Этот перенос называется трансаминирование и его механизм довольно сложен.

В качестве конечной кетокислоты-акцептора (“кетокислота 2”) в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат (“аминокислота 2”).

Схема реакции трансаминирования

В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют α-NH2-группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О.

Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от аминокислоты 2 – дезаминирование .

Т.к. в организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота , то только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α-кетоглутаровой кислоты. Этот этап осуществляется глутаматдегидрогеназой (перейти вверх к ее реакции), которая имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.

Учитывая тесную связь обоих этапов, непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование .

Схема обоих этапов трансдезаминирования

Если реакция прямого дезаминирования 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.

Так как НАДН используется в дыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАДН.

Роль трансаминирования и трансдезаминирования

  • активируются в печени, мышцах и других органах при поступлении в клетку избыточного количества тех или иных аминокислот – с целью оптимизации их соотношения,
  • обеспечивают синтез заменимых аминокислот в клетке при наличии их углеродного скелета (кетоаналога),
  • начинаются при прекращении использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма их безазотистого остатка и выработки энергии,
  • необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – для использования безазотистого остатка аминокислот в печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах – для его прямого вовлечения в реакции цикла трикарбоновых кислот.
Читайте также:  Булимия у детей это что такое: симптомы и последствия этого нарушения

При патологиях (сахарный диабет 1 типа, гиперкортицизм) реакции трансаминирования обусловливают появление субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.

Продукт трансаминирования глутаминовая кислота:

  • является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты,
  • способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его (синтез глутамина).

Процесс трансдезаминирования идет в организме непрерывно, потому что:

  • сопряженные реакции трансаминирования и дезаминирования создают поток лишнего аминного азота из периферических клеток в печень для синтеза мочевины и в почки для синтеза аммонийных солей.

21)Непрямое дезаминирование , транс-дезаминирование, химизм, биологическая роль

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования:

Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NAD + ).

Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование – основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы (рис. 9-9), что обеспечивает как катаболизм аминокислот (рис. 9-9, А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (рис. 9-9, Б).

В мышечной ткани активность глутаматдегидрогеназы низка, поэтому в этих клетках при интенсивной физической нагрузке функционирует ещё один путь непрямого дезаминирования с участием цикла ИМФ-АМФ. Вначале происходит перенос аминогруппы аминокислот на аспартат, затем на инозиновую кислоту (ИМФ) и в завершение – дезаминирование АМФ. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования:

Можно выделить 4 стадии процесса:

трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;

трансаминирование глутамата с оксалоацета-том (фермент ACT), образование аспартата;

реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;

гидролитическое дезаминирование АМФ.

Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом (см. схему А на с. 476).

Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы (см. схему Б на с. 476).

Рис. 9-8. Биологическая роль оксидазы D-аминокислот.

Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А – при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на а-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогена-зы, в результате чего получаются а-кетоглутарат и аммиак; Б – при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых а-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования а-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей а-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.

Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

22)Декарбоксилирование аминокислот.Процесс отщепления карбоксильной группы ак в виде СО2 и приводит к образованию биогенных аминов, которые оказывают фармакологическое действие на физиологические функции человека.

Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, t тела, дыхания, медиатор нервных процессов.

Дофамин- предшественник катехоламинов.

Гистамин обладает сосудорасширяющим действием. Он образуется в области воспаления, участвует в развитии аллергических реакций.

глутамат NH2 NH2 γ аминомасляная кислота (ГАМК)

ГАМК является тормозным медиатором. В лечебной практике используется при лечении эпилепсии (резкое сокращение частоты припадков).

Орнитин декарбоксилируясь дает диамин – путресцин, а лизин – кадаверин.

Дезаминирование аминокислот

Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отщепление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты реакции. Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака.

Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гис-тидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.

Рассмотрим более подробно механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии.

Первая стадия является ферментативной и завершается образованием неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который на второй стадии спонтанно без участия фермента, но в присутствии воды распадается на аммиак и α-кетокислоту.

Следует указать, что оксидазы аминокислот (L- и D-изомеров) являются сложными флавопротеинами, содержащими в качестве кофермента ФМН или ФАД, которые выполняют в этой реакции роль акцепторов двух электронов и протонов, отщепляющихся от аминокислоты. Оксидазы L-аминокислот могут содержать как ФМН, так и ФАД, а оксидазы D-аминокислот – только ФАД в качестве простетической группы. Схематически реакции окислительного дезаминирования аминокислот с участием коферментов могут быть представлены в следующем виде:

Восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут непосредственно окисляться молекулярным кислородом. При этом образуется перекись водорода, которая подвергается расщеплению под действием каталазы на воду и кислород.

