Метаболизм белков

      Таким образом, в орнитиновом цикле  существуют два сопряженных цикла:

      а) образование мочевины; б) регенерация  аспартата.

В добавление к лекции по общим путям обмена аминокислот можно сказать,  что  еще одна, третья по счету функция трансамини     рования - это перенос аминогруппы с аминокислот для синтеза мочевины без промежуточного выделения аммиака.

      При синтезе мочевины расходуется в  сумме 4 молекулы АТФ. Мочевина - это  нетоксичное вещество, которое легко  выводится  из организма с мочой.  Накопление мочевины в крови выше нормы происходит только при нарушениях функции почек.

      Синтез  мочевины происходит только в печени,  а аммиак образуется в разных тканях.  Значит,  должен быть специальный  механизм  транспорта аммиака в безвредной для организма форме: это МЕХАНИЗМ ВРЕМЕННОГО ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА.

         Обеспечивается ферментом глутамин-синтетазой, которая присоединяет с затратой  АТФ дополнительную аминогруппу  к гамма-карбоксигруппе:

      Аминогруппа может также присоединяться и к аспартату - к бета-карбоксигруппе.

      Особенно  важны реакции временного обезвреживания аммиака в нервной ткани (очень  чувствительной к токсическому влиянию  аммиака).  Со значительной скоростью  протекают  они  и в мышечной ткани.

      Образующиеся амиды переносятся в печень, где отдают амидный азот на синтез мочевины. В почках некоторое количество аммиака  из  амидов  может выделяться в свободном виде.  Обычно такого аммиака образуется немного,  но если в организме - ацидоз - сдвиг рН в кислую сторону,  то этот аммиак начинает выделяться с мочой в больших количествах. Аммиак позволяет частично нейтрализовать кислоты,  которые из крови при ацидозе попадают в мочу. Таким образом, глутамин и аспарагин являются транспортными  формами аммиака и в составе своей молекулы переносят его из разных тканей к печени и к почкам. 

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПУТИ ОБМЕНА ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ. 

    Эти пути обмена определяются  различиями в строении радикалов  аминокислот /АК/, поэтому они  разнообразны и многочисленны.  Вступая  в эти специфические реакции, АК-ты принимают участие во многих важных процессах:

      а) в синтезе гормонов и нейромедиаторов, 

      б) в синтезе простетических групп  сложных белков - хромопротеинов и  нуклеопротеинов, 

      в) в синтезе сложных липидов,

      г) синтезе веществ, содержащих макроэргическую связь и являющихся источником энергии для клеток,

      д) в обезвреживании токсических веществ.

    Вступая в эти процессы, АК-ты  участвуют в них как всей  своей молекулой, так и своими  отдельными фрагментами (или группировками). Ими являются аминогруппа (NH₂) и одноуглеродные фрагменты: -СН₃, -CH₂-, -С=О, -СН= , -СН₂ОН.

    Одноуглеродные фрагменты образуются  из простейших аминокислот - глицина,  серина, аланина и треонина под  действием ферментов,  коферментом  которых является тетрагидрофолиевая кислота/ТГФК/.  ТГФК - производное витамина В_с (фолиевой кислоты),  она образуется из фолиевой кислоты в результате ее восстановления с помощью НАДФН₂. Одноуглеродный фрагмент, соединенный с ТГФК называют активным одноуглеродным фрагментом или " активный С₁". 

ОБМЕН ГЛИЦИНА  И СЕРИНА.

      Это заменимые аинокислоты, которые  превращаются друг в друга.

  Основным  путем распада глицина является  его распад на СО₂, Н₂О и метилен-ТГФК (активный С₁):

      Из  метилен-ТГФК могут образовываться все другие формы активного С₁:  формил-ТГФК, метил-ТГФК, метен-ТГФК, оксиметил-ТГФК в результате реакций окисления или восстановления метилен-ТГФК.

