БХ

1) синтез глутамата из альфа-кетоглутарата (восстановительное аминирование):

2) синтез глутамина из глутамата:

3) синтез аспарагина из аспартата:

4) синтез карбамоилфосфата:

Глутамин легко транспортируется через клеточные мембраны путем облегченной диффузии и поступает из тканей в кровь. В почках под действием глутаминазы происходит гидролиз глутамина с образованием аммиака. Глутаминаза индуцируется при ацидозе, образующийся аммиак нейтрализует кислые продукты обмена и в виде аммониевых солей экскретируется с мочой. В почках образуется и выводится около 0,5 г солей аммония в сутки.

121

Кроме того, глутамин – это основной донов азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и т.д.

64. Трансаминирование: специфичность аминотрансфераз и механизм их действия. Роль глутаминовой кислоты в этих процессах. Биологическая роль реакций трансаминирования. Диагностическое значение определения активности трансаминаз в сыворотке крови (инфаркт миокарда и гепатиты).

Трансаминирование – это реакция переноса альфа-аминогруппы с аминокислоты на альфа-кето- кислоту, в результате чего образуются новая аминокислота и новая кетокислота.

Реакции трансаминирования катализируют аминотрансферазы, коферментом которых является пиридоксальфосфат (ПФ) – производное витамина B6. Вступать в реакции трансаминирования могут все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина.

Аминотрансферазы – это классический пример ферментов, которые катализируют реакции по механизму «пинг-понг». В таких реакциях первый продукт должен уйти из активного центра фермента до того, как второй субстрат сможет к нему присоединиться. Активная форма аминотрансфераз образуется в результате присоединения пиродоксальфосфата к аминогруппе лизина, который входит в состав активного центра фермента.

Чаще всего в реакциях трансаминирования участвуют аминокислоты, содержание которых в тканях выше остальных – глутамат, аланин и аспартат. Соответствующие им кетокислоты:

-глутамат – альфа-кетоглутарат

-аланин – пируват

-аспартат – оксалоацетат

Акцептором аминогруппы любой аминокислоты, подвергающейся трансминированию, является альфа-кетоглутарат. Принимая аминогруппу, он превращается в глутамат и способен передавать эту группу другой кетокислоте.

Наиболее распространенными аминотрансферазами являются аланинаминотрансфераза (АЛТ / АлАТ) и аспарагинаминотрансфераза (АСТ / АсАТ).

АЛТ катализирует реакцию трансаминирования между аланином и альфакетоглутаратом. Этот фермент локализован во многих органах, но наибольшее его количество обнаружено в печени и сердечной мышце.

АСТ катализирует реакцию трансаминирования между аспартатом и альфакетоглутаратом. Обнаруживается в сердечной мышце и печени.

В результате работы аминотрансфераз аминный азот многих аминокислот переходит в глутамат. Глутамат – транспортная форма аминного азота. Глутамат может использоваться для окислительного дезаминирования или обезвреживать свободный аммиак с образованием глутамина.

Биологическое значение трансаминирования:

122

1)трансаминирование – это заключительный этап синтеза заменимых аминокислот

2)трансаминирование – это первая стадия дезаминирования для многих аминокислот (а именно трансдезаминирование)

3)кетокислоты, образующиеся в результате трансаминирования, окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел

4)в результате трансаминирования в клетке не меняется общее количество аминокислот

Вклинической практике широко используется определение активности АСТ и АЛТ в сыворотке крови для диагностики некоторых заболеваний. В норме активность этих ферментов мала и составляет 5-40 Е/л. При повреждении клеток соответствующего органа ферменты выходят в кровь, и их активность резко повышается. Поскольку АСТ и АЛТ наиболее активны в клетках печени и миокарда, их используют для диагностики заболеваний именно этих органов.

Вклетках миокарда количество АСТ превышает количество АЛТ, а в печени – наоборот. Соотношение АСТ/АЛТ называют «коэффициент де Ритиса». В норме он равен 1,33+0,42. При инфаркте количество АСТ в крови увеличивается почти в 10 раз, АЛТ – в 1,5-2 раза. При гепатитах активность АЛТ увеличивается в 8-10 раз, а АСТ в 2-4 раза.

65. Мочевина как конечный продукт азотистого обмена. Биосинтез мочевины, его этапы. Связь орнитинового цикла с метаболизмом фумаровой и аспарагиновой кислот. Нарушения синтеза и выведения мочевины. Гипераммониемия.

Мочевина – основной конечный продукт азотистого обмена, в составе которого из организма выделяется 90% всего выводимого азота. Экскреция мочевины в норме составляет 25 г/сут. Мочевина синтезируется только в печени.

Мочевина – амид угольной кислоты – содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, второго – аспартат.