Впервые в лаборатории Д. Грина из ткани печени и почек крыс была выделена оксидаза, катализирующая дезаминирование 12 природных (L-изомеров) аминокислот. Оказалось, однако, что этот фермент имеет оптимум действия в щелочной среде (рН 10,0) и при физиологических значениях рН его активность на порядок ниже, чем при рН 10,0. В тканях животных и человека отсутствует подобная среда, поэтому оксидазе L-ами-нокислот принадлежит, вероятнее всего, ограниченная роль в процессе окислительного дезаминирования природных аминокислот. В животных тканях оксидазным путем со значительно большей скоростью дезами-нируются D-изомеры аминокислот. Эти данные подтвердились после того, как из животных тканей был выделен специфический фермент оксидаза D-аминокислот, который в отличие от оксидазы L-аминокислот оказался высокоактивным при физиологических значениях рН среды. Не до конца ясным остается вопрос о том, каково значение столь активной оксидазы D-аминокислот в тканях, если поступающие с пищей белки и белки тела животных и человека состоят исключительно из природных (L-изомеров) аминокислот.

В животных тканях Г. Эйлером открыт высокоактивный при физиологических значениях рН специфический фермент (глутаматдегидрогеназа), катализирующий окислительное дезаминирование L-глутаминовой кислоты. Он является анаэробным ферментом и чрезвычайно широко распространен во всех живых объектах. В качестве кофермента глутаматдегидрогеназа содержит НАД (или НАДФ). Реакция включает анаэробную фазу дегидрирования глутаминовой кислоты с образованием промежуточного продукта – иминоглутаровой кислоты и спонтанный гидролиз последней на аммиак и α-кетоглутаровую кислоту в соответствии со следующей схемой:

Первая стадия окисления глутаминовой кислоты аналогична реакции окислительного дезаминирования. Восстановленный НАДН далее окисляется при участии флавиновых ферментов и цитохромной системы (см. главу 9) с образованием конечного продукта воды. Образовавшийся аммиак благодаря обратимости ферментативной реакции, но обязательно в присутствии восстановленного НАДФН может участвовать в синтезе глу-тамата из α-кетоглутаровой кислоты. Различают три разных типа глутаматдегидрогеназ: один из них использует в качестве кофермента как НАД, так и НАДФ (клетки животных); два других используют или НАД, или НАДФ (микроорганизмы, клетки растений и грибов), соответственно катализируя дезаминирование или биосинтез глутамата.

Глутаматдегидрогеназа животных тканей является одним из наиболее изученных ферментов азотистого обмена. Это олигомерный фермент (мол. масса 312000), состоящий из 6 субъединиц (мол. масса каждой около 52000) и проявляющий свою основную активность только в мультимерной форме. При диссоциации этой молекулы на субъединицы, наступающей легко в присутствии НАДН, ГТФ и некоторых стероидных гормонов, фермент теряет свою главную глутаматдегидрогеназную функцию, но приобретает способность дезаминировать ряд других аминокислот. Это свидетельствует об аллостерической природе глутаматдегидрогеназы, действующей как регуляторный фермент в аминокислотном обмене.

Помимо перечисленных 4 типов дезаминирования аминокислот и ферментов, катализирующих эти превращения, в животных тканях и печени человека открыты также три специфических фермента (серин- и треонин-дегидратазы и цистатионин-γ-лиаза), катализирующих неокислительное дезаминирование соответственно серина, треонина и цистеина.

Конечными продуктами реакции являются пируват и α-кетобутират, аммиак и сероводород. Поскольку указанные ферменты требуют присутствия пиридоксальфосфата в качестве кофермента, реакция неокислительного дезаминирования, вероятнее всего, протекает с образованием шиффовых оснований как промежуточных метаболитов.

Наиболее изучен фермент треониндегидратаза, которая оказалась не только аллостерическим ферментом, но наряду с триптофан-2,3-диокси-геназой и тирозинаминотрансферазой индуцибельным ферментом в животных тканях (индукция синтеза ферментов de novo является общим свойством микроорганизмов). Так, при скармливании крысам гидролизата казеина активность треониндегидратазы печени повышается почти в 300 раз. Этот синтез тормозится ингибитором белкового синтеза пуромицином. Поскольку индукция почти полностью тормозится также глюкозой пищи, треонингидратаза, по-видимому, является ответственной за глюконеогенез, так как α-кетобутират легко превращается в пируват и соответственно в глюкозу.

