Механизмы переваривание и всасывания белков и аминокислот

Механизм переаминирования

Вначале, АК передает свою аминогруппу на пиродоксальфосфат. АК при этом превращается в кетокислоту, а пиродоксальфосфат - в пиридоксаминфосфат. Затем, реакции идут в обратную сторону: но уже другая кетокислота, принимает аминогруппу от пиридоксаминфосфата и превращается в новую АК, а пиридоксаминфосфат в пиродоксальфосфат.



Органоспецифичные аминотрансферазы АЛТ и АСТ

Чаще всего в трансаминировании участвуют АК и кетокислоты, которых много в организме -- глу, ала, асп, б-КГ, ПВК и ЩУК. Основным донором аминогруппы служит глу, а кетогруппы - б-КГ.

Наиболее распространёнными аминотрансферазами в большинстве тканей млекопитающих являются аланинаминотрансфераза (АЛТ) и аспартатаминотрансфераза (ACT).

АЛТ катализирует реакцию трансаминирования между ала и б-КГ: ала+б-КГ-ПВК+глу АЛТ локализуется в цитозоле клеток многих органов, больше всего ее в клетках печени и миокарде.

ACT катализирует реакцию трансаминирования между асп и б-КГ: асп+б-КГ-ЩУК+глу

ACT имеет как цитоплазматическую, так и митохондриальную формы. Наибольшее ее количество обнаружено в миокарде и печени.

АСТ и АЛТ являются органоспецифичными ферментами, их определяют в крови для диагностики заболеваний печени, сердца и, в меньшей степени, скелетных мышц. Соотношение активностей АСТ/АЛТ называют «коэффициент де Ритиса». В норме он равен 1,33±0,42.

При инфаркте миокарда активность ACT в крови увеличивается в 8--10 раз, а АЛТ -- в 1,5--2,0 раза, коэффициент де Ритиса резко возрастает.

При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в - 8--10 раз по сравнению с нормой, a ACT -- в 2--4 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0,6.

Биологическое значение трансаминирования

Реакции трансаминирования обеспечивают синтез и распад амино- и кетокислот, перераспределение аминного азота в тканях организма.

ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Дезаминирование АК -- реакция отщепления б-аминогруппы от АК, в результате чего образуется соответствующая б-кетокислота и выделяется молекула аммиака.

Дезаминирование бывает прямым и непрямым.

Прямое дезаминирование АК

Прямое дезаминирование - это дезаминирование, которое происходит в 1 стадию с участием одного фермента. Прямому дезаминированию повергаются глу, гис, сер, тре, цис.

Существует 5 видов прямого дезаминирования АК:

1. окислительное;

2. неокислительное;

3. внутримолекулярное;

4. восстановительное;

5. гидролитическое.

Окислительное дезаминирование - самый активный вид прямого дезаминирования АК.

1. Глутаматдегидрогеназа (глу-ДГ) - олигомер, состоящий из 6 субъединиц (молекулярная масса 312 кД), содержит кофермент НАД⁺. Глу-ДГ катализирует обратимое дезаминирование глу, очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Глу-ДГ аллостерически ингибируют АТФ, ГТФ, НАДH₂, активирует избыток АДФ. Индуцируется Глу-ДГ стероидными гормонами (кортизолом).

Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование б-иминоглутарата, затем -- неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется б-кетоглутарат. При избытке аммиака реакция протекает в обратном направлении (как восстановительное аминирование б-кетоглутарата).

Глу + НАД⁺ + Н₂О - б-КГ + НАДН₂ + NH₃

2. Оксидаза L-аминокислот

В печени и почках есть оксидаза L-АК, способная дезаминировать некоторые L-аминокислоты:

Оксидаза L-АК имеет кофермент ФМН. Т.к. оптимум рН оксидазы L-АК равен 10,0, активность фермента очень низка и вклад ее в дезаминирование незначителен.

3. Оксидаза D-аминокислот

Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это ФАД-зависимый фермент, с оптимумом рН в нейтральной среде. Оксидаза D-аминокислот превращает, спонтанно образующиеся из L-аминокислот, D-аминокислоты в кетокислоты.



Неокислительное дезаминирование

В печени человека присутствуют специфические пиридоксальфосфатзависимые ферменты сериндегидратаза, треониндегидратаза, катализирующие реакции неокислительного дезаминирования аминокислот серина и треонина.

Внутримолекулярное дезаминирование

Внутримолекулярное дезаминирование характерно для гистидина. Реакцию катализирует гистидаза (гистидин-аммиаклиаза). Эта реакция происходит только в печени и коже.



Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование) АК

Непрямое дезаминирование - это дезаминирование, которое происходит в 2 стадий с участием нескольких ферментов. Оно характерно для большинства АК, так как они не способны к прямому дезаминированию (нет ферментов).

На первой стадии происходит одна и несколько реакций переаминирования с участием аминотрансфераз, в результате аминогруппа АК переходит на кетосоединение (б-КГ, ИМФ).

На второй стадии происходит реакция дезаминирования аминосоединения (глу, АМФ), в результате чего образуется аммиак.

Последовательность реакций непрямого дезаминирования зависит от набора ферментов в тканях.

