Биохимия. Лекции

      Первая  стадия является ферментативной, она  заканчивается образованием неустойчивого промежуточного продукта - иминокислоты, которая во второй стадии спонтанно в присутствии воды распадается  на аммиак и a-кетокислоту. Ферменты катализирующие этот процесс, содержат в качестве простетической группы НАД либо ФАД.

      В организме человека наиболее активно  протекает дезаминирование глутаминовой кислоты под действием  фермента глутаматдегидрогеназы, находящегося в митохондрияхклеток всех тканей. В результате этогопроцесса образуется  a-кетоглутаровая кислота, принимающая участие во многих процессах обмена веществ.

       НООС-СН-СН₂-СН₂-СООН ^{глутаматдегидрогеназа} НООС-С-СН₂-СН₂-СООН

                  N Н₂                                                                   NН

      Глутаминовая  кислота                                  Иминоглутаминовая кислота

       НООС-С-СН₂-СН₂-СООН + Н₂О          НООС-С-СН₂-СН₂-СООН +NН₃

                  NН                                                            О 

      Иминоглутаминовая кислота             a-Кетоглутаровая кислота

      Трансаминирование (переаминирование)  аминокислот

      Реакция превращения аминокислот без  образования аммиака  была открыта в 1938 году советскими академиками А.Е.Браунштейном и И.Г.Крицманом, которые разработали общую теорию механизма этого ферментативного процесса. Обязательным условием трансаминирования является участие дикарбоновых аминокислот  (глутаминовой и аспарагиновой), которые в виде соответствующих им кетокислот - a-кетоглутаровой  и щавелевоуксусной могут взаимодействовать со всеми аминокислотами, за исключением лизина, треонина и аргинина.

      При переаминировании происходит непосредственный перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту, а кетогруппы – с кетокислоты на аминокислоту без освобождения при этом аммиака.

      Этот  процесс протекает в несколько  этапов. В общем виде реакция выглядит так:

                  R                                                                         R

       СН                СН₃    аланинтрансаминаза        СН₂         СН₃

       СН-NН₂  +    С=О                                              С=О  +   СН-NН₂

       СООН          СООН                                           СООН    СООН

                a-Амино-     Пировиноград-                            a-Кето-     Аланин

                кислота         ная  кислота                                  кислота

      Реакцию катализируют ферменты, относящиеся к классу трансфераз, их простетической группой является фосфорпиридоксаль – фосфорный  эфир витамина В_6.

      Процесс переаминирования широко распространен  в живой природе. Его особенность  – легкая обратимость.

      Реакции переаминирования играют большую роль в обмене веществ. От них зависят такие важнейшие процессы, как биосинтез многих заменимых аминокислот из соответствующих им кетокислот, праспад аминокислот, объединение путей углеводного и аминокислотного обмена, когда из продуктов распада глюкозы, например  пировиноградной кислоты, может образовываться аминокислота аланин, и наоборот.

      Декарбоксилирование аминокислот

      Процесс декарбоксилирования катализируется декарбоксилазами, специфическими для каждой аминокислоты, простетической группой которых служит пиридоксальфосфат. Эти ферменты относятся к классу лиаз. Процесс декарбоксилирования, заключающийся в отщеплении от аминокислот СО₂, с образованием аминов, можно показать на следующей схеме:

      R-СН- NН_{2      Декарбоксилаза}         R          + СО₂

           СООН                                   СН₂-NН₂

      Механизм  реации декарбоксилирования аминокислот  в соответствии с общей теорией  пиридоксалевого катализа сводится к образованию пиридоксальфосфат-субстратного комплекса в активном центре фермента.

      Таким путем из триптофана образуется триптамин, из гидрокситриптофана – серотонин. Из аминокислоты гистидина образуется гистамин. Из глутаминовой кислоты при декарбоксилировании образуется g-аминомасляная кислота (ГАМК).

      Амины, образованные из аминокислот, называются биогенными аминами, так как они оказывают на организм мощный биологический эффект.

      Биогенные амины  проявляют физиологическое  действие в очень малых концентрациях. Так, введение в организм гистамина приводит к расширению капилляров и повышению их проницаемости, сужению крупных сосудов, сокращению гладких мышц различных органов и тканей, повышению секреции соляной кислоты в желлудке. Кроме того, гистамин участвует в передаче нервного возбуждения.

      Серотонин способствует повышению кровяного давления и сужению бронхов; его малые дозы подавляют активность центральной нервной системы, в больших дозах это вещество оказывает стимулирующее дествие. В различных тканях организма большие количества гистамина и серотонина находятся в связанной, неактивной форме. Биологическое действие проявляют только в свободной форме.

      Гамма-аминокислота (ГАМК) накапливается в мозговой ткани и представляет собой нейрогуморальный  ингибитор-медиатор торможения центральной нервной системы.