Непрямое дезаминирование аминокислот

Непрямое дезаминирование аминокислот

Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно глутамату. Аминогруппы таких аминокислот перносятся на ?-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования или непрямого дезаминирования. Он происходит с участием 2 ферментов аминотрансферазы и глутаматдегидрогеназы. Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование – основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм аминокислот, так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей a-кетокислоты. Обратная последовательность реакций, при которой происходит синтез аминокислот из кетокислот, получила название трансреаминирования.

Читайте также:  Десмосома и клетка - что такое межклеточные контакты и взаимодействия с помощью десмосома

В мышечной ткани активность глутаматдегидрогеназы низка, поэтому в этих клетках при интенсивной физической нагрузке функционирует еще один путь непрямого дезаминирования с участием цикла ИМФ-АМФ. Образующийся при этом аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Похожие главы из других книг

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII)

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII) Неискушенному Читателю может показаться, что элементы машины генетического кодирования описаны в предыдущей главе настолько детально, что к концу чтения он стал даже как-то утомляться, чувствуя, что несколько

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII)

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII) Неискушенному Читателю может показаться, что элементы машины генетического кодирования описаны в предыдущей главе настолько детально, что к концу чтения он стал даже как-то утомляться, чувствуя, что несколько

Активация аминокислот

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма Значение аминокислот для организма в первую очередь заключается в том, что они используются для синтеза белков, метаболизм которых занимает особое место в процессах обмена веществ между организмом и

Всасывание аминокислот.

Всасывание аминокислот. Происходит путем активного транспорта с участием переносчиков. Максимальная концентрация аминокислот в крови достигается через 30–50 мин после приема белковой пищи. Перенос через щеточную каемку осуществляется целым рядом переносчиков, многие

Наследственные нарушения транспорта аминокислот

Наследственные нарушения транспорта аминокислот Болезнь Хартнупа – нарушение всасывания триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. Так как триптофан служит исходным продуктом для синтеза витамина РР, то основные проявления болезни Хартнупа –

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника Микроорганизмы кишечника располагают набором ферментативных систем, отличных от соответствующих ферментов тканей организма человека и катализирующих самые разнообразные превращения пищевых аминокислот и не

Пути обмена аминокислот в тканях

Пути обмена аминокислот в тканях Аминокислоты – это бифункциональные соединения, содержащие аминную и карбоксильную группу. Реакции по этим группам являются общими для различных аминокислот. К ним относят:1. по аминной группе – реакции дезаминирования и

Трансаминирование аминокислот

Трансаминирование аминокислот Трансаминирование – реакции переноса a-аминогруппы с аминокислоты на a-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминонокислота. Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы. Это сложные ферменты, коферментом

Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления a-аминогруппы от аминокислоты с выделением аммиака. Различают два типа реакций дезаминирования: прямое и непрямое.Прямое дезаминирование – непосредственное отщепление аминогруппы от

Окислительное дезаминирование глутамата

Окислительное дезаминирование глутамата Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, который несколько отличается от типичных оксидаз L-аминокислот:1. в качестве кофермента содержит

Декарбоксилирование аминокислот

Декарбоксилирование аминокислот Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию. Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, нуждающимися в пиридоксальфосфате в качестве кофермента.

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот Трансаминирование и дезаминирование аминокислот ведет к образованию безазотистых углеродных скелетов аминокислот – ?-кетокислот. В состав белков входят 20 аминокислот, различающихся по строению углеводородного

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот Метаболизм метионина Метионин – незаменимая аминокислота. Метильная группа метионина – мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий

Роль печени в обмене аминокислот и белков

Роль печени в обмене аминокислот и белков Печень играет центральную роль в обмене белков и других азотсодержащих соединений. Она выполняет следующие функции:1. синтез специфических белков плазмы: – в печени синтезируется: 100 % альбуминов, 75 – 90 % ?-глобулинов, 50 %

Обмен свободных аминокислот в головном мозге

Обмен свободных аминокислот в головном мозге Аминокислоты играют важную роль в метаболизме и функционировании ЦНС. Это объясняется не только исключительной ролью аминокислот как источников синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как белки,

ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ

ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ — один из основных этапов обмена азотистых соединений; представляет собой процесс отщепления аминогруппы (NH2-группы) от органических соединений — аминокислот, аминов, аминопуринов, аминопиримидинов, их нуклеозидов и нуклеотидов и т. д., сопровождающийся замещением NH2-группы какой-либо другой. В обмене веществ человека и животных Д. играет большую роль. В животных и растительных организмах и у микроорганизмов Д. происходит в результате действия специфических ферментов. Аммиак, образующийся при Д., далее превращается в конечные продукты азотистого обмена (мочевину, мочевую к-ту и др.) или используется для синтеза новых аминокислот и других азотистых соединений, необходимых для жизнедеятельности организма (см. Азотистый обмен). Часть аммиака используется для нейтрализации образующихся в организме к-т и выводится с мочой в виде солей аммония (см. Кислотно-щелочное равновесие).

В небиол. системах Д. осуществляется действием хим. агентов, таких, как, напр., азотистая к-та или другие нитрозильные соединения. Д. аминокислот путем их окисления с образованием CO2 и соответствующих альдегидов происходит под действием O2 или H2O2 в присутствии солей тяжелых металлов, играющих роль катализаторов. Аналогичные продукты образуются в результате Д. аминокислот при их взаимодействии с хинонами, аллоксаном, изатином, нингидрином (см.). При взаимодействии азотистой к-ты с NH2-группой аминокислот и первичных (алифатических) аминов освобождается молекулярной азот:

Эта реакция положена в основу метода определения NH2-групп аминокислот и аминов по Ван-Слайку (см. Ван-Слайка методы). Ароматические амины реагируют с HNO2, образуя диазосоединения (см.).

Существует несколько типов биохим. процессов Д.

Содержание

Окислительное дезаминирование аминокислот

Одним из главных видов Д. у человека, млекопитающих и других классов животных является окислительное Д.:

Окислительное Д. может осуществляться двумя путями: прямым и непрямым (трансдезаминирование). В организме теплокровных животных прямое окислительное Д. аминокислот впервые было обнаружено и изучено Нейбауэром (О. Neubauer) и Ф. Кноопом в 1909—1911 гг. Позднее оно было воспроизведено в опытах с изолированными органами, тканевыми срезами и бесклеточными препаратами. В установлении окислительного пути Д. в тканях животных большую роль сыграли исследования Г. Кребса. Он показал наличие в печени и почках ферментной системы, катализирующей Д. аминокислот. Действие этой системы проявлялось в аэробных условиях с потреблением кислорода и образованием аммиака и кетокислот по суммарному уравнению 1. Д. природных (L-) и неприродных (D-) аминокислот протекало с различной скоростью и под действием разных ферментов, которые были названы L- и D-дезаминазами (оксидазами). Для ферментов окислительного Д. аминокислот Международной комиссией по ферментам были предложены следующие названия: оксидаза L-амино-кислот (КФ 1.4.3.2) и оксидаза D-аминокислот (КФ 1.4.3.3). Оксидаза D-аминокислот обнаружена в почках и печени животных, а также у бактерий и плесеней. Впервые фермент был выделен из почек свиньи; позднее получены его кристаллические препараты из разных источников. Эти ферменты, как правило, содержат в качестве кофермента ФАД (см. Флавопротеиды). Физиол, роль оксидазы D-аминокислот до конца не выяснена; считают, что она заключается в Д. D-аминокислот, образующихся в кишечнике из L-амино-кислот белков пищи под влиянием бактериальных ферментов—рацемаз.

В 1944 г. Грин (D. Green) и сотр. обнаружили в печени ряда животных фермент глициноксидазу, избирательно катализирующую Д. глицина (см.) с образованием глиоксиловой кислоты (см.) и аммиака. Эта оксидаза представляет собой флавопротеид, содержащий рибофлавин-фосфат (ФМН). В том же году Грин и сотр. выделили из почек крысы оксидазу L-аминокислот. В отличие от оксидазы D-аминокислот, она оказалась в физиол, условиях малоактивной и менее распространенной в природе. Оксидаза L-аминокислот (почечная) окисляла обычные монокарбоновые L-альфа-аминокислоты (кроме глицина, треонина и серина) и более активно — соответствующие L-альфа-оксикислоты; диамино- и дикарбоновые аминокислоты не дезаминировались этим ферментом. Коферментом оксидазы L-аминокислот, выделенной из почек, является ФМН. Активные оксидазы L-аминокислот получены в очищенном и кристаллическом виде из ядов и тканей змей и из микроорганизмов. Оксидаза L-аминокислот из яда змей содержит в качестве кофермента две молекулы ФАД на одну молекулу фермента. В опытах с очищенными препаратами оксидаз D- и L-аминокислот реакция протекает по уравнению:

Как in vivo, так и в опытах с неочищенными препаратами оксидаз L-и D-аминокислот, содержащих обычно в качестве примеси фермент каталазу (КФ 1.11.1.6), расщепляющую перекись водорода, процесс окислительного Д. аминокислот протекает по суммарному уравнению 1. Механизм процесса схематически может быть представлен следующими реакциями:

В первой, ферментативной, фазе реакции аминокислота отдает два водородных атома акцептору (ФАД или ФМН) и превращается в альфа-иминокислоту. Водород далее передается через систему дыхательных ферментов (см.) к конечному акцептору — кислороду, образуя H2O (см. Окисление биологическое). Во второй, самопроизвольной, фазе реакции нестойкая иминокислота гидролизуется с образованием кетокислоты и аммиака. Особые специфические флавинсодержащие оксидазы, активно дезаминирующие ароматические L-ами-нокислоты, L-диаминокислоты и глицин, обнаружены в тканях печени и почек птиц. В 1937 г. X. Эйлер-Хелыгин и сотр. впервые выделили фермент глутаматдегидрогеназу, специфически дезаминирующую L-глутаминовую к-ту до альфа-кетоглутаровой к-ты и аммиака. Этот фермент найден у человека, животных, растений и микроорганизмов. Он обнаружен почти во всех тканях млекопитающих, наиболее активен в тканях печени, почек и сердца. Его действие обратимо: в организме при физиол, условиях в присутствии альфа-кетоглутаровой к-ты и аммиака реакция направлена преимущественно в сторону синтеза глутаминовой кислоты (см.). Фермент получен из разных источников в кристаллическом виде. В его действии принимает участие НАД или НАДФ (см. Коферменты).

Читайте также:  Демпинг-синдром это какое состояние и каковы его причины: лечение и диета при демпинг-синдроме

Окислительным путем дезаминируются также амины (см.), образующиеся в организме при декарбоксилировании (см.) аминокислот. Многие амины токсичны, поэтому их Д. имеет большое физиол, значение для организма. Д. аминов протекает при участии соответствующих аминоксидаз по уравнению:

Образующиеся в этой реакции альдегиды превращаются при участии окислительных ферментов в соответствующие к-ты. Известны два основных типа аминоксидаз: моноаминоксидазы (МАО; КФ 1.4.3.4), действующие на первичные, вторичные и третичные амины (напр., изоамиламин, тирамин, адреналин, 5-окситриптамин и др.) и диаминоксидазы (КФ 1.4.3.6), действующие на гистамин, путресцин, кадаверин и др. Эти ферменты найдены в печени, почках, слизистой оболочке кишечника, плазме крови и других тканях животных и человека, а также у растений и у многих бактерий (см. Аминоксидазы, Диаминоксидаза, Моноаминоксидазы). Некоторые аминоксидазы получены в очищенном виде; одни из них относятся к флавопротеидам, а другие (гистаминаза, сперминоксидаза из плазмы крови) — к медьсодержащим протеидам, в каталитическом действии которых, вероятно, участвует пиридоксальфосфат или сходный с ним кофактор.

Непрямое окислительное Д. (транс-дезаминирование) и синтез аминокислот были впервые теоретически предсказаны советским биохимиком

А. Е. Браунштейном в 1937—1939 гг.; впоследствии эти представления были подтверждены экспериментально А. Е. Браунштейном и его сотр., а затем и исследованиями других авторов. Механизм транс дезаминирования состоит из двух последовательных ферментативных реакций. В первой происходит переаминирование (см.) аминокислоты с альфа-кетоглутаровой к-той под действием ферментов аминотрансфераз, или трансаминаз (см. Аминотрансферазы), с образованием L-глутаминовой к-ты и a-кетоаналога исходной аминокислоты. При переаминировании NH2-группа переносится от аминокислоты на альфа-кетоглутаровую к-ту без промежуточного освобождения аммиака. Коферментом трансаминаз является производное витамина B6—пиридоксальфосфат (см. Коферменты). Последний выполняет роль переносчика NH2-группы и атома водорода. Во второй реакции транс-дезаминирования L-глутаминовая к-та дезаминируется в альфа-кетоглутаровую с помощью глутаматдегидрогеназы. Наибольшая активность глутаматдегидрогеназы, важнейшего фермента аминокислотного обмена, у человека сосредоточена в печени. Трансаминазы присутствуют во всех живых клетках человека, животных, растений, микроорганизмов.