Непрямое дезаминирование в печени

Непрямое дезаминирование АК происходит при участии 2 ферментов: аминотрансферазы и глу-ДГ. Аминогруппы АК в результате трансаминирования переносятся на б-КГ с образованием глутамата, который затем подвергается прямому окислительному дезаминированию.

Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы, что обеспечивает как катаболизм АК, так и возможность образования практически любой АК из соответствующей б-кетокислоты.

При энергодефиците АДФ активирует Глу-ДГ, что усиливает катаболизм АК и образование а-кетоглутарата, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат.

Таким образом, Глу-ДГ играет ключевую роль в регуляции обмена АК и энергии.

Непрямое дезаминирование в мышцах (и нервной ткани)

В мышечной ткани активность глу-ДГ низка, поэтому при интенсивной физической нагрузке функционирует ещё один путь непрямого дезаминирования с участием цикла ИМФ-АМФ.

Можно выделить 4 стадии этого процесса:

1. трансаминирование с а-кетоглутаратом, образование глутамата (аминотрансфераза);

2. трансаминирование глутамата с ЩУК, образование аспартата (АСТ);

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

4. гидролитическое дезаминирование АМФ (АМФ-дезаминаза).

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.

Пути обмена безазотистого остатка аминокислот

За сутки у человека распадаются примерно 100г АК. Катаболизм всех АК сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: ПВК, ацетил-КоА, б-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и ЩУК. Эти вещества окисляются в ЦТК для образования АТФ или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.



Гликогенные аминокислоты - АК, которые превращаются в ПВК и промежуточные продукты ЦТК (а-КГ, сукцинил-КоА, фумарат, ЩУК). Они через ЩУК, используются в глюконеогенезе (ала, асн, асп, гли, глу, глн, про, сер, цис, арг, гис, вал, мет, тре).

Кетогенные аминокислоты - АК, которые в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел.

Смешанные (глико-кетогенными) аминокислоты - АК, при катаболизме которых образуются метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Эти АК используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел.

ОБМЕН АММИАКА

Аммиак в организме образуется:

· при дезаминировании АК во всех тканях (много);

· при дезаминировании биогенных аминов и нуклеотидов во всех тканях (мало);

· при дезаминировании АМФ в интенсивно работающей мышце;

· при гниении белков в кишечнике.

Концентрация аммиака

Концентрация аммиака в сыворотке крови в норме 11--35 мкмоль/л. В крови и цитозоле клеток при физиологических значениях рН аммиак переходит в ион аммония -- NH₄⁺, количество неионизированного NH₃ невелико (~ 1%).

Токсичность аммиака

Аммиак -- токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и, прежде всего на ЦНС.

Механизм токсического действия аммиака:

1. Аммиак легко проникает через мембраны в клетки и в митохондриях сдвигает реакцию, катализируемую глу-ДГ, в сторону образования глу:

б-Кетоглутарат + НАДH₂ + NH₃ > глу + НАД⁺.

Уменьшение концентрации б-кетоглутарата вызывает:

· угнетение реакции трансаминирования АК и снижение синтеза из них нейромедиаторов (ацетилхолина, дофамина и др.);

· снижения скорости ЦТК и развитие энергодефицита.

Недостаточность б-кетоглутарата ускоряет реакции синтеза ЩУК из ПВК, сопровождающейся интенсивным потреблением СО₂ (особенно характерны для клеток головного мозга).

2. Повышение концентрации аммиака в крови сдвигает рН в щелочную сторону, вызывает алкалоз. Алкалоз увеличивает сродство гемоглобина к кислороду, что препятствует отдачи им кислорода. В результате развивается гипоксия тканей, энергодефицит, от которого главным образом страдает головной мозг.

3. Высокие концентрации аммиака, при участии глутаминсинтетазы, стимулируют синтез глутамина из глутамата в нервной ткани:

4. Глу + NH₃ + АТФ > Глн + АДФ + Н₃РО₄. Накопление глн в клетках нейроглии приводит к повышению в них осмотического давления, набуханию астроцитов и в больших концентрациях вызвает отёк мозга. Снижение концентрации глу нарушает обмен АК и нейромедиаторов, в частности синтез г-аминомасляной кислоты (ГАМК), основного тормозного медиатора. При недостатке ГАМК и других медиаторов нарушается проведение нервного импульса, возникают судороги.

5. Ион NH₄⁺ практически не проникает через цитоплазматические и митохондриальные мембраны. Избыток NH₄⁺ в крови нарушает трансмембранный перенос одновалентных катионов Na⁺ и К⁺, конкурируя с ними за ионные каналы, что также влияет на проведение нервных импульсов.

6. Низкие концентрации аммиака стимулируют дыхательный центр, а высокие - угнетают.

Связывание (обезвреживание) аммиака

В связи с токсичностью аммиака в тканях происходит его связывание с образованием нетоксичных соединений - АК и мочевины. Процесс образования и обезвреживания аммиака регулируют в основном ферменты глутаматдегидрогеназа и глутаминсинтетаза.

Обмен глутамата

В мозге и некоторых других органах может протекать восстановительное аминирование б-кетоглутарата под действием глутаматдегидрогеназы, катализирующей обратимую реакцию.

Однако этот путь обезвреживания аммиака в тканях используется слабо, так как глутаматдегидрогеназа катализирует преимущественно реакцию дезаминирования глутамата. Хотя, если учитывать последующее образование глутамина, реакция выгодна для клеток, так как способствует связыванию сразу 2 молекул NH₃.

Обмен глутамина

Основной реакцией связывания аммиака, протекающей во всех тканях организма (основные поставщики мышцы, мозг и печень), является синтез глутамина под действием глутаминсинтетазы:

Глутаминсинтетаза находиться в митохондриях клеток, содержит кофактор -- ионы Mg²⁺, является одним из основных регуляторных ферментов обмена АК. Она аллостерически ингибируется АМФ, глюкозо-6ф, гли, ала и гис.

Глутамин, путём облегчённой диффузии, легко проходит клеточные мембраны (для глутамата возможен только активный транспорт), поступает из тканей в кровь и транспортируется в кишечник и почки.

В почках происходит гидролиз глутамина под действием глутаминазы с образованием аммиака:

Аммиак с протонами и анионами образует соли аммония (0,5 г/сут), которые выделяются с мочой. Этот процесс используется для регуляции КОС и сохранения в организме важнейших катионов Na⁺ и К⁺. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, ингибируется при алкалозе.

В клетках кишечника также под действием глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака:

Образовавшийся аммиак поступает через воротную вену в печень или удаляется из организма с фекалиями.

Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин -- основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений.

Обмен аспарагина

Обезвреживание аммиака в тканях происходит незначительно при синтезе аспарагина под действием глутаминзависимой и аммиакзависимой аспарагинсинтетазы.

Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных.

Обмен аланина

Из мышц и кишечника избыток аминого азота выводится преимущественно в виде аланина.

В кишечнике:

Глутамат подвергается трансаминированию с ПВК с образованием аланина и б-кетоглутарата. Аланин поступает из кишечника в кровь воротной вены и поглощается печенью.

В мышцах:

Образование аланина в мышцах, его перенос в печень связан с обратным переносом в мышцы синтезированной в печени глюкозы. Этот процесс называется глюкозо-аланиновый цикл:

Он необходим, так как активность глу-ДГ в мышцах невелика и непрямое дезаминирование АК малоэффективно.

Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада АК. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак идет на синтез мочевины, а ПВК включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до ПВК.

2.4 Орнитиновый цикл

Большая часть свободного аммиака, а также аминного азота в составе АК (в основном глутамин, аланин) поступают в печень, где из них синтезируется нетоксичное и хорошо растворимое в воде соединение -- мочевина. Мочевина является основной формой выведения азота из организма человека.

Синтез мочевины происходит в цикле, который замыкается орнитином. Цикл открыли в 40-х годах XX века немецкие биохимики Г. Кребс и К. Гензелейт.

Мочевина (карбамид) -- полный амид угольной кислоты -- содержит 2 атома азота, один из аммиака, другой - из асп.

Реакции орнитинового цикла

Предварительно в митохондриях под действием карбамоилфосфатсинтетазы I с затратой 2 АТФ аммиак связывается с СО₂ с образованием карбамоилфосфата:

(Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе пиримидиновых нуклеотидов).

1. В митохондриях орнитинкарбамоилтрансфераза переносит карбамоильную группу карбамоилфосфата на орнитин, образуется цитруллин



2. В цитозоле аргининосукцинатсинтетаза с затратой 1 АТФ (двух макроэргических связей) связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарная кислота). Фермент нуждается в Mg²⁺. Аспартат -- источник второго атома азота мочевины.

3. В цитозоле аргининосукцинатлиаза (аргининсукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат (аминогруппа аспартата оказывается в аргинине).

4. В цитозоле аргиназа гидролизует аргинин на орнитин и мочевину. У аргиназы кофакторы ионы Са²⁺ или Мn²⁺, ингибиторы - высокие концентрации орнитина и лизина.



Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.

Регенерация аспартата из фумарата

Фумарат, образующийся в орнитиновом цикле, в цитозоле превращается в ЩУК, который переаминируется с аланином или глутаматом с образованием аспартата. Аланин поступает главным образом из мышц и клеток кишечника:

Малат может направиться в митохондрии и включиться в ЦТК.

Пируват, образующийся в этих реакциях из аланина, используется для глюконеогенеза.

Общее уравнение синтеза мочевины:

CO₂ + NH₃ + асп + 3 АТФ + 2 Н₂О > мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + ФФн



Энергетический баланс орнитинового цикла

На синтез 1 мочевины расходуются 4 макроэргических связи 3 АТФ. Дополнительные затраты энергии связаны с трансмембранным переносом веществ и экскрецией мочевины. Энергозатраты при этом частично компенсируются:

· при окислительном дезаминировании глутамата образуется 1 молекула НАДН₂, которая обеспечивает синтез 3 АТФ;

· в ЦТК, при превращении малата в ЩУК образуется еще 1 молекула НАДН₂, которая также обеспечивает синтез 3 АТФ;

Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции:

1. превращение азота АК в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака;

2. синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.

Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в гепатоцитах. Отдельные же ферменты орнитинового цикла обнаруживаются в разных тканях. В энтероцитах, есть карбамоилфосфатсинтетаза I и орнитинкарбамоилтрансфераза, следовательно, может синтезироваться цитруллин. В почках есть аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза. Цитруллин, образовавшийся в энтероцитах, может поступать в почки и превращаться там в аргинин, который переносится в печень и гидролизуется аргиназой. Активность этих рассеянных по разным органам ферментов значительно ниже, чем в печени.

Выделение азота из организма

Азот выводиться из организма с мочой, калом, потом и с выдыхаемым воздухом в виде различных соединений. Основная масса азота выделяется из организма с мочой в виде мочевины (до 90%). В норме соотношение азотсодержащих веществ в моче составляет: мочевина 86%, креатинин 5%, аммиак 3%, мочевая кислота 1,5% и другие вещества 4,5%. Экскреция мочевины в норме составляет 25 г/сут, солей аммония 0,5 г/сут.

2.5 Гипераммониемия

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови -- гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм.

Причинами гипераммониемии могут быть:

1. генетические дефекты ферментов орнитинового цикла в печени;

2. вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита или других заболеваний.

Известны пять наследственных заболеваний, обусловленные дефектом пяти ферментов орнитинового цикла.

Наследственные нарушения орнитинового цикла, их проявления

Заболевание	Дефект фермента	Тип наследования	Клинические проявления	Метаболиты
				кровь	моча
Гиперам-мониемия, тип I	Карбамоил-фосфат-синтетаза I	Аутосомно-рецессивный	В течение 24-48 ч после рождения кома, смерть	Глн Ала NH3	Оротат
Гиперам-мониемия, тип II	Орнитин-карбамоил-трансфераза	Сцепленный с Х-хромосомой	Гипотония, снижение толерантности к белкам	Глн Ала NH3	Оротат
Цитрул-линемия	Аргинино-сукцинат-синтетаза	Аутосомно-рецессивный	Гипераммониемия тяжёлая у новорождённых. У взрослых -- после белковой нагрузки	Цитруллин NH3	Цитруллин
Аргинино-сукцина-турия	Аргинино-сукцинатлиаза	Аутосомно-рецессивный	Гипераммониемия, атаксия, судороги, выпадение волос	Аргини-носукцинат NH3	Аргини-носукци-нат, Глн, Ала, Лиз
Гиперар-гининемия	Аргиназа	Аутосомно-рецессивный	Гипераргининемия	Apг NH3	Apг Лиз Орнитин

Снижение активности какого-либо фермента синтеза мочевины приводит к накоплению в крови субстрата данного фермента и его предшественников.

При гипераммониемиях I и II типа происходит накопление карбамоилфосфата в митохондриях и выход его в цитозоль. Это вызывает увеличение скорости синтеза пиримидиновых нуклеотидов (вследствие активации карбамоилфосфатсинтетазы II), что приводит к накоплению оротата, уридина и урацила и выведению их с мочой.

Тяжесть течения заболевания зависит также от степени снижения активности ферментов.

Все нарушения орнитинового цикла приводят к значительному повышению в крови концентрации аммиака (до 6000 мкмоль/л), глутамина и аланина.

Гипераммониемия сопровождается появлением следующих симптомов:

· тошнота, повторяющаяся рвота;

· головокружение, тремор, судорожные припадки;

· нечленораздельная речь;

· потеря сознания, отёк мозга (в тяжёлых случаях);

· отставание умственного развития (при хронической врождённой форме).

· В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом.

Все симптомы гипераммониемии -- проявление действия аммиака на ЦНС.

Для диагностики различных типов гипераммониемии производят определение содержания аммиака в крови, метаболитов орнитинового цикла в крови и моче, активности фермента в биоптатах печени.

Лечение больных с различными дефектами орнитинового цикла в основном направлено на снижение концентрации аммиака в крови за счёт малобелковой диеты, введения кетоаналогов АК в рацион и стимуляцию выведения аммиака в обход нарушенных реакций:

· путём связывания и выведения NH₃ в составе фенилацетилглутамина и гиппуровой кислоты. Пищевой фенилацетат при конъюгации с глутамином образует фенилацетилглутамин, а пищевой бензоат при конъюгации с глицином образует гиппуровую кислоту, которые потом выводится с мочой;

· повышением концентрации промежуточных метаболитов цикла (аргинина, цитруллина, глутамата), образующихся вне блокируемых реакций. Введение больших доз цитруллина стимулирует синтез мочевины из аспартата. Большие дозы аргинина стимулируют регенерацию орнитина и выведение азота в составе цитруллина и аргининосукцината.

Обмен аминокислот и аммиака между тканями

Печень

В печень азот поступает в основном в виде аммиака, глутамина, аланина, а меньше в виде других АК в основном из мышц и кишечника. Поглощает АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Синтезирует глюкозу в основном из аланина и серина.

Мышцы

Поглощают АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Выделяют много аланина и глутамина меньше других АК.

Кишечник

Поглощает глутамин. Выделяет много аланина. С пищей из кишечника поступают все аминокислоты.

Мозг

Поглощает много АК с разветвленной цепью (вал, лей, иле). Выделяет много глутамина.

Почки

Поглощают глутамин. Выделяют много серина и немного аланина.

