Лекция № 26

«Обмен белков»

К общим путям превращения аминокислот относят процессы трансаминирования, дезаминирования, декарбоксилирования.

ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ – реакция отщепления аминогруппы с выделением NН₃.

Существует несколько способов дезаминирования:

а) восстановительное – с образованием карбоновых кислот

+ 2Н

R–СН–СООН R–СН₂–СООН + NН₃↑

NН₂

б) окислительное – с образованием кетокислот

R–СН–СООН + ½ О₂ R–С–СООН + NН₃↑

NН₂ О

в) гидролитическое – с образованием гидроксикарбонатов кислот

R–СН–СООН + Н₂О R–СН–СООН + NН₃↑

NН₂ ОН

г) внутримолекулярное – с образованием ненасыщенных кислот

R–СН–СООН R₁–СН=СН–СООН + NН₃↑

NН₂

Такие реакции входят в группу прямого дезаминирования. Наиболее важную роль среди этой группы реакций у человека играет окислительное дезаминирование. Ферменты, катализирующие эти реакции называются оксидазами (кофермент ФМН – флавинмононуклеотид и ФАД – флавинадениндинуклеотид) или дегидрогеназы (кофермент НАД⁺ и НАДФ⁺).

Реакция окислительного дезаминирования протекает в 2 этапа. На I этапе после потери атомов водорода аминокислота превращается в иминокислоту, а затем под влиянием Н₂О идет образование аммиака, и аминокислота превращается в соответствующую кетокислоту.

R

–2Н

R–СН–СООН С=NН

Дегидро-

геназа

NН₂ СООН

Аминокислота Иминокислота

Промежуточным акцептором водорода является НАД или ФМН.

R

–2Н

R–СН–СООН + НАД С=NН + НАДН₂

(ФМН) (ФМНН₂)

NН₂ СООН

Затем водород восстановленной формы НАД (или ФМН) через систему переносчиков переносится на кислород, образуя воду, т.е. физиологическим акцептором водорода является в конечном счете кислород:

R

+ ½ О₂

R–СН–СООН С=NН + Н₂О (I)

NН₂ СООН

R

R–С=NН–СООН + Н₂О С=О +NН₃ (II)

α-иминокислота

СООН

α-кетокислота

Реакции, катализируемые оксидазами, в клетке протекают медленно, а наибольшей активностью обладает фермент глутаматдегидрогеназа, роль которой в обмене аминокислот велика. Фермент глутаматдегидрогеназа широко представлен в печени, мозге и катализирует превращение глутаминовой кислоты в α-кетоглутаровую кислоту:

глутаматдегидрогеназа

НООС-СН₂-СН₂-СН-СООН НООС-СН₂-СН₂-С-СООН + NН₃

NН₂ О

Глутаминовая кислота α-кетоглутаровая кислота

Продукт реакции α-кетоглутаровая кислота является хорошим субстратом в реакциях переаминирования – реакции, в которых происходит как бы обмен аминогруппы на кетогруппу между аминокислотой и кетокислотой:

СН₃ СООН СН₃ СООН СООН

АлАТ глутаматдегидрогеназа

СН-NН₂ + СН₂ С=О + СН₂ СН₂ + NН₃

Переаминирование + ½ О₂

СООН СН₂ СООН СН₂ СН₂

α -аланин Пируват

С=О СН-NН₂ С=О

СООН СООН СООН

α-кетоглутаровая α-глутаминовая α-кетоглутаровая

кислота кислота кислота

α-аланин → пируват (трансаминирование),

α-кетоглутаровая кислота → глутаминовая (окислительное дезаминирование).

Такое сочетание переаминирования аминокислот с участием кетоглутаровой кислоты с последующим дезаминированием глутаминовой кислоты получило название непрямого дезаминирования.

(Непрямое дезаминирование α-аминокислот связано с предварительным переносом их аминогруппы на кетоглутаровую кислоту путем переаминирования.)