Для доказательства процесса транс-дезаминирования, протекающего в тканях животных, были проведены исследования на модельных ферментных системах, включающих очищенные препараты трансаминаз и глутаматдегидрогеназы и необходимые кофакторы. Большое значение имели также исследования, проведенные с B6-авитаминозными животными, и опыты с использованием ингибиторов реакций переаминирования и образования кетоглутаровой к-ты в клетках. Эти исследования подтвердили, что трансдезаминирование играет преимущественную роль в окислительном распаде аминокислот у млекопитающих.

Гидролитическое дезаминирование

Этот вид Д. аминокислот приводит к образованию альфа-оксикислот по суммарному уравнению 4:

Гидролитическое Д. обнаружено у плесневых грибов и некоторых бактерий. Образование оксикислот у животных наблюдали при массивных нагрузках аминокислотами. Ферменты, катализирующие этот процесс, не известны. Большинство авторов считает, что альфа-оксикислоты представляют собой продукты вторичного ферментативного восстановления кетокислот или гидратации ненасыщенных к-т. образующихся из аминокислот в результате их окислительного или внутримолекулярного Д. Путем прямого ферментативного гидролиза происходит Д. пуриновых и пиримидиновых оснований (см. Пиримидиновые основания, Пуриновые основания), нуклеозидов и нуклеотидов при участии гидролитических ферментов пурин- и пиримидиндезаминаз. Последние относительно специфичны и неравномерно распространены в природе. Некоторые из них получены в очищенном и кристаллическом виде и хорошо изучены. Д. аденина (см. Пуриновый обмен) протекает с образованием гипоксантина (см.) при участии адениндезаминазы (КФ 3.5.4.2). Этот фермент не обнаружен у высших животных и человека; он найден у насекомых, ракообразных, у растений и бактерий. Д. гуанина в ксантин (см.) происходит при действии гуаниндезаминазы (КФ 3. 5.4.3). Высокая активность этого фермента обнаружена в мозге и в эритроцитах крыс. Аналогичным путем протекает Д. нуклеозидов аденина и гуанина при участии аденозиндезаминазы (КФ 3.5.4.4.), широко распространенного в природе фермента, и гуаназиндезаминазы, фермента, найденного у микроорганизмов (псевдомонад), но не обнаруженного у животных. Д. адениловой к-ты (см. Аденозинфосфорные кислоты) наиболее хорошо изучено; фермент АМФ-дезаминаза (КФ 3.5.4.6) присутствует в больших количествах в скелетных мышцах человека и животных и практически отсутствует в гладких мышцах; найден у растений и бактерий. Фермент получен в кристаллическом виде, содержит SH-группы и ионы Zn 2+ . Необратимая реакция Д. адениловой к-ты протекает с образованием инозиновой кислоты (см. Инозиновые кислоты). В тканях животных, у дрожжей и бактерий обнаружен фермент цитозиндезаминаза (КФ 3.5.4.1), превращающий цитозин (см. Пиримидиновые основания) в уридин (см.). Описано Д. цитидина и цитидиловой к-ты, а также дезоксицитидиловой к-ты соответствующими дезаминазами.

Восстановительное дезаминирование

Этот вид Д. распространен у некоторых спороносных анаэробных бактерий из семейства Clostridium и известен под названием «реакции Стикленда». Процесс протекает по суммарному уравнению 5:

Механизм восстановительного Д. заключается в сопряженной анаэробной окислительно-восстановительной реакции между двумя аминокислотами, из которых одна выступает как донор водорода, а другая — как его акцептор. В результате обе аминокислоты дезаминируются. Напр., реакция между аланином (донор) и глицином (акцептор) складывается схематически из следующих превращений:

Аналогичные реакции наблюдали между другими парами аминокислот. В качестве продуктов реакции из пролина образуется дельта-аминовалериановая к-та, из изолейцина, лейцина, валина — альфа-метилмасляная, изовалериановая и изомасляная соответственно. Ферменты, участвующие в этом виде Д., мало изучены; механизм этого процесса нуждается в уточнении.