2.6 Декарбоксилирование аминокислот и их производных

Некоторые АК и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению б-карбоксильной группы. У млекопитающих декарбоксилируются: три, тир, вал, гис, глу, цис, арг, орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и т.д. Реакцию необратимо катализируют декарбоксилазы, которые содержат в активном центре пиридоксальфосфат. Механизм реакции похож на реакцию переаминирования.

Продуктами реакции являются СО₂ и биогенные амины, выполняющие регуляторные функции (гормоны, тканевые гормоны, нейромедиаторы).

Серотонин

Серотонин образуется из три в надпочечниках, ЦНС и тучных клетках.

Серотонин - возбуждающий нейромедиатор средних отделов мозга (проводящих путей) и гормон. Стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, вазоконстриктор, регулирует АД, температуру тела, дыхание, антидепрессант.

ГАМК

ГАМК образуется и разрушается в ГАМК-шунте ЦТК в высших отдела мозга. Он имеет очень высокую концентрацию.

ГАМК - тормозной нейромедиатор (повышает проницаемость постсинаптических мембран для К⁺), повышает дыхательную активность нервной ткани, улучшает кровоснабжение головного мозга.

Гистамин

Гистамин образуется в тучных клетках. Секретируется в кровь при повреждении ткани, развитии иммунных и аллергических реакций.

Гистамин - медиатор воспаления, аллергических реакций, пищеварительный гормон:

1. стимулирует секрецию желудочного сока, слюны;

2. повышает проницаемость капилляров, расширение сосудов, покраснение кожи, вызывает отеки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль);

3. сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывает удушье;

4. вызывает аллергическую реакцию;

5. нейромедиатор;

6. медиатор боли.

Дофамин

Дофамин образуется (фен > тир > ДОФА > дофамин) в мозге и мозговом веществе надпочечников.

Дофамин - нейромедиатор среднего отдела мозга.

3. Специфические пути обмена аминокислот

3.1 Фолиевая кислота

Значительную роль в обмене ряда АК, синтезе некоторых сложных липидов, нейромедиаторов, гормонов и ряда других веществ играют производные фолиевой кислоты.

Фолиевая кислота широко распространёна в продуктах животного и растительного происхождения, синтезируется микрофлорой кишечника.

Активная форма фолиевой кислоты - ТГФК. Она образуется в печени при восстановлении фолиевой кислоты с участием фолатредуктазы и дигидрофолатредуктазы, коферментом которых служит НАДФН₂.

Образование одноуглеродных фрагментов, их взаимопревращения

ТГФК принимает от АК одноуглеродные фрагменты: серин и глицин дают метиленовый фрагмент (-СН₂-), гистидин - формимино- и формильный фрагменты.

В составе ТГФК одноуглеродные фрагменты могут подвергаться взаимопревращениям: метиленовая группа превращаться в метенильную (-СН=), формильную (-НС=О), метильную (-СН₃) и формиминогруппу (-CH=NH).

Затем ТГФК отдает одноуглеродные фрагменты на:

· синтез пуриновых оснований

· синтез тимидиловой кислоты

· регенерацию метионина

· превращение дУМФ в дТМФ;

· превращение глицина в серина и т.д.

Недостаточность фолиевой кислоты

Гиповитаминоз фолиевой кислоты возникает редко, его вызывает использование сульфаниламидных препаратов. Сульфаниламиды -- структурные аналоги парааминобензойной кислоты, они ингибируют синтез фолиевой кислоты у микроорганизмов, вызывая их гибель. Некоторые производные птеридина (аминоптерин и метотрексат) тормозят рост почти всех организмов, нуждающихся в фолиевой кислоте, их используют для подавления опухолевого роста у онкологических больных.

Гиповитаминоз фолиевой кислоты приводит к:

1. мегалобластической (макроцитарной) анемии. Она характеризуется уменьшением количества эритроцитов, снижением содержания в них гемоглобина, что вызывает увеличение размера эритроцитов.

Причина -- нарушение синтеза ДНК и РНК из-за недостатка тимидиловой кислоты и пуриновых нуклеотидов.

2. лейкопении;

3. задержке роста.

4. нарушению регенерации эпителия, особенно в ЖКТ (связано с недостатком нуклеотидов для синтеза ДНК в постоянно делящихся клетках слизистой оболочки).

3.2 Кобаламин (В₁₂)

В₁₂ синтезируется только микроорганизмами, им богаты печень, почки. Активные формы кобаламина - метилкобаламин (цитоплазма) и дезоксиаденозилкобаламин (митохондрии).

Кобаламин участвует:

1. в передачи метила с метил-ТГФК на гомоцистеин при регенерации метионина.

2. в превращениях одноуглеродных фрагментов в составе ТГФК.

3. в метаболизме жирных кислот с нечетным числом атомов С и аминокислот с разветвленной цепью. Перенос протонов в реакциях изомеризации.

Недостаточность В₁₂

Гиповитаминоз возникает при нарушении всасывании В₁₂ (дефицит фактора Касла при пониженной кислотности желудочного сока).

Гиповитаминоз В₁₂ сопровождается:

1. макроцитарной (мегалобластической) анемией: снижение числа эритроцитов, гемоглобина, увеличение размера эритроцитов. Причина -- нарушение синтеза ДНК.

2. расстройствами деятельности нервной системы. При распаде жирных кислот с нечетным количеством атомов С и разветвленных АК из-за дефицита В₁₂ накапливается нейротоксичная метилмалоновая кислота.

3.3 Обмен серина и глицина

Серин и глицин - заменимые аминокислоты.

Синтез серина:

Обмен глицина:

Основной путь синтеза

Основной путь катаболизма (в митохондриях печени)



Путь образования оксалатов из глицина

Схема путей обмена серина и глицина

Серии и глицин выполняют в организме человека разнообразные и очень важные функции.

Глицин -- важнейший (после ГАМК) тормозной нейромедиатор в спинном мозге, промежуточном мозге и некоторых отделах головного мозга.

Наследственные нарушения обмена глицина

Известно несколько заболеваний, связанных с нарушениями обмена глицина. В их основе лежит недостаточность ферментов или дефект системы транспорта этой АК.

Гиперглицинемия возникает при дефекте глицинрасщепляющей системы. Проявляется повреждением мозга, судорогами, гипотонией, нарушением дыхания.

Глицинурия характеризуется повышенным выделением глицина с мочой (до 1 г/сут) при нормальном содержании его в крови. Причиной является нарушение реабсорбции глицина в почках.

Первичная гипероксалатурия характеризуется постоянно высоким выделением оксалата с мочой, независимо от поступления его с пищей. Дефект глицинаминотрансферазы блокирует превращение глиоксилата снова в глицин. Глицин > глиоксилат > оксалат

Прогрессирует двустороннее образование оксалатных камней в мочевыводящих путях, развиваются нефрокальциноз и инфекция мочевыводящих путей. Больные погибают в детском возрасте от почечной недостаточности или гипертонии.

В состав белков человека входят 2 АК, содержащие серу, -- метионин и цистеин. Эти аминокислоты метаболически тесно связаны между собой.

3.4 Метионин

Метионин -- незаменимая аминокислота, может регенерировать из гомоцистеина с участием серина и глицина. Метионин:

1. участвует в синтезе белков организма;

2. является источником метильной группы, используемой в реакциях трансметилирования;

3. является источником атома серы, необходимого для синтеза цистеина;

4. участвует в реакциях дезаминирования;

5. Метионил-тРНК участвует в инициации процесса трансляции.

Образование S-аденозилметионина

Метильная группа в метионине прочно связана с серой, поэтому донором этого одноуглеродного фрагмента служит активная форма метионина - S-аденозилметионин (SAM). (SAM -- нестабилен т.к. сера при валентности 2 имеет 3 связи). SAM образуется при присоединении метионина к аденозину с участием метионинаденозилтрансферазы (есть во всех типах клеток). Аденозин образуется при гидролизе АТФ.

Ресинтез метионина, роль ТГФК и витамина В₁₂.

Связь обменов метионина и цистеина

Реакции трансметилирования с участием S-аденозилметионина

Отщепление метильной группы от SAM и перенос её на соединение-акцептор катализируют ферменты метилтрансферазы. SAM в ходе реакции превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT).

Синтез холина



Синтез лецитина

Аналогично синтезируются:

1. из ГАМК > карнитин;

2. из гуанидинацетата > креатин;

3. из норадреналина > адреналин;

4. из карнозина > анзерин;

5. Реакции трансметилирования используются также в синтезе азотистых оснований, инактивации гормонов, нейромедиаторов и обезвреживании ксенобиотиков.

3.5 Цистеин

Цистеин - серосодержащая условнозаменимая АК. Синтезируется из незаменимого метионина и заменимого серина.

Нарушение синтеза цистеина возникает при гиповитаминозе фолиевой кислоты, В₆, В₁₂ или наследственных дефектах цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы. Гомоцистеин превращается в гомоцистин, который накапливается в крови, тканях и выделяется с мочой.

Обмен цистеина: схема путей, их значение.

Цистеин:

1. используется в белках для формирования третичной структуры (дисульфидные мостики);

2. SH группы цистеина формируют активный центр многих ферментов;

3. идет на синтез глутатиона, таурина (парные желчные кислоты), НS-КоА, ПВК (глюкоза);

4. Является источником сульфатов, которые идут на синтез ФАФС или выделяются с мочой.

Образование сульфат-иона, его утилизация (образование ФАФС).

ФАФС используется:

1. В обезвреживании ксенобиотиков:

2. В синтезе гликозаминогликанов (сульфирование ОН групп производных глюкозы, галактозы сульфотрансферазой).



3.6 Фенилаланин

Фенилаланин -- незаменимая АК, которая содержится в достаточных количествах в пищевых продуктах. Фенилаланин идет в основном на синтез белков и тирозина.

Превращение фенилаланина в тирозин необратимо катализирует фенилаланингидроксилаза (монооксигеназа), коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (Н₄БП), кофактором - Fe²⁺. Н₄БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н₂БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием НАДФH₂.

Реакция необходима для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Образование тирозина не имеет большого значения, так как недостатка этой аминокислоты в клетках практически не бывает.

Фенилкетонурия

В печени здоровых людей небольшая часть фенилаланина (10%) превращается в фениллактат и фенилацетилглутамин. При дефекте фенилаланингидроксилазы этот путь катаболизма фенилаланина становится главным, что способствует развитию фенилкетонурии (ФКУ).

Классическая ФКУ -- наследственное заболевание, связанное с мутациями в гене фенилаланингидроксилазы (частота 1:10000 новорождённых), которые приводят к снижению активности фермента или полной его инактивации.

При ФКУ концентрация фен повышается в крови в 20--30 раз, в моче -- в 100--300 раз по сравнению с нормой. В крови и моче повышается содержание метаболитов альтернативного пути: фенилпирувата, фенилацетата, фениллактата и фенилацетилглутамина.

Проявления ФКУ:

1. нарушение умственного и физического развития;

2. судорожный синдром;

3. нарушение пигментации.

Проявления ФКУ связаны с токсическим действием на клетки мозга высоких концентраций фенилаланина, фенилпирувата, фениллактата. Большие концентрации фенилаланина ограничивают транспорт тирозина и триптофана через гематоэнцефалический барьер и тормозят синтез нейромедиаторов (дофамина, норадреналина, серотонина).

Прогрессирующее нарушение умственного и физического развития у детей, больных ФКУ, можно предотвратить диетой с очень низким содержанием или полным исключением фенилаланина. Если такое лечение начато сразу после рождения ребёнка, то повреждение мозга предотвращается. Считается, что ограничения в питании могут быть ослаблены после 10-летнего возраста (окончание процессов миелинизации мозга), однако в настоящее время многие педиатры склоняются в сторону «пожизненной диеты». При отсутствии лечения больные не доживают до 30 лет.

Для диагностики ФКУ используют качественные и количественные методы обнаружения патологических метаболитов в моче, определение концентрации фенилаланина в крови и моче. Дефектный ген, ответственный за фенилкетонурию, можно обнаружить у фенотипически нормальных гетерозиготных носителей с помощью теста толерантности к фенилаланину.



3.7 Тирозин

Тирозин -- условно заменимая АК, образуется из незаменимого фенилаланина. Содержание тир в пищевых белках достаточно велико.

Тирозин используется в синтезе белков, катехоламинов, тиреоидных гормонов и меланинов. Обмен тирозина зависит от типа тканей.

1. Обмен тирозина в надпочечниках и нервной ткани

В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани тирозин метаболизирует по катехоламиновому пути с образованием дофамина, норадреналина и адреналина (только в надпочечниках).



Тирозингидроксилаза (тирозинмонооксигеназа) Fe²⁺ -зависимый фермент, в качестве кофермента использующий Н₄БП. Ее ингибирует норадреналин.

Дофамин и норадреналин служат медиаторами в синаптической передаче нервных импульсов, а адреналин -- гормон широкого спектра действия, регулирующий энергетический обмен. Одна из функций катехоламинов -- регуляция деятельности ССС.

Нарушение синтеза катехоламинов может вызывать различные нервно-психические заболевания, причём патологические отклонения наблюдаются как при снижении, так и при увеличении их количества. Снижение в нервных клетках содержания дофамина и норадреналина часто приводит к депрессивным состояниям. При шизофрении в височной доле мозга наблюдается гиперсекреция дофамина.

Болезнь Паркинсона

Болезнь Паркинсона развивается при снижении активности тирозинмонооксигеназы и ДОФА-декарбоксилазы, что приводит к недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга. Это одно из самых распространённых неврологических заболеваний (частота 1:200 среди людей старше 60 лет). Заболевание сопровождается акинезией (скованность движений), ригидностью (напряжение мышц) и тремором (непроизвольное дрожание).

Дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер и как лекарственный препарат не используется. Для лечения паркинсонизма используют заместительную терапию препаратами-предшественниками дофамина (производными ДОФА) -- леводопа, мадопар, наком и др. Также подавляют инактивацию дофамина ингибиторами МАО (депренил, ниаламид, пиразидол и др.).

2. Обмен тирозина в меланоцитах

В пигментных клетках (меланоцитах) обмен тирозин идет по меланиновому пути. Из тирозина синтезируются пигменты -- меланины 2 типов: эумеланины и феомеланины. Эумеланины (чёрного и коричневого цвета) -- нерастворимые высокомолекулярные полимеры 5,6-дигидроксииндола. Феомеланины -- жёлтые или красновато-коричневые полимеры, растворимые в разбавленных щелочах.

Меланины присутствуют в сетчатке глаз, в составе волос, в коже. Цвет кожи зависит от распределения меланоцитов и количества в них разных типов меланинов.

Альбинизм

При наследственном дефекте тирозиназы (1:20000) в меланоцитах нарушается синтез меланинов и развивается альбинизм.

Клиническое проявление альбинизма (от лат. albus -- белый) -- отсутствие пигментации кожи, сетчатки глаз и волос. У больных часто снижена острота зрения, возникает светобоязнь. Длительное пребывание таких больных под открытым солнцем приводит к раку кожи.

3. Превращение тирозина в щитовидной железе

В щитовидной железе из тирозина синтезируются и выделяются гормоны йодтиронины: тироксин (тетрайодтиронин) и трийодтиронин.

5. Катаболизм тирозина в печени

Катаболизм тирозина происходит в печени по гомогентизиновому пути (схема).



