Методичнi вказiвки до теми

"Тканинні перетворення амінокислот ”

Мета: вивчити основні напрямки тканинних перетворень амінокислот (дезамінування, переамінування, декарбоксилування) та шляхи нейтралізації і виведення аміаку з організму (синтез сечовини, амонійних солей, аспарагіну і глутаміну). Формування умінь і навичок проведення експерименту по визначенню амонійних солей і тваринного індикану в сечі, як сполук, що утворюються внаслідок нейтралізації аміаку в нирках і отруйних речовин в кишечнику.

Теоретичний матеріал.

Гниття білків у кишечнику.

Розщеплення білків починається в шлунку. Тут від протеїдів відщеплюється небілкова група, а протеїни розщеплюються не пептиди під дією ферменту пепсину. Він активний в кислому середовищі (оптимум рН від 1 до 3). В дванадцятипалій кишці пептиди гідролізують під впливом трипсину і хемотрипсину на низькомолекулярні пептиди. В тонкому кишечнику діють також карбокси- і амінопептидази, які відщеплюють кінцеві залишки амінокислот. Дипептиди розщеплюються дипептидазою на амінокислоти. Амінокислоти всмоктуються в кров і потрапляють в печінку

Окремі амінокислоти, які не всмоктались у тонкій кишці, та деякі білки що не розщепились, потрапляють у товсту кишку, де за участю мікроорганізмів піддаються різним перетворенням. Цей процес дістав назву гниття білків . У процесі перетворення з амінокислот утворюються аміни, жирні кислоти, спирти, феноли, індол, скатол та інші сполуки, частина з яких є отруйними для організму.

Так, під час декарбоксилування діаміномонокарбонових кислот орнітину і лізину утворюються відповідно путресцин і кадаверин:

NH₂ – CH - COOH

│

( CH₂)₃ → NH₂ – (CH₂)₄ – NH₂ + CO₂;

Орнітин Путресцин

NH₂ – CH - COOH

│

( CH₂)₄ → NH₂ – (CH₂)₅ – NH₂+ CO₂

│

NH₂

Лізин Кадаверин

Ці аміни є отруйними сполуками. Вони належать до трупних отрут.

Сполуки індол, скатол, крезол і фенол з кишок через систему ворітної вени потрапляють у печінку, де знешкоджуються, взаємодіючи з активними формами сірчаної та глюкуронової кислот. Цей процес у печінці проходить досить інтенсивно. Активізується сірчана кислота внаслідок взаємодії з АТФ, в результаті чого утворюється фосфоаденозинфосфосульфат, табто активно форма сульфату.

Сполуки, які утворюються під час знешкодження отруйних речовин, дістали назву парних сполук, оскільки вони складаються із залишків двох речовин. Наприклад, під час взаємодії фенолу з активною формою сірчаної кислоти утворюється фенол сірчана кислота. Аналогічно взаємодіє з фенолом УДФГК з утворенням феноглюкуронової кислоти.

Подібно відбувається знешкодження індолу і скатолу. Відмінність полягає в тому, що ці сполуки спочатку окислюються, а вже потім взаємодіють з ФАФС і УДФГК з утворенням парних сполук, які виводяться з організму з сечею.

Процеси гниття білків інтенсивно розвиваються при потраплянні в організм недоброякісної їжі, порушенні режиму харчування, захворювання травного каналу та інших захворюваннях. Утворення токсичних продуктів негативно впливає на здоров’я людини та продуктивність с/г тварин.

Дезамінування, переамінування, декарбоксилування амінокислот, можливість взаємоперетворень амінокислот

Дезамінування (від фр. des… — префікс, який означає відділення, та аміни) — процес відщеплення аміногрупи (NH₂) від органічних сполук. Процес супроводжується заміщенням іншою групою (наприклад, Н, ОН, RO) або утворенням подвійного зв'язку. Відіграє важливу роль у процесах життєдіяльності всіх видів живих організмів, де є одним з основних етапів обміну азотистих сполук — амінокислот, амінів, нуклеотидів, нуклеозидів тощо. Біохімічно дезамінування відбувається за участю специфічних ферментів.

Під час окислюваного дезамінування амінокислоти перетворюються на кетокислоти

Розрізняють кілька типів дезамінування.

Окисне дезамінування амінокислот є основним шляхом їх розкладу в організмі, особливо тварин. Приводить до утворення відповідних кетокислот, процес проходить за участю ферментів — оксидаз амінокислот. Окисним шляхом дезамінуються й аміни, що утворюються в організмі при декарбоксилюванні амінокислот. Значна частина цих амінів токсична, тому дезамінування має важливе значення для їх знешкодження. Дезамінування амінів каталізується амінооксидазами. Оксидази природних амінокислот, крім глутаматдегідрогенази, що дезамінує L-глутамінову кислоту, в тваринних тканинах мало активні. Тому більшість L-амінокислот підлягає непрямому дезамінуванню шляхом попереднього перезмінування з утворенням глутамінової кислоти, яка потім підлягає окислювальному дезамінуванню або іншим перетворенням. Іншими типами дезамінування є відновне, гідролітичне та внутрішньомолекулярне.