Внутримолекулярное дезаминирование

Процесс протекает с образованием ненасыщенной к-ты по суммарному уравнению 6:

У растений и некоторых бактерий таким путем происходит Д. L-аспарагиновой к-ты с помощью широко распространенной аспартат-аммиаклиазы (КФ 4.3.1.1; прежнее название «аспартаза»); в результате из L-аспарагиновой к-ты образуются фумаровая к-та и аммиак. Реакция обратима. Фермент был очищен и изучен; он содержит ионы Mg 2+ и SH-группы. В печени человека и животных аналогичным путем происходит Д. L-гистидина ферментом гистидин-аммиак-лиазой (КФ 4.3.1.3). Гистидин (см.) необратимо дезаминируется в бета-имидазолилакриловую (уроканиновую) к-ту. У некоторых бактерий происходит подобное Д. других аминокислот (напр., ароматических).

Некоторые бета- и гамма-оксиаминокислоты (серин, треонин) и меркаптоаминокислоты (цистеин, метионин) дезаминируются особыми путями при участии специфических ферментов.

Определение активности ферментов, катализирующих различные виды дезаминирования

Определение активности ферментов, катализирующих различные виды дезаминирования, является дополнительным диагностическим тестом при ряде заболеваний. Нарушение процессов Д. в печени и других органах и тканях человека и животных связано с изменением активности ферментов, катализирующих процессы Д. и переаминирования. При заболеваниях, связанных с белковой недостаточностью, наблюдается уменьшение активности ферментов, катализирующих окислительное Д. и переаминирование. Наиболее популярным и широко применимым методом энзимодиагностики в лабораториях и клиниках является определение активности аспартат-(КФ 2.6.1.1) и аланин- (КФ 2.6.1.2) аминотрансфераз (АсАТ и АлАТ) соответственно. Наибольшее содержание АсАТ обнаружено в сердечной мышце, затем (в убывающем порядке) в печени, скелетной мускулатуре, головном мозге, почках, семенниках. Наибольшая активность АлАТ выявлена в печени, поджелудочной железе, сердце и скелетной мускулатуре.

Активность обоих ферментов в сыворотке крови увеличивается при заболеваниях, протекающих с некрозом и повреждением тканей, гл. обр. сердечной мышцы и печени. Активность АсАТ наиболее резко возрастает при инфаркте миокарда, обычно пропорционально величине участка некроза.

При заболеваниях печени в первую очередь и значительно увеличивается активность АлАТ. Особенно резко увеличивается она при вирусном гепатите (максимум на 6—11-й день заболевания), причем активность АлАТ повышается уже в инкубационном периоде, что имеет большое диагностическое значение. Увеличивается активность АсАТ и АлАТ и при метастазах рака в печени; при механических желтухах увеличения активности аминотрансфераз в сыворотке крови не отмечали. В лабораторной диагностике используют величину отношения активности АсАТ к АлАТ. У здоровых людей величина этого коэффициента равна 1,33±0,42; у больных острым вирусным гепатитом — 0,65, при инфаркте миокарда величина коэффициента резко превышает нормальную. Гипераминотрансфераземии отмечаются также при гемолитических анемиях, панкреатитах, отравлениях и пр.

В норме активность АсАТ и АлАТ колеблется от 0,005 до 0,0182 и от 0,0028 до 0,0186 мкмолей субстрата, расщепленного 1 мл сыворотки крови в 1 мин.

Библиография: Березов Т. Т. Обмен аминокислот нормальных тканей и злокачественных опухолей, М., 1969, библиогр.; Браунштейн А. Е. Биохимия аминокислотного обмена, М., 1949, библиогр.; он же, Главные пути ассимиляции и диссимиляции азота у животных, М., 1957, библиогр.; M e i s t e г A. Biochemistry of the amino acids, v. 1—2, N. Y.—L., 1965, bibliogr.; Sallach H. J. a. F a-hien L. A. Nitrogen metabolism of amino acids, в кн.: Metabolic pathways, ed. by D. М» Greenberg, v. 3, p. 1, N. Y.—L., 1969, bibliogr.; Tabor C. W. a. T a b о г H. 1,4-diaminobutane (putrescine), spermidine, and spermine, Ann. Rev. Biochem., v. 45, p. 285, 1976, bibliogr.

Ссылка на основную публикацию