      Активный  С₁, образовавшийся из глицина участвует в синтезе пуриновых азотистых оснований. Кроме того, глицин всей своей молекулой участвует в синтезе гема гемоглобина и других гемопротеинов, в синтезе пуриновых азотистых оснований, в синтезе парных желчных кислот (гликохолевая кислота),  в синтезе креатина, в синтезе трипептида глютатиона. Также глицин в печени участвует в обезвреживании бензойной кислоты, которая превращается в гиппуровую кислоту:  

      Основным  путем распада серина является его  превращение в метилен-ТГФК и  глицин:

      Всей  своей молекулой серин участвует  в синтезе сложных липидов - фосфолипидов. Он участвует в синтезе фосфатидилсерина, который декарбоксилируется и превращается в фосфатидилэтаноламин, который после метилирования превращается в фосфатидилхолин. В реакции метилирования участвует активная форма метионина - S-аденозилметионин.

      Серин в составе белков-ферментов участвует в формировании каталитического центра фермента,  например,  в сериновых протеазах: трипсине, химотрипсине и др. Также серин участвует в формировании гидратной оболочки белков, потому что является полярной аминокислотой. 

ОБМЕН СЕРУСОДЕРЖАЩИХ АМИНОКИСЛОТ: МЕТИОНИНА И ЦИСТЕИНА.

      Метионин - это незаменимая аминокислота, а цистеин - заменимая.

      Главной особенностью обмена метионина является то,  что из него тоже образуется активный С₁ в виде СН₃-группы, которая участвует в различных синтезах.  Однако,  этот активный С₁ образуется без участия ТГФК. Чтобы стать источником СН₃- группы, метионин подвергается активации с участием АТФ.  В результате этой реакции от АТФ отщепляются все три остатка фосфорной кислоты, а аденозин присоединяется к атому серы метионина. Так образуется активная форма метионина - S- аденозил-метионин. 

      S-аденозил-метионин  участвует в реакциях трансметилирования. Наиболее важный из них синтез  фосфатидилхолина из фосфатидилэтаноламина,  обезвреживание биогенных аминов с участием О-метилтрансфераз, синтез адреналина из норадреналина, синтез ацетилхолина из холина и Ацетил-КоА, синтез креатина, который в виде креатинфосфата является резервной формой макроэргических связей и участвует в обеспечении нервной ткани и работающей мышцы АТФ.

Синтез  креатина.

В синтезе  креатина участвуют и другие аминокислоты - аргинин и глицин. В почках из аргинина и глицина образуется гуанидинацетат, который метилируется в печени с  участием S-аденозил-метионина и  в результате образуется креатин: 

      Гомоцистеин участвует в синтезе амикислот - цистеина (гомоцистеин + серин).  Креатин  подвергается фосфорилированию с участием АТФ,  в результате образуется соединение с макроэргической связью - креатинфосфат. Это обратимая реакция, которая  катализируется ферментом креатинфосфокиназой (КФК). 

      Эта реакция интенсивно идет в мышцах,  особенно, в сердечной мышце, и  в ткани мозга. Креатинфосфат  активно синтезируется в покое  и распадается при мышечной работе. Это наиболее быстрый способ регенерации  АТФ.  Креатин,  образовавшийся из креатинфосфата распадается до креатинина,  который является конечным продуктом и выводится с мочой.  В сутки выводится 1-2 грамма креатинина. Это количество креатинина прямо пропорционально мышечной массе, поэтому у мужчин креатинина в моче больше, чем у женщин. Креатинин не реабсорбируется из первичной мочи, поэтому его количество во вторичной моче характеризует объем клубочковой фильтрации. 

      При поражении  мышечных  клеток  и  нарушении ткани мозга креатинфосфокиназа появляется в крови,  это является диагностическим признаком.  Известно, что КФК имеет три изофермента - кардиальный, церебральный и мышечный, появление их в крови позволяет определить  поражение соответствующего органа.  Появление в крови кардиального изофермента является ранним диагностическим признаком инфаркта миокарда.

ОБМЕН ЦИСТЕИНА.

      Это заменимая аминокислота, она синтезируется  из серина, гидроксильная группа которого замещается SН-группой, которую поставляет гомоцистеин.  Цистеин в составе  белков-ферментов своей -SН группой участвует в образовании  каталитического  центра (тиоловые  протеазы),  а также участвует в образовании дисульфидных связей,  которые принимают участие в формировании третичной и четвертичной структуры белков. Также цистеин необходим для синтеза трипептида глютатиона, который состоит из  цистеина и глютаминовой кислоты. Молекула глутатиона условно обозначается как (Г-SН). Глютатион способен легко окисляться и восстанавливаться:

 

      Окисляясь, глютатион предохраняет от окисления  другие вещества, например, двухвалентное железо гемоглобина в эритроцитах: 

      Восстанавливается глютатион с помощью НАДФН₂ с участием фермента глютатионредуктазы.

      Цистеин подвергается и распаду, при этом он окисляется и декарбоксилируется, в результате образуется таурин, который участвует в образовании парных желчных кислот (таурохолевая и др.) в печени.

Серная  кислота,  которая образуется из таурина,  участвует в обезвреживании токсических веществ в печени. 

 

Так обезвреживаются  продукты гниения белков в кишечнике - индол,  скатол, фенол и крезол. В этих процессах серная кислота участвует в своей активной форме в виде 3’-фосфоаденозин-5’-фосфосульфата (ФАФC), которая образуется с участием АТФ.

ОБМЕН АРГИНИНА

      Аргинин - частично незаменимая аминокислота. Она образуется в ходе синтеза мочевины в печени из карбомоилфосфата при участии аспарагиновой кислоты и орнитина.  Аргинин участвует в синтезе креатина в почках,  являясь донором гуанидиновой группы в образовании гуанидинацетата. В составе белков аргинин как полярная положительно заряженная аминокислота участвует в образовании ионных связей и в формировании гидратной оболочки белков. 

ОБМЕН ДИКАРБОНОВЫХ АМИНОКИСЛОТ - ГЛУТАМИНОВОЙ И АСПАРАГИНОВОЙ

      Эти аминокислоты вступают в многочисленные химические реакции,  с которыми Вы уже знакомы и поэтому они играют главную роль в обмене аминокислот.

      1. Они участвуют в реакциях синтеза  заменимых  аминокислот и следовательно  в коррекции аминокислотного  состава белков,  а, значит, в  коррекции аминокислотного состава  клеток организма.

      2. Участвуют в реакциях обезвреживания  аммиака и других токсичных  продуктов азотистого обмена.

      3. Превращаясь в альфа-кетокислоты  (альфакетоглутарат и ЩУК), они  принимают участие во взаимосвязи  обмена белков с обменом углеводов  и жиров. 

      4. Дикарбоновые аминокислоты и  их амиды (глутамин и аспарагин)  участвуют в реакциях синтеза  почти всех азотсодержащих соединений  клеток (нуклеотидов,  нуклеиновых  кислот, аминосахаров и аминопроизводных  липидов). В этих реакциях синтеза  они являются донором азота в виде NН₂-группы, или участвуют всей своей молекулой. 

КОНКРЕТНАЯ  РОЛЬ КАЖДОЙ АМИНОКИСЛОТЫ:

Глутаминовая  кислота

      а) подвергается прямому окислительному дезаминированиюс образованием альфа-кетоглутарата,

      б) вступает в реакции трансаминирования, которые катализируют специфические трансаминазы,

      в) является субстратом для синтеза  глютамина, который является транспортной формой аммиака и участвует в  синтезе мочевины в печени,  также  глютамин участвует в синтезе  пуриновых оснований нуклеотидов  и нуклеиновых кислот,  аминосахаров и аминопроизводных липидов.

      г) принимает участие в косвенном  дезаминировании АК-т,

      д) участвует в синтезе трипептида глютатиона,

      е) является субстратом для образования  гамма- аминомасляной кислоты. 

Аспарагиновая кислота

      а) участвует в реакциях трансаминирования,

      б) в синтезе мочевины, как донор NН₂-группы,

      в) в синтезе пиримидиновых оснований (всей молекулой) и как донор NН₂-группы - в синтезе пуриновых оснований,