      Большие концентрации этих соединений могут представлять угрозу для нормального функционирования организма. Однако в животных тканях имеется аминооксидаза, расщепляющая амины до соответствующих альдегидов. которые затем превращаются в жирные кислоты и распадаются до конечных продуктов.

      5.5. Процессы обезвреживания аммиака

      В процессе превращений аминокислот  в тканях образуются их конечные продукты обмена – оксид углерода, вода и аммиак. Вода используется организмом для обеспечения биохимических процессов. Оксид углерода частично выводится из организма с выдыхаемым воздухом, остальная его часть утилизируется в процессах синтеза (например, при синтезе жирных кислот, пуриновых оснований и т.д.). Аммиак, образующийся в результате дезаминирования аминокислот, является токсическим веществом, увеличение ег концентрации в крови и других тканях оказывает неблагоприятное действие, особенно на нервную систему. Токсичность аммиака обусловлена тем, что он способствует восстановительному аминированию a-кетоглутаровой кислоты в митохондриях. Это приводит к удалению ее из цикла Кребса и, как следствие, к падению тканевого дыхания и избыточному образованию кетоновых тел из ацетил-КоА.

      Основные  эффективные механизмы обезвреживания токсического действия аммиака в живых организмах следующие: образование аминов глутамина или аспарагина, восстановительное аминирование, нейтрализация кислот, синтез мочевины.

      Синтез  глутамина или аспарагина протекает  в местах непосредственного образования аммиака (например, в печени, мозге) под действием фермента глутаматсинтетазы (класс лигаз). Реакция синтеза амида сопряжена с распадом АТФ.

      В результате взаимодействия аммиака  с глутаминовой м аспарагиновой  кислотами происходит его связывание, и таким образом аммиак обезвреживается.

       NН₂-СН-СООН                                            Н₂N-СН-СООН

                          СН₂                                                                  СН₂

             СН₂ +NН₃ + АТФ    ^{глутаматсинтетаза}                  СН₂ + АДФ +Ф_н

              СООН                                                             СОNН₂

      Глутаминовая                                                    Глутамин

          кислота

      Аналогично  образуется и аспарагин. Связанный  аммиак может быть использован в  качестве источника азота ( например для синтеза пуриновых и пиримидиновых оснований, мукополисахаридов (глюкозамин). Глутамин и аспарагин не только обезвреживают аммиак, но и выступают в качестве его транспортной формы. В связанном виде аммиак доставляется к месту окончательной утилизации – в печень, где из него синтезируется мочевина.

      Восстановительное аминирование

      Этот  процесс противоположен дезаминированию. Он обеспечивает связывание аммиака  кетокислотами с образованием соответствующих  кетокислот.

      Ферментная  система обеспечивает аминирование a-кетоглутаровой или щавелевоуксусной кислоты с образованием глутаминовой или аспсрагиновой кислоты.

       СООН                                        СООН

                   СН₂                                             СН₂

       С=О  + N Н₃ + 2Н                     СН-NН₂ + Н₂О

       СООН                                        СООН

      Щавелевоуксусная                  Аспарагиновая

               кислота                                   кислота

      При обезвреживании аммиака неорганическими  и органическими кислотами происходит образование аммонийных солей. Этот процесс осуществляется впочках. Образовавшиеся аммонийные соли выводятся из организма с мочой и потом.

      Синтез  мочевины. Одним из эффективных методов обезвреживания аммиака является синтез мочевины. Впервые схемы синтеза мочевины была предложена российским биохимиком  М.В.Ненцким, однако, в дальнейшем экспериментального подтверждения его теория не нашла.

      В экспериментальных работах М.В.Залесского и С.С.Салазкина на животных (лаборатория акад.И.П.Павлова) было установлено,что печень является органом, в котором происходит обезвреживания аммиака. Английский биохимик Ханс Адольф Кребс внес большой вклад в современную теорию синтеза мочевины. Он установил, что этот процесс носит циклический характер, указал на роль орнитина в нем.

      По  теории Кребса, синтез мочевины начинается взаимодействием орнитина с аммиаком и оксидом углерода. При этом образуется цитруллин, который взаимодействует с еще одной молекулой аммиака с выделением аргинина. Последний гидролизуется аргиназой на орнитин и мочевину. Орнитин в этих реакциях выполняет роль катализатора. За открытие этого цикла Х.А.Кребс был удостоен Нобелевской премии. Подсчитано, что в состоянии азотистого равновесия организм взрослого человека потребляет и соответственно выделяет 15г азота; из экскретируемого с мочой азота на долю мочевины приходится около 85%, креатинина–5, аммонийных солей-3, мочевой кислоты-1, других его форм-6. 

      Лекция  № 6 “Основные представления об обмене липидов”

      План  лекции

1. Расщепление липидов в пищеварительноом тракте человека.
2. Обмен липидов в тканях
3. Регуляция обмена липидов.