- •Структура и функции белков
- •Ферменты
- •1. Субстратная специфичность
- •Введение в обмен веществ. Биохимия питания
- •Биосинтез нуклеиновых кислот и белков
- •Строение и функции клеточных мембран
- •Биологическое окисление. Энергетичский обмен
- •Сопряжение общих путей катаболизма с дыхательной цепью
- •Регуляция общих путей катаболизма
- •Обмен и функции углеводов
- •Биосинтез гликогена
- •Обмен и функции липидов
- •Обмен и функции аминокислот
- •78. Переаминирование аминокислот.
- •Регуляция обмена веществ. Гормоны
- •Биохимия крови
- •Биохимия мышц
- •Биохимия нервной ткани
- •Биохимия печени
- •Биохимия образования мочи
Обмен и функции аминокислот
68. Источники и пути расходования аминокислот в тканях. Заменимые и незаменимые аминокислоты, примеры синтеза заменимых аминокислот. Пул аминокислот. Аминокислотная недостаточность.
69. Трансаминирование аминокислот, роль глутаминовой кислоты. Значение реакций. Аминотрансферазы. Витамин В6. Диагностическое значение определения активности аминотрансфераз сыворотки крови.
78. Переаминирование аминокислот.
При трансаминировании аминокислота взаимодействует к кетокислотой и в ходе этого взаимодействия происходит перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без образоввдня свободного аммиака В результате образуется новая аминокислота и новая кетокислота. Одной из участвующих во взаимодействии кислот должна быть дикарбоновой.
Реакции катализируются ферментами - аминотрансферазы (трансаминазы)
Реакции трансаминирования легко обратимы, в клетках органах и тканей находиться большое кол-во трансаминаз Каждый фермент катализирует перенос аминогруппы только между определенной парой аминокислот В реакцию трансаминирования из аминокислот входящих в состав белков вступают только две трионин и лизин Биологическая роль трансаминирования.
Трансаминирование играет огромную роль в оптимизации смеси аминокислот, поступающих из кишечника во внутреннюю среду организма. В организме синтезируются ряд кетокислот которые в результате трансаминирования могут превращаться в заменимые аминокислоты. ПРи трансаминировании происходит перераспределение аминного азота поступающего из кишечника. В клинической практике нашло широкое применение определение активности двух трансаминаз - алат, асат Эти ферменты относятся к внутриклеточным ферментам и в норме их активность в крови крайне низкая.
Активность в миокарде в печени очень высокая и при поражении этих тканей ферменты выходят в кровь Поэтому повышение активности трансаминаз в крови свидетельствует о поражении той или иной ткани какого-либо органа Например при инфаркте миокарда активность асат (аспартатаминотрансферазы) увеличивается ухе через 3-5 часов, при благоприятном течении заболевания активность через 3-4 дня возвращается к исходному уровню При болезни Боткина в крови резко увеличивается активность второй трансаминазы алат (аланинаминотрансфераз). Источником аминного азота для синтеза аминокислот путем трансаминирования является глютомат Если в клетках нет достаточного количества глютомата, то он может быть синтезирован из аммиака в реакции восстановительного аминирования. Реакций восстановительного аминирования а-кетоглютората с последующим переносом аминного азота на кетокислоту - трансреаминирования. Таким образом трансреаминирование является основным путем синтеза заменимых аминокислот.
Глютомлдегидрогиназа катализирует реакцию дезаминировання гчютомата и восстановительное аминирование а-кетоппотората с участием восстановленного НАД
Трансреаминирование - это основной путь синтеза заменимых аминокислот в организме человека.
Витамин В6. фосфоперидоксаль является коферментом декарбоксилаз некоторых аминокислот.
70. Метионин. Реакции трансметилирования. Роль фолиевой кислоты, витамина В12. Значение реакций, примеры. Реакции реметилирования, образование метионина и гомоцистеина. Гипергомоцистеинемия.
Метильная группа метионина — это тоже мобильный одноуглеродный фрагмент, * используется для метилирования большого числа разных соединений. Непосредственным донором метильной группы в реакциях трансметилирования служит производное метионина S-аденозилметионин,. В качестве примера реакции трансметилирования укажем на синтез креатина. В синтезе креатина участвуют два органа — почки и печень. В почках образуется гуанидинуксусная к-та: Гуанидинацетат с кровотоком транспортируется в печень, где в реакции трансметилирования превращается в креатин. Метионин –незаменимая ак. При гиповитаминозе, связанном с недостаточночтью фолиевой кислоты, обмен одноуглеродных групп нарушается. Первое клиническое проявление - мегалобластическая анемия.Суточная потребность -0,1-0,5 мг. Источники-овощи и зелень, печень.
Фолиевая кислота выполняет коферментные ф-ии. Тетрагидрофолиевая кислота ее коферментные ф-ии связаны с переносом одноуглеродных групп (при биосинтезе метионина, тимина, серина, образ.пуриновых нуклеотидов). В12-кобаламин, антианемический витамин). В12-коферменты (кобамидные коферменты-содержат 2 типа лигандов-метильную и 5-дезоксиаденозильную. Соотв.различают метилкобаломин и дезоксиаденозилкобаламин) уч.в качестве простетической группы. Уч.в реакциях трансметилирования, в которых он выполняет роль промежуточного переносчика метильной группы.
Гомоцистеин — это аминокислота, которая не содержится в продуктах питания, а образуется в организме из метионина. Как и другие аминокислоты, гомоцистеин участвует в образовании белков организма. Метаболизм гомоцистеина происходит внутриклеточно. Гомоцистеин обладает способностью оказывать прямое цитотоксическое (повреждающее) действие на эндотелий артерий. Кроме того, гомоцистеин активирует систему свертывания крови, агрегационную активность тромбоцитов, способствует повышению в крови содержания холестерина, повышает митотическую активность гладкомышечных клеток сосудов, что, в конечном итоге, способствует развитию атеросклероза и ассоциированных с ним заболеваний.
Гипергомоцистеинемия — это патологическое состояние организма, проявляющееся повышенной концентрацией гомоцистеина в крови.
71. Реакции перегруппировки и переноса одноуглеродных фрагментов (рассмотреть на примере реакции трансметилирования и превращения метилмалонил-КоА). Значение реакций. Витамины В12 и фолиевая кислота. Проявление недостаточности. Антивитамины, сульфаниламидные препараты.
Метильная группа метионина — это тоже мобильный одноуглеродный фрагмент, * используется для метилирования большого числа разных соединений. Непосредственным донором метильной группы в реакциях трансметилирования служит производное метионина S-аденозилметионин, образующийся под действием метионин-аденозилтрансферазы из метионина и АТФ: В качестве примера реакции трансметилирования укажем на синтез креатина. Это вещество играет важную роль в обеспечении работающей мышцы аденозинтрифосфатом. В синтезе креатина участвуют два органа — почки и печень. В почках образуется гуанидинуксусная к-та: Гуанидинацетат с кровотоком транспортируется в печень, где в реакции трансметилирования превращается в креатин: Одна из важных функций трансметилирования связана с метаболизмом и обезвреживанием чужеродных соединений, в том числе лекарств; эти реакции приводятся в главе о биохимии печени. Метионин –незаменимая ак При гиповитаминозе, связанном с недостаточночтью фолиевой кислоты, обмен одноуглеродных групп нарушается. Первое клиническое проявление - мегалобластическая анемия.Суточная потребность -0,1-0,5 мг. Источники-овощи и зелень, печень.
72. Аммиак, его образование, обезвреживание и выделение.
Катаболизм аминокислот в тканях происходит постоянно со скоростью ∼100 г/сут. При этом в результате дезаминирования аминокислот освобождается большое количество аммиака.
Часть аммиака образуется в кишечнике в результате действия бактерий на пищевые белки (гниение белков в кишечнике) и поступает в кровь воротной вены. Концентрация аммиака в крови воротной вены существенно больше, чем в общем кровотоке. Аммиак - токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего на ЦНС. Так, повышение концентрации аммиака в мозге до 0,6 ммоль вызывает судороги. К симптомам гипераммониемии относят тремор, нечленораздельную речь, тошноту, рвоту, головокружение, судорожные припадки, потерю сознания. В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом.