Під час окислюваного дезамінування амінокислоти перетворюються на кетокислоти:

R – CH – COOH _+О

│ → R – CО – COOH + NH₃

NH₂

Амінокислота Кетокислота

Відновне дезамінування відбувається шляхом окислювально-відновних реакцій між двома амінокислотами, внаслідок чого обидві амінокислоти дезамінуються (реакція між аланіном і гліцином). При внутрішньомолекулярному дезамінуванні утворюються ненасичені кислоти. Ці реакції мають місце при дезамінуванні ряду амінокислот (наприклад, аспарагінової кислоти у рослин і деяких бактерій; гістидину в печінці людини). При гідролітичному дезамінуванні утворюються D-оксикислоти. Цим шляхом дезамінуються також пуринові основи й піримідинові основи у плісеневих грибів, деяких бактерій і тканинах тварин.

Під час відновного дезамінування амінокислоти перетворюються на насичені жирні кислоти:

R – CH – COOH _+2Н

│ → R – СH₂ – COOH + NH₃

NH₂

Амінокислота Насичена жирна кислота

Гідролітичне дезамінування пов’язане з перетворенням амінокислот на амінокислоти:

R – CH – COOH _+2НОН

│ → R – СНОH – COOH + NH₃

NH₂

Амінокислота Оксикислота

Внутрішньо молекулярне дезамінування характеризується перетворенням амінокислот на ненасичені жирні кислоти:

R – CH – COOH

│ R – СH = COOH + NH₃

NH₂

Амінокислота Ненасичена жирна кислота

Дезамінування грає важливу роль і в метаболізмі ДНК..

Дослідження механізму переамінування показало, що в цьому процесі беруть участь ферменти амінотрансферази, коферментом яких є фосфорний ефір вітаміну В₆ (піридоксальфосфат). Під час реакції піридоксальфосфат приєднує аміногрупу амінокислоти і перетворюється на фосфопіридоксамін, після чого віддає аміногрупу кетокислоті і знову перетворюється на піридоксальфосфат.

Механізм переамінування на прикладі взаємодії глютамінової і піровиноградної кислоти. Для зручності піридоксаль – фермент позначимо так:

О_\

С – фермент

Н^∕∕

На першій стадії відбувається взаємодія глютамінової кислоти з піридоксаль – ферментом, в результаті чого утворюється фермент – субстрат ний комплекс:

СООН СООН

│ │

СН - NH₂ СН – N = СН – фермент = Н₂О

│ О _\ │

СН₂ + С – фермент ↔ СН₂

│ Н ^∕∕ │

СН₂ СН₂

│ │

СООН СООН

Глутамінова Фермент – субстрат ний комплекс

кислота

Далі відбувається таутомерне перегрупування комплексу, пов’язане з переміщенням атома водню від залишку глютамінової кислоти до піридоксалю, внаслідок чого подвійний зв’язок також переміщується і виникає між атомами азоту і вуглецю глютамінової кислоти:

СОО_Н СООН

│ │ ↓ │

СН – N = СН - фермент ↔ С = N – СН₂ – фермент

│ │__↑ │

СН₂ СН₂

│ │

СН₂ СН₂

│ │

СООН СООН

Після таутомерного перегрупування відбувається гідролітичне розщеплення фермент – субстратного комплексу з утворенням α – кетоглутарової кислоти і піридоксамін – ферменту:

СООН СООН

│ │

С = N – СН₂ - фермент + НОН ↔ С = О + Н₂ N – СН₂ - фермент

│ │

СН₂ СН₂

│ │

СН₂ СН₂

│ │

СООН СООН

Фермент – субстрат ний α – Кето Піридоксамін – фермент

Комплекс глутарова

кислота

Піридоксамін – фермент, що утворився, взаємодіє з піровиноградною кислотою з утворенням іншого фермент – субстратного комплексу:

СН₃ СООН

│ │

СО + Н₂ N– СН₂ - фермент → С = N – СН₂ - фермент + Н₂ О

│ │

СООН СООН

Піровиноградна кислата Фермент – субстратний комплекс

У цьому комплексі знову відбувається перегрупування:

СН₃ ----- СООН

│ ↓ │ ‌‌‌‌‌ ‌‌ │

СО = N – СН₂ - фермент → С - N = СН - фермент

│ ‌│__↑ │

СООН СООН

Далі відбувається гідроліз комплексу з утворенням амінокислоти (аланілу) і виділення піридоксаль – ферменту:

СН₃ СН₃ О

│ │ \\

СН - N = СН - фермент + НОН ↔ С Н - N Н₂ + С - фермент

│ │ ∕

СООН СООН Н

Ааланін

Отже, у процесі переамінування амінокислота (глутамінова) перетворилась на кетокислоту (α- кетоглутарову), а кетокислота (піровиноградна) – на амінокислоту (аланін). Переамінування амінокислот відбувається у різних органах і тканинах. Воно відіграє важливу роль у процесах синтезу необхідних для організму амінокислот. Кетокислоти, що утворюються внаслідок переамінування, можуть використовуватись для синтезу ліпідів, вуглеводів та ін. речовин.

Декарбоксилювання амінокислот є одним із шляхів перетворення амінокислот, утворених в результаті гідролітичного розщеплення білків їжі. Амінокислоти можуть втрачