Биологически активные аминокислоты, пептиды. Ферменты.

В живых организмах встречается около 300 аминокислот, 20 входят в состав белков человека, 8 из них –незаменимые.

Аминокислоты - класс органических соединений, содержащих карбоксильные и амино- группы.

Около 20 важнейших аминикислот служат мономерными звеньями, из которых построены все белки.

Незаменимые аминокислоты - кислоты, которые не синтезируются клетками животных и человека и поступают в организм в составе белков пищи. Для разных животных набор незаменимых аминокислот неодинаков. Отсутствие или недостаток незаменимых аминокислот приводит к остановке роста, падению массы, нарушениям обмена веществ и к гибели организма.

Для человека незаменимые аминокислоты: валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, фенилаланин, триптофан, лизин и в некоторых случаях аргинин. Для разных животных набор незаменимых аминокислот неодинаков.

Валин (Вал; Val; V)

Валин необходим для метаболизма в мышцах, восстановления поврежденных тканей и для поддержания нормального обмена азота в организме. Он может быть использован мышцами в качестве источника энергии.

Лейцин (Лей; Leu; L)

Лейцин - незаменимая аминокислота. Она защищает мышечные ткани и является источником энергии, а также способствует восстановлению костей, кожи, мышц. Лейцин несколько понижает уровень сахара в крови и стимулирует выделение гормона роста.

Изолейцин (Иле; Ile; I)

Изолейцин - одна из незаменимых аминокислот, необходимых для синтеза гемоглобина. Также стабилизирует и регулирует уровень сахара в крови и процессы энергообеспечения. Метаболизм изолейцина происходит в мышечной ткани.

Треонин (Тре; Tre; T)

Треонин - это незаменимая аминокислота, способствующая поддержанию нормального белкового обмена в организме. Она важна для синтеза коллагена и эластина, помогает работе печени и участвует в обмене жиров. Треонин находится в сердце, центральной нервной системе, скелетной мускулатуре и препятствует отложению жиров в печени. Эта аминокислота стимулирует иммунитет.

Метионин (Мет; Met; M)

Метионин - незаменимая аминокислота, помогающая переработке жиров, предотвращая их отложение в печени и в стенках артерий. Эта аминокислота способствует пищеварению, защищает от воздействия радиации, полезна при остеопорозе и химической аллергии. Метионин применяют в комплексной терапии ревматоидного артрита и токсикоза беременности.

Фенилаланин (Фен; Fhe; F)

Фенилаланин в организме может превращаться в другую аминокислоту - тирозин, которая, в свою очередь, используется в синтезе двух основных нейромедиаторов: допамина и норэпинефрина. Поэтому эта аминокислота влияет на настроение, уменьшает боль, улучшает память и способность к обучению, подавляет аппетит. Фенилаланин используют в лечении артрита, депрессии, болей при менструации, мигрени, ожирения.

Триптофан (Трп; Trp; W)

Триптофан - это незаменимая аминокислота, необходимая для продукции ниацина. Он используется для синтеза в головном мозге серотонина, одного из важнейших нейромедиаторов. Триптофан применяют при бессоннице, депрессии и для стабилизации настроения. Он используется при заболеваниях сердца, для контроля за массой тела, уменьшения аппетита, а также для увеличения выброса гормона роста. Триптофан снижает вредное воздействие никотина.

Лизин (Лиз; Lys; K)

Лизин - это незаменимая аминокислота, входящая в состав практически любых белков. Он необходим для нормального формирования костей и роста детей, способствует усвоению кальция и поддержанию нормального обмена азота у взрослых. Лизин участвует в синтезе антител, гормонов, ферментов, формировании коллагена и восстановлении тканей. Его применяют в восстановительный период после операций и спортивных травм. Прием добавок, содержащих лизин в комбинации с витамином С и биофлавоноидами, рекомендуется при вирусных заболеваниях.