Реакции синтеза мочевины (орнитиновый цикл):

1)образование карбамоилфосфата под действием карбомоилсинтетазы I

2)взаимодействие карбомоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина под действием орнитинкарбомоилтрансферазы

3) взаимодействие цитруллина и аспартата с образованием аргининосукцината под действием аргининосукцинатсинтетазы

123

4) расщепление аргининосукцината до аргинина и фумарата под действием аргининосукцинатли-

азы

5) образование мочевины из аргинина под действием аргиназы

Аспартат, необходимый для синтеза аргининосукцината, образуется в печени путем траснаминирования аланина с оксалоацетатом. Источником оксалоацетата,необходимого для этой реакции, можно считать превращение фумарата, образующего в реакциях орнитинового цикла. Фумарат превращается в малат, который затем переносится в митохондрии, включается в ЦТК и дегидрируется с образованием оксалоацетата. Эта реакция сопровождается выделением 3 молекул АТФ, которые и компенсируют затраты энергии на синтез одной молекулы мочевины. Таким образом, с орнитиновым циклом сопряжен цикл регенерации аспартата из фумарата.

Нарушение реакций обезвреживания аммиака может вызвать повышение содержания аммиака в крови – гипераммониемию, что оказывает токсическое действие на организм. Причинами гипераммониемии могут выступать как генетический дефект ферментов орнитинового цикла в печени, так и вторичное поражение печени в результате цирроза, гепатита и других заболеваний. Основной диагностический признак – повышение концентрации аммиака в крови.

Известны пять наследственных заболеваний, обусловленных дефектом пяти ферментов орнитинового цикла:

124

66. Декарбоксилирование аминокислот. Биогенные амины: гистамин, серотонин, γ-аминомасляная кислота, катехоламины. Их происхождение, функции, рас-

щепление. Образование токсических аминов в толстом кишечнике, их обезвреживание в печени.

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию – отщеплению альфа-карбоксильной группы. Продуктами реакции являются СО2 и амины, которые оказывают выраженное биологическое действие на организм (отсюда и название биогенные амины).

Реакции декарбоксилирования необратимы, катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз – пиродоксальфосфат (ПФ). Некоторые декарбоксилазы вместо ПФ могут содержать остаток пирувата. Амины, которые образуются при декарбоксилировании аминокислот, могут выполнять функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК), гормонов (адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин).

Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани. Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог), развитии иммунных и аллергических реакций. Гистамин выполняет следующие функции:

1)стимулирует секрецию желудочного сока, слюны (т.е. играет роль пищеварительного гормона)

2)повышает проницаемость капилляров, вызывает отеки, снимает артериальное давление (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль)

3)участвует в формировании воспалительной реакции, вызывает расширение сосудов, покраснение кожи

4)вызывает аллергическую реакцию

5)является медиатором боли

Реакция образования гистамина:

Серотонин – нейромедиатор, биологически активное вещество широкого спектра действия. Образуется в тучных клетках кожи, ЦНС, легких, надпочечниках из 5-гидрокситриптофана в результате действия декарбоксилазы ароматических аминоксилот. 5-гидрокситриптофан синтезируется из триптофана под действием фенилаланингидроксилазы.

Серотонин может превращаться в мелатонин, который регулирует суточные и сезонные изменения метаболизма организма.

Функции:

1)оказывает сосудосуживающий эффект

2)регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание

3)является тормозным медиатором ЦНС4) стимулирует перистальтику ЖКТ

5)обладает антидепрессантным действием

Реакции образования серотонина:

γ-аминомасляная кислота (ГАМК) образуется в результате декарбоксилирования глутамата. Она служит основным тормозным медиатором высших отелов мозга. Синтез ГАМК происходит исключительно в ЦНС в подкорковых образованиях головного мозга.

125

Функции:

1)увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К+, тем самым вызывает торможение нервного импульса

2)ГАМК в составе препаратов применяют при сосудистых заболеваниях головного мозга, умственной отсталости, эндогенных депрессиях, эпилепсии и т.д.

Реакция образования ГАМК:

Адреналин, норадреналин и дофамин под общим названием КАТЕХОЛАМИНЫ представляют собой производные аминокислоты тирозина.

Адреналин – это гормон, активно синтезирующийся при стрессе и регулирующий основной обмен, а также усиливающий сокращение сердечной мышцы. Норадреналин – возбуждающий медиатор в гипоталамусе, а также медиатор симпатической нервной системы. Дофамин является медиатором среднего отдела мозга.

Синтез катехоламинов осуществляется в клетках мозгового слоя надпочечников, норадреналин, помимо этого, может синтезироваться в нервных синапсах.

Реакции образования катехоламинов:

Существуют два способа инактивации биогенных аминов - дезаминирование и метилирование. Дезаминирование протекает с образованием свободного аммиака и с участием ФАД. Катализирует

реакцию моноаминоксидаза, она обнаружена во многих тканях, но наиболее активна в печени, желудке, почках, кишечнике, нервной ткани.

126

Метилирование биогенного амина происходит при наличии у него гидроксильной группы (дофамин, серотонин). В реакции принимает участие активная форма метионина – S-аденозилметионин (SAM), образуется метилированная форма амина и S-аденозилгомоцистеин (SАГ).

Например, дофамин может обезвреживаться обоими указанными выше способами с образованием промежуточных метаболиов: 3,4-дигидроксифенилуксусной кислоты или 3-метокситирамина. Оба эти вещества превращаются в гомованилиновую кислоту.

Часть аминокислот не всасывается и подвергается процессам гниения с участием микрофлоры в толстом кишечнике. Продукты гниения аминокислот могут всасываться и попадают в печень, где подвергаются реакциям обезвреживания.

За счет деятельности микрофлоры толстого кишечника аминокислоты подвергаются гниению с образованием ядовитых продуктов: при распаде серосодержащих аминокислот (цистеина и метионина) образуются H2S и метилмеркаптан (CH3SH). Диаминокислоты, в частности орнитин и лизин, подвергаются декарбоксилированию с образованием протеиногенных аминов (трупных ядов)

При разрушении фенилаланина, тирозина, триптофана, образуются соответствующие биогенные амины: фенилэтиламин, триптамин, серотонин. При разрушении этих же аминокислот могут образовываться крезол, фенол, скатол, индол, бензол.

127

Все эти вещества гидрофобны и обладают мембранотропным действием (поражают мембраны клеток печени, эритроцитов, легких). Продукты распада аминокислот поступают в печень, где подвергаются детоксикации. В печени эти продукты обезвреживаются путем конъюгации с серной или глюкуроновой кислотой с образованием нетоксичных парных кислот (фенолсерная, скатоксилсерная).

Происходит это так: в печени содержатся специфические ферменты - арилсульфотрансфераза и УДФ-глюкуронилтрансфераза, которые катализируют перенос остатка серной кислоты из ее связанной формы-ФАФС (фосфоаденозинфосфосульфат) и остатка глюкуроновой кислоты из ее связанной формы-УДФГК (уридиндифосфоглюкуроновой кислоты) на любой из указанных выше продуктов. Продукты реакции выводятся с мочой.

67. Обмен безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Синтез глюкозы из аминокислот (глюкозо-аланиновый цикл). Синтез аминокислот из продуктов обмена глюкозы: синтез серина, глицина. Роль фолиевой кислоты в обмене этих аминокислот. Использование глицина для синтеза различных веществ в организме.

В ходе катаболизма аминокислот происходит отщепление аминогруппы и выделение аммиака. Другим продуктом дезаминирования служит безазотистый остаток в виде альфа-кетокислот.

Большая часть безазотистых остатков превращается в пируват либо непосредственно (Ала, Сер), либо в результате более сложного пути, превращаясь сначала в один из метаболитов ЦТК. В реакции цитратного цикла происходит образование оксалоацетата, который превращается в фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, которыйокисляется в ЦТК до СО2 и Н2О с выделением энергии. Такой путь проходят преимущественно аминокислоты пищи.

При недостатке глюкозы в организме фосфоенолпируват включается в глюконеогенез. Это происходит при голодании, длительной физической работе, при сахарном диабете и других тяжелых заболеваниях, которые сопровождаются распадом собственных белков организма.

Катаболизм аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, альфа-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат.

Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (альфа-кето- глутарат, сукцинил-КоА, фумарат) и образуют в конечном итоге оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза. Такие аминокислоты называют гликогенными.

Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или аце- тил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными.

Ряд аминокислот используется и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются 2 продукта - определённый метаболит цитратного цикла и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле). Такие аминокислоты называют смешанными, или гликокетогенными.

128

•синтез креатина;

•синтез пуриновых нуклеотидов;

•входит в состав глютатиона;

•участвует в процессах детоксикации;

•переходит в углеводы через образование пирувата;

•служит источником метиленового радикала (СН2=).

Синтез глицина из серина:

Пути использования серина и глицина:

В превращениях серина и глицина главную роль играют ферменты, коферментами которых служат производные фолиевой кислоты (фолата). Молекула фолиевой кислоты (фолата) состоит из 3 частей: птеридина, парааминобензойной и глутаминовой кислот.

Коферментную функцию выполняет восстановленная форма фолата – тетрагидроксифолиевая кислота (ТГФК или Н4-фолат). Все образующиеся производные ТГФК играют роль переносчиков одноуглеродных фрагментов при синтезе некоторых соединений: пуриновых оснований, тимидиловой кислоты, метионина.

68. Обмен фенилаланина и тирозина. Образование катехоламинов, гормонов щитовидной железы, меланина. Нарушения процессов распада тирозина: фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм.

Фенилаланин – незаменимая аминокислота, поскольку в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо. Фенилаланин расходуется по двум путям:

1)включается в белки

2)превращается в тирозин в результате гидроксилирования Реакция гидроксилирования фенилала-

нина катализируется фенилаланингидроксилазой (фенилаланин-4-монооксигеназа), коферментом которой служит тетрагидробиоптерин

(Н4БП).

Тирозин – условно заменимая аминокислота, поскольку синтезируется из фенилаланина. Её обмен значительно сложнее, она используется для синтеза:

1) белков

130