Фумарат может окисляться до СО₂ и Н₂О или использоваться для глюконеогенеза. Ацетоацетат -- кетоновое тело, окисляемое до СО₂ и Н₂О с выделением энергии.

Алкаптонурия («чёрная моча»)

При наследственном дефекте диоксигеназы гомогентизиновой кислоты (2--5 случаев на 1 млн новорождённых) развивается алкаптонурия. При алкаптонурии происходит накопление в организме гомогентизиновой кислоты, избытки которой выделяются с мочой. На воздухе гомогентизиновая кислота окисляется с образованием тёмных пигментов - алкаптонов.

Клиническими проявлениями болезни, кроме потемнения мочи на воздухе, являются пигментация соединительной ткани (охроноз) и артрит.

Тирозинемии

Некоторые нарушения катаболизма тирозина в печени приводят к тирозинемии и тирозинурии. Различают 3 типа тирозинемии.

1. Тирозинемия типа 1 (тирозиноз). Причиной заболевания является дефект фумарилацетоацетатгидролазы. Накапливающиеся метаболиты снижают активность некоторых ферментов и транспортных систем аминокислот. Патофизиология этого нарушения достаточно сложна. Острая форма тирозиноза характерна для новорождённых. Клинические проявления -- диарея, рвота, задержка в развитии. Без лечения дети погибают в возрасте 6--8 мес из-за развивающейся недостаточности печени. Хроническая форма характеризуется сходными, но менее выраженными симптомами. Гибель наступает в возрасте 10 лет. Содержание тирозина в крови у больных в несколько раз превышает норму. Для лечения используют диету с пониженным содержанием тирозина и фенилаланина.

2. Тирозинемия типа II (синдром Рихнера--Ханхорта). Причина -- дефект тирозинаминотрансферазы. Концентрация тирозина в крови больных повышена. Для заболевания характерны поражения глаз и кожи, умеренная умственная отсталость, нарушение координации движений.

3. Тирозинемия новорождённых (кратковременная). Заболевание возникает в результате снижения активности фермента п-гидроксифенилпируватдиоксигеназы. В результате в крови больных повышается концентрация п-гидроксифенилацетата, тирозина и фенилаланина. При лечении назначают бедную белком диету и витамин С.

3.8 Триптофан

Триптофан - незаменимая АК. В физиологических условиях >95% триптофана метаболизирует по кинурениновому пути и 1% по серотониновому пути.

Серотонин образуется в надпочечниках, ЦНС и тучных клетках.

Серотонин - возбуждающий нейромедиатор средних отделов мозга и гормон. Стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, вазоконстриктор, регулирует АД, температуру тела, дыхание, антидепрессант.

Схема кинуренинового пути



Синтез НАД⁺ уменьшает потребность организма в витамине РР

Серотониновый путь

Образование и использование в организме ГАМК и ГОМК. Антиоксидантные, антигипоксические и адаптогенные свойства Глу, Асп, их клиническое применение.

3.9 Глутамат

Синтез глутамата

Глутамат образуется:

1). при восстановительном аминировании б-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой:

2). В реакция переаминирования с участием аминотрансфераз:

Использование глутамата

1. Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

2. Ведущая роль в интеграции азотистого обмена. Обеспечивает реакции переаминирования АК: глутамат универсальный донор аминогруппы для синтеза заменимых АК (Ала, Асп, Асн, Сер, Гли, Глн, Про). Обеспечивает непрямое дезаминирование большинства АК. Участвует в обезвреживании аммиака с образованием глутамина;

3. Является источником б-КГ, необходимого для ЦТК и синтеза АТФ;

4. Входит в состав глутатиона;

Глутамат содержится в больших количествах в головном мозге, где выполняет разнообразные функции:

1. один из основных возбуждающих нейромедиаторов в коре, гиппокампе, полосатом теле и гипоталамусе;

2. используется для синтеза тормозного нейромедиатора ГАМК;

3. В виде пироглутамата (циклическая форма) входит в состав нейропептидов -- люлиберина, тиролиберина, нейротензина, бомбезина и др.;

4. участвует в регуляции процессов памяти;

5. глутамат служит источником янтарной кислоты (сукцинат), которая может окисляться при гипоксии, давая АТФ (антигипоксант);

6. участвует в обезвреживании аммиака с образованием глутамина

Нарушение обмена глутамата приводит к целому ряду патологических нарушений ЦНС: эпилепсии, расстройствах вестибулярной системы, ишемии и др. Глутамат и его аналоги используют как лекарственные средства при хронической недостаточности аминокислотного обмена, вегетососудистой дистонии, эпилепсии (в качестве предшественника ГАМК -- тормозного медиатора).

3.10 Глутамин

Синтез глутамина

Использование глутамина

1. Используется в синтезе белков, углеводов;

2. Источник азота в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, аспарагина, аминосахаров;

3. Обеспечивает транспорт азота из тканей;

3.11 Аспартат

Синтез аспартата

Использование аспартата

1. Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

2. Участвует в орнитиновом цикле при синтезе мочевины;

3. Участвует в синтезе карнозина, анзерина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, N-ацетиласпарагиновой кислоты.

3.12 Аспарагин

Синтез аспарагина

Использование аспарагина

1. Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

Размещено на Allbest.ru

...