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ – реакции, в ходе которых аминогруппа переносится от донорской аминокислоты к акцепторной α-кетокислоте. В результате получается α-кетокислота из донорской аминокислоты и новая аминокислота. Реакции катализируют ферменты трансаминазы с участием кофермента пиридоксальфосфата (производное Vit B₆).

Трансаминирование происходит практически во всех органах. Играет основную роль в процессах мочевинообразования, глюконеогенеза, путях образования новых аминокислот.

ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ – отщепление СО₂ от карбоксильной группы аминокислот с образованием соответствующих аминов; фермент декарбоксилаза. Коферментом декарбоксилаз является активная форма Vit B₆.

R–СН–СООН R–СН₂ + СО₂

NН₂ NН₂

Продукты декарбоксилирования – амины – обладают высокой биологической активностью. Из триптофана → триптамин – обладает сосудосуживающими свойствами. Из 5-гидрокситриптофана → серотонин – стимулирует сокращения гладкой мускулатуры, влияет на поведение человека, активирует выброс гормонов мозгового вещества надпочечников, фактор, повышающий свертываемость крови. Из гистидина → гистамин – повышает тонус органов с гладкой мускулатурой, стимулирует секрецию пищеварительных желез, обладает антидиуретическим действием и т.д.

Разрушение биогенных аминов происходит путем их окислительного дезаминирования под влиянием моноаминооксидаз и диаминоксидаз. Изменение активности этих ферментов при помощи специфических ингибиторов широко применяется в медицинской практике при лечении аллергических заболеваний, расстройств психики и т.д.

Образование NН₃ – обязательный этап распада аминокислот. NН₃ подлежит обезвреживанию в организме.

Образующийся в процессе дезаминирования аммиак используется в небольших количествах в процессах внутриклеточного метаболизма.

Основная масса NН₃ должна выводится из организма, так как попадание его в кровь оказывает токсическое действие. Особенно чувствительны к действию NН₃ нервные клетки. Поэтому в каждой клетке, и особенно в нейронах, должны быть защитные реакции по обезвреживанию NН₃. Первая реакция это – восстановительное аминирование с участием α-кетоглутаровой кислоты, катализируемое глутаматдегидрогеназой.

СООН СООН

СН₂ СН₂

глутаматдегидрогеназа

СН₂ + NН₃ СН₂

С=О СН–NН₂

СООН СООН

α-кетоглутаровая кислота Глутаминовая кислота

Вторая реакция – синтез глутамина и аспарагина из глутаминовой и аспарагиновой кислот.

О

СООН С− NН₂

СН₂ СН₂

СН₂ + NН₃ + АТФ СН₂

СН–NН₂ СН–NН₂

СООН СООН

Глу Глутамин

О

СООН С–NН₂

СН₂ + NН₃ + АТФ СН₂

СН–NН₂ СН–NН₂

СООН СООН

Аспарагиновая кислота Аспарагин

Эти кислоты всегда имеются в тканях в свободном состоянии, улавливают образующийся NН₃ путем реакции амидирования и при участии АТФ синтезируется Глутамин и аспарагин. Глутамин в организме животных выполняет роль и транспортной формы NН₃. Попадая в печень или почки, глутамин распадается при участии глутаминазы, высвобождая NН₃, который в печени используется для синтеза мочевины, а в почках секретируется при образовании мочи.

О

С–NН₂ СООН

СН₂ СН₂

СН₂ + Н₂О СН₂ + NН₃

СН–NН₂ СН–NН₂

СООН СООН

Глутамин Глутаминовая кислота

Третья реакция – образование аммонийных солей происходит в почечной ткани, куда аммиак доставляется в виде амидов аспарагиновой и глутаминовой кислот. Здесь амиды гидролизуются под действием глутаминазы и аспарагиназы, образуя аспартат и глутамат и высвобождая аммиак, который нейтрализуется путем образования солей аммония, в частности хлорида аммония. Соли аммония удаляются с мочой.

В клинической практике широко используется определение двух трансаминаз. В диагностике инфаркта миокарда применяют определение активности АсАТ, а для диагностики и оценки эффективности лечения некоторых болезней печени используют определение активности АлАТ, что связано с неравномерным распределением этих ферментов в разных органах и тканях и даже в разных субклеточных фракциях (сердце, печень, почки, эритроциты, легкие, плазма). ⅔ всей активности АсАТ клетки приходятся на митохондрии, а для АлАТ – на цитоплазму. При незначительных нарушениях функций клетки в кровь переходят цитозольные ферменты. При значительных повреждениях в кровь могут переходить митохондриальные ферменты. При инфаркте миокарда активность АсАТ повышается через 2-6 часов после инфаркта, достигает максимума через 24-48 часов и затем в течение недели возвращается к исходным значениям. АсАТ оказывает хорошую помощь в диагностике. При острых поражениях печени типичным будет повышение активности АлАТ, а также АсАТ, ЛДГ, но коэффициент , а при инфаркте . Повышение активности АлАТ наблюдается при повреждении паренхимы печени.

Регуляция обмена простых белков осуществляется при участии нервной и гуморальной систем. Гормоны коры надпочечников, щитовидной железы, женские половые гормоны ускоряют распад мышечных белков и повышают поступление аминокислот в аминокислотные фонды клеток, что в свою очередь приводит к усилению образования мочевины. Инсулин, гормон роста, мужские половые гормоны оказывают противоположный эффект на указанные процессы. Правда, такой эффект проявляется только при достаточном поступлении аминокислот с пищей. Увеличение мышечной массы наблюдается при применении анаболических стероидов.

Плазма крови содержит очень многоводорастворимых белков. Полученное при помощи методов электрофореза и иммуноэлектрофореза число фракций белков плазмы превышает 30. Число индивидуальных белков намного больше. Белки плазмы крови находятся не только в плазме, но и во внесосудистом пространстве. Однако концентрация белков в плазме в 6-8 раз выше, чем во внесосудистом пространстве. У взрослого здорового человека общая масса белков плазмы крови составляет около 400 грамм, из них 250 грамм приходится на сосудистое пространство, а остальное – вне сосудов. Между этими пространствами идет постоянный обмен белками. Белки плазмы крови делятся на альбумины и глобулины. Обычно белки плазмы разделяют по данным электрофореза на фракции альбуминов, α-глобулинов, β-глобулинов, γ-глобулинов. Фракции глобулинов в свою очередь разделяют на α₁-, α₂-, β₁-, β₂-глобулины и т.д.

Общее содержание белков в плазме 70 г/л. Большую половину их составляют альбумины.

Альбумины выполняют транспортную функцию. Они связывают многие вещества – жирные кислоты, билирубин, стероидные гормоны довольно прочно. Альбумины играют важную роль в распределении воды в организме. Так как они самые маленькие среди белков и количественно преобладают (61%), то они вносят наибольший вклад в коллоидно-осмотическое давление плазмы. Снижение количества белков в плазме приводит к выходу воды из сосудов и накоплению ее в межклеточных пространствах (отёки). Альбумины сравнительно легко обновляются в организме. Местом их синтеза является печень. В течение суток синтезируется и распадается 10-16 г белков этой фракции. Определение уровня альбуминов в плазме играет существенную роль для оценки тяжести течения заболеваний, сопровождающихся гипоальбуминемией.

Глобулины – образуют гетерогенную смесь белков, которые различаются физико-химическими и функциональными свойствами. Среди глобулинов α₁ есть белки α₁-липопротеины, α-гаптоглобины; среди α₂-глобулинов – α₂-макроглобулины, α₂-гаптоглобины, α₂-липопротеины. α₁-глобулины транспортируют ретинол, тироксин; α₂-глобулин (церулоплазмин) связывает и транспортирует медь по крови. Гаптоглобин образует комплекс с Нb, что предупреждает его выделение почками.