Аргинин (Арг; Arg; R)

Аргинин замедлят рост опухолей, в том числе раковых, за счет стимуляции иммунной системы организма. Его также применяют при заболеваниях печени (циррозе и жировой дистрофии), он способствует дезинтоксикационным процессам в печени (прежде всего обезвреживанию аммиака). Семенная жидкость содержит аргинин; его иногда применяют в комплексной терапии бесплодия у мужчин. В соединительной ткани и в коже также находится большое количество аргинина, поэтому он эффективен при различных травмах. Аргинин - важный компонент обмена веществ в мышечной ткани. Аргинин помогает снизить вес.

Среди всех разновидностей аминокислот особую роль играют аминокислоты с разветвленной боковой цепью – валин, лейцин и изолейцин (рис. 1). Эти три молекулы представляют собой эссенциальные аминокислоты, т.е. незаменимые и жизненно необходимые, поскольку именно они служат начальным звеном различных химических превращений. К подобным процессам относятся:

реакции трансаминирования,

реакции дезаминирования

реакции декарбоксилирования

аминокислот.

В реакциях трансаминирования образуются новые аминокислоты, отвечающие потребностям организма в текущий момент; подобные реакции катализируют трансаминазы.

Дезаминирование аминокислот происходит с участием оксидаз, сопровождается потерей аминогруппы и приводит к образованию карбоксикислот, которые через ряд превращений включаются в процессы окисления и выработки энергии.

Аминокислоты с разветвленной боковой цепью важны для поддержания объема мышечной ткани, ее восстановления после физических нагрузок и поддержания мышечных запасов гликогена. Валин, лейцин и изолейцин составляют примерно 1/3 всей мышечной массы.

Известно наследственное заболевание «болезнь кленового сиропа», при которой нарушено декарбоксилирование указанных α-кетокислот (вследствие синтеза дефектного дегидрогеназного комплекса), что приводит не только к накоплению в крови аминокислот и α-кетокислот, но и к их экскреции с мочой, издающей запах кленового сиропа. Болезнь встречается редко, проявляется обычно в раннем детском возрасте и приводит к нарушению функции мозга и летальному исходу, если не ограничить или полностью не исключить поступление с пищей лейцина, изолейцина и валина. Амины, образовавшиеся в результате ферментативного декарбоксилорования обладают высокой биологической активностью (являются медиаторами).

Общее содержание аминокислот в ткани мозга человека в 8 раз превышает концентрацию их в крови. Аминокислотный состав мозга отличается определенной специфичностью. Так, концентрация свободной глутаминовой кислоты в мозге выше, чем в любом другом органе млекопитающих (10 мкмоль/г). На долю глутаминовой кислоты вместе с ее амидом глутамином и трипептидом глутатионом приходится более 50% α-аминоазота головного мозга. В мозге содержится ряд свободных аминокислот, которые лишь в незначительных количествах обнаруживаются в других тканях млекопитающих. Это γ-аминомасляная кислота, N-ацетиласпарагиновая кислота и цистатионин (соросодержащая аминокислота, в составе белка не встречается).

Известно, что обмен аминокислот в мозговой ткани протекает в разных направлениях. Прежде всего, пул свободных аминокислот используется как источник «сырья» для синтеза белков и биологически активных аминов. Одна из функций дикарбоновых аминокислот в головном мозге – связывание аммиака, освобождающегося при возбуждении нервных клеток. Аммиак – очень ядовитое вещество, особенно для нервной системы. Особую роль в устранении аммиака играет глутаминовая кислота. Она способна связывать аммиак с образованием глутамина – безвредного для нервной ткани вещества. Данная реакция амидирования протекает при участии фермента глутаминсинтетазы и требует затраты энергии АТФ. Непосредственный источник глутаминовой кислоты в мозговой ткани – путь восстановительного аминирования α-кетоглутаровой кислоты;

Образование глутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой и аммиака является важным механизмом нейтрализации аммиака в ткани мозга, где путь устранения аммиака за счет синтеза мочевины не играет существенной роли.

Кроме того, глутаминовая кислота в нервной ткани может декарбоксилироваться с образованием ГАМК:

ГAMК в наибольшем количестве содержится в сером веществе головного мозга. В спинном мозге и периферических нервах ее значительно меньше.

Декарбоксилирование аминокислот – важный метаболический процесс, в результате которого из аминокислот образуются биологически активные амины.

У здорового человека ароматические аминокислоты служат предшественниками возбуждающих медиаторов в головном мозге – катехоламинов (образуются из фенилаланина и триптофана) и серотонина (образуется из тирозина). При печеночной недостаточности, в условиях избыточного накопления фенилаланина, триптофана и тирозина происходит "переключение" химических реакций. Вместо возбуждающих медиаторов вырабатываются так называемые ложные нейротрансмиттеры, оказывающие тормозящее действие, – октопамин (образуется из тирозина), фенилэтаноламин (образуется из фенилаланина).

Аминокислоты	Продукты декарбоксилирования	Биогенные амины	Биологическая функция
Серин	Этаноламин	Ацетилхолин	Возбуждающий медиатор вегетативной нервной системы
Триптофан	Триптамин	Серотонин	Возбуждающий медиатор средних отделов мозга
		Мелатонин
Тирозин	L-3,4-дегидроксифенилаланин (L-ДОФА)	Дофамин	Медиатор среднего отдела мозга
Глутатаминовая кислота	-аминомасляная кислота (ГАМК)		Тормзной медиатор высших отделов мозга
Гистидин	Гистамин		Медиатор воспаления, аллергических реакций, пищеварительный гормон
Фенилаланин	Фенилэтиламин		Обладает нейромедиаторной активностью

Нейротрансмиттеры (НТ) — это химические передатчики сигналов между нейронами и от нейронов на эффекторные (исполнительные) клетки. Именно НТ создают возможность объединения отдельных нейронов в целостный головной мозг и позволяют ему успешно выполнять все его многообразные и жизненно необходимые функции.

Нейротрансмиттеры делят на нейромедиаторы — прямые передатчики нервного импульса, дающие пусковые эффекты (изменение активности нейрона, сокращение мышцы, секрецию железы), и нейромодуляторы — вещества, модифицирующие эффект нейромедиаторов. Соотношение концентраций и активности нейромедиаторов определяет функциональное состояние большинства постсинаптических клеток. Нейромодуляторы обычно действуют более локально — в определённых зонах мозга.

Главные медиаторы головного мозга — аминокислоты. К возбуждающим относятся глутамат и аспартат. При освобождении в синапс они через ионотропные рецепторы (регуляторные субъединицы каналов) открывают быстрые натриевые каналы. Это приводит к быстрому входу в постсинаптический нейрон ионов Na + (в межклеточной жидкости концентрация Na + намного больше, чем внутри клетки). Это деполяризует плазматическую мембрану (изменяет отрицательный заряд на её внутренней поверхности на положительный) и в результате вызывает возбуждение нейрона. Возбуждающие аминокислоты необходимы для всех основных функций головного мозга, включая поддерживание его тонуса, бодрствования, психологической и физической активности, регуляцию поведения, обучение, память, восприятие чувствительных и болевых импульсов. Но всё хорошо в меру. Существуют тяжёлые болезни, вызванные слишком большим освобождением глутамата в синапс. Это характерно для эпилепсии. Избыток глутамата в синапсе приводит к перевозбуждению мозга вплоть до развития тяжёлого судорожного приступа. При ишемии (нарушении кровоснабжения) головного мозга в синапс выделяется так много глутамата, что он вызывает чрезмерное накопление ионов Са 2+ в постсинаптическом нейроне и его повреждение (нейротоксическое действие) — возникает инсульт („удар“). Человек может стать инвалидом из-за ухудшения интеллекта, нарушения речи или плохой работы конечностей.