Основные источники аммиака
Источник |
Процесс |
Аминокислоты |
Непрямое дезаминирование (основной путь дезаминирования аминокислот) |
Биогенные амины |
Окислительное дезаминирование (путь инактивации биогенных аминов) |
АМФ |
Гидролитическое дезаминирование |
Высокая интенсивность процессов дезаминирования аминокислот в тканях и очень низкий уровень аммиака в крови свидетельствуют о том, что в клетках активно происходит связывание аммиака с образованием нетоксичных соединений, которые выводятся из организма с мочой. Эти реакции можно считать реакциями обезвреживания аммиака. Наиболее значительные количества аммиака обезвреживаются в печени путём синтеза мочевины
73. Обмен безазотистого остатка аминокислот. Гликогенные и кетогенные аминокислоты (рассмотреть на примере катаболизма фенилаланина). Синтез глюкозы из аминокислот, значение процесса.
Углеродные скелеты аминокислот, образующиеся при дезаминировании аминокислот могут использоваться в клетках по различным направлениям
1-е направление Они могут использоваться в качестве субстратов для глюконеогенеза (синтез глбкозы из иеуглеводных предшественников)
2-е направление Превращение углеродных скелетов в ацетоновые тела
3-е направление Окисление до углекислого газа и воды
4-е направление Использование углеродного скелета для ресинтеза аминокислот
В ходе катаболизма аминокислот происходит отщепление аминогруппы и выделение аммиака. Большая часть безазотистых остатков аминокислот превращается в пируват либо непосредственно (Ала, Сер), или превращаясь вначале в один из метаболитов ЦТК. Затем в реакциях 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, который окисляется в ЦТК до СО2 и Н2О с выделением энергии. Такой путь проходят преимущественно аминокислоты пищи. Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат
Аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-КГ, сукцинил-КоА, фумарат) и образуют в конечном итоге оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза. Такие аминокислоты относят к группе гликогенных аминокислот.
Некоторые аминокислоты в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (Лиз, Лей) или ацетил-КоА (Лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел. Такие аминокислоты называют кетогенными.
Глюконеогенез – синтез глюкозы из неуглеводных продуктов. Такими продуктами или метаболитами являются в первую очередь молочная и пи-ровиноградная кислоты, так называемые гликогенные аминокислоты, гли-церол и ряд других соединений. Иными словами, предшественникамиглюкозы в глюконеогенезе может быть пируват или любое соединение, превращающееся в процессе катаболизма в пируват или один из промежуточных продуктов цикла трикарбоновых кислот.
74. Дезаминирование аминокислот (прямое и непрямое). Значение процесса. Глутамат-дегидрогеназа. Судьба аминогруппы и безазотистого остатка аминокислот.
Дезаминирование - процесс отщепления от аминокислот аминогрупп с образованием свободного аммиака Дезанминирование в организме челочка протекает в 2ариантах 1 В виде прямого дезаминирования 2 В виде непрямого дезаминирования (трансдезаминирование) Прямое дезаминировакие аминокислот встречается в 4 основных вариантах а) окислительное дезаминирование б) внутримолекулярное дезаминирование в) гидролитическое дезаминирование г) восстановительное дезаминирование В клетках человека работают только 2 из перечисленных окислительное и внутримолекулярное дезаминирование Прямое окислительное дезаминирование аминокислот. - образуются а-кетокислоты и аммиак Процесс идет в 2 этапа На первом зтапе при участии фермента оксидазы от аминокислоты отщепляется 2 атома водорода и аминокислота превращается в нминокислоту На втором этапе образованная иминокислота спонтанно присоединяет воду без участия фермента с образованием кетокислоты и аммиака Дегидрирование, происходящее на первом этапе сопровождается переносом водорода на ФАД или ФМН т е на простетические группы ферментов оксидаз т е вначале образуется восстановленный ФАД или ФМН и эти же восстановленные формы переносят затем водород на кислород (аэробные легилпогннялгы) и образуется токсическая перекись водорода. В организме человека присутствует оксидаза L-аминокислот в качестве кофермента ФМН Эта оксидаза обладает низкой активностью, в то же время в тканях обнаружена оксидаза D-амннокислот, в качестве кофермента она содержит ФАД. Считают, что оксидаза D-аминокислот обеспечивает превращение D-аминокислот, которые образуются в кишечнике. Образуется иминокислота, водород переноситься на ФМН и этот кофермент переносит водород на кислород с, образованием перекиси водорода Перекись водорода немедленно разрушается католазой. т
Иминокислота спонтанно присоединяет воду с образованием кетокислоты и отщеплением иминогруппы в виде аммиака.
Обмен безазотистого остатка амин.Гликогенные и кетогенные реакции Предшественниками глюкозы при глюконеогенезе являются пируват, оксалоацетат и фосфоенолпируват. Поэтому ак, * превращаются в эти соединения, могут быть использованы для синтеза глюкозы (глюконеогенез из ак); такие ак называют гликогенными. Глюконеогенез с участием ак происходит особенно активно при преимущественно белковом питании, а также при голодании. В последнем случае используются ак собственных белков тканей. Катаболизм лейцина и лизина не включает стадии образования пировиноградной к-ты; углеродная часть превращается непосредственно в ацетоуксусную кислоту и ацетил-КоА, из которых синтез углеводов невозможен: это кетогенные ак. Тирозин, фенилаланин, изолейцин и триптофан являются одновременно и гликогенными, и кетогенными: часть углеродных атомов их молекул при катаболизме образует пируват, другая часть включается в ацетил-КоА, минуя стадию пирувата. Фенилаланин — это незаменимая аминокислота, а тирозин — условно заменимая, поскольку образуется в организме из фени-лаланина. Обе эти аминокислоты в достаточных количествах содержатся в пищевых белках, в том числе растительных. Основная масса фенилаланина расходуется по .двум путям—включается в белки и превращается в тирозин.
75. Обмен фенилаланина и тирозина. Образование биологически активных соединений. Нарушения обмена и их последствия.
Фенилаланин — это незаменимая ак, а тирозин — ёёусловно заменимая, поскольку образуется в организме из фенилаланина. Обе эти ак в достаточных количествах содержатся в пищевых белках, в том числе растительных. Основная масса фенилаланина расходуется по двум путям — включается в белки и превращается в тирозин. Обмен тирозина значительно сложнее: кроме использования для синтеза белков он служит предшественником катехоламинов, меланина, тироксина, а также может подвергаться катаболизму до СОг и Нг0
Катаболизм фенилаланина и тирозина. Специфической частью катаболизма этих ак является серия реакций, завершающаяся образованием фумарата и ацетоацетата: Превращение фенилаланина в тирозин скорее нужно для удаления избытка фенилаланина, чем для образования тирозина, поскольку недостатка в тирозине обычно не бывает. Эта реакция катализируется ферментом фенилаланингидроксилазой. В генофонде человека имеются аллельные гены фенилаланингидрок-силазы, кодирующие неактивные варианты фермента. В гетерозиготном состоянии эти аллели обнаруживаются примерно у 2% людей, но фенотипически обычно не проявляются, поскольку синтез активного фермента обеспечивается нормальным аллелем. У гомозиготных индивидов фенилаланингидроксилазной активности в тканях не обнаруживается (или она очёнь низка), в результате возникаете блок реакции превращения фенилаланина в тирозин. Этот дефект метаболизма проявляется как болезнь фенил-кетонурия. Концентрация фенилаланина в тканях больного повышается в десятки раз; его содержание в крови достигает 10— 80 мг/дл (в норме 1—4 мг/дл). В этих условиях значительная часть фенилаланина превращается в фенилпировиноградную и фенилмолочную кислоты (в норме они почти не образуются): Все эти соединения выделяются с мочой больного. Наиболее тяжелое проявление фенилкетонурии—резкое нарушение, умственного и физического развития (в 10 лет ребенок не ходит, знает всего несколько слов). Вероятно, эти нарушения связаны с токсическим действием высоких концентраций фенилаланина. При диете, содержащей мало фенилаланина, его концентрация в крови больных снижается и развитие симптомов болезни замедляется.
.Наследственная болезнь-алкаптонурия, связанная с блоком катаболизма тирозина на стадии гомогентизиновой кислоты.
76. Декарбоксилирование аминокислот, образование биогенных аминов (катехоламины, ГAMK, гистамин, серотонин) и их функции. Роль витамина В6. Инактивация биогенных аминов, моно- и диаминооксидазы.
декарбоксилированию подвергаются не все аминокислоты, а лишь те из них при декарбоксилировании которых образуются биологически активные соединения выполняющие в организме функции или биорегуляторов или нейромедиаторов - биогенные амины. Биогенные амины обладают высокой биологической активностью и после выполнения основных функций они должны быть инакгивированы Общим путем инактивации биогенных аминов является их окислительное дезаминирование с участием ферментов моноаминооксидаз или диаминооксидаз
Биогенный амин, в данном случае моноамин, поэтому фермент моноаминооксидаза (оксидаза способна переносить отщепляемый водород непосредственно на кислород с образованием перекиси водорода), превращается в альдегид, который затем окисляется до жирной кислоты, а перекись водорода расщепятся
Образование этих биологически активных. Из аминокислоты гистидина под действием гистидиндекарбоксилазы образуется биогенный амин - гистамин -клеточный медиатор. Гистамин обладает выраженным сосудорасширяющим действием, причем , Он участвует в развитии воспалительных , он стимулирует выделение желудочного. Инактивация гистамина идет либо за счет его дезаминнрования либо путем метилирования.
Аминокислота триптофан служит предшественником еще одного очень важного амина - серотонин Вначале триптофан подвергается, затем под действием соответствующей декарбоксилазы происходит образование серотонина Серотонин является нейромедиатором стволовой части головного мозга 1 При нарушении его обмена развивается галлюциногенный синдром (галлюцинации устрашающего характера и зрительные и слуховые) 2 Он является так же мощными сосудосуживающим средством. Инактивация серотонина идет или путем его окислительного дезаминирования или же путем метилирования по аминогруппе, 1 Серотонин играет важную роль в развитии аллергии 2 Серотонин является предшественником гормона эпифиза мелатонина
Три биогенных амина (дофамин норадреналин и адреналин = котихоламины) образуются из- тирозина. Тирозин гидроксилируется с превращением в ДОФА (диоксифениламнин), затем ДОФА декарбоксилируется и превращается в дофамин. .Дофамин является промежуточным продуктом при синтезе норадреналина и адреналина. В реакции превращения дофамина в норадреналин участвует аскорбат (аскорбат участвует в синтезе гормонов).
Норадрешлин и адреналин являются во-первых медиаторами симпатической нервной системы во-вторых гормонами мозгового вещества надпочечников Оба зтих биогенных амина обладают •ырвжоашм сосудосуживающим. Инактивирование названных биогенных аминов осуществляется в основном путем их
Декарбоксилированию кроме ароматических аминокислот могут подвергаться аминокислоты жирного ряда, в частности глютомат. Образующееся при декарбоксилировании глутомата соединение является медиатором -у аминомаслянная кислота-тормозной медиатор коры головного.
77. Образование мочевины (орнитиновый цикл). Нарушения этого процесса. Гипераммониемия и ее последствия.
Образование мочевины (орнитиновый цикл) Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Основным и, возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень
На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат, синтез которого представляет немалый интерес. Карбамоил фосфат — это метаболически активная форма аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза ряда других азотистых соединений. На втором этапе цикла конденсация карбамоил фосфата и орнитина с образованием цитруллина. На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций. Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспарагиновой кислоты с образованием аргининосук-цината (эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза). Аргининосукцинат распадается в следующей реакции на аргинин и фумарат при участии другого фермента — аргининосукцинат-лиазы. На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орпитин под действием аргиназы. Необходимо подчеркнуть, что аргиназа содержится в печени тех животных, которые экскретируют с мочой мочевину как основной и конечный продукт азотистого обмена; в печени птиц, например, аргиназа отсутствует, поскольку птицы выделяют мочевую кислоту вместо мочевины. Суммарная реакция синтеза мочевины. Данная реакция сопровождается снижением свободной энергии поэтому процесс всегда протекает в направлении синтеза мочевины. Из приведенной схемы процесса мочевинообразования нетрудно видеть, что один из атомов азота мочевины имеет своим источником свободный аммиак (через карбамоилфосфат); второй атом азота поступает из аспартата. Аммиак образуется главным образом в процессе глутаматдегидрогеназной реакции. Что же касается пополнения запасов аспартата, то в этом процессе участвуют три сопряженные реакции: сначала фумарат под действием фумаразы присоединяет воду и превращается в малат, который окисляется затем при участии малатдегидрогеназы с образованием оксалоацетата, последний в реакции трансаминирования с глутаматом вновь образует аспартат. Гиперрамониемия -повышение концентрации аммиака в крови - рвота, возбуждение, припадки с потерей сознания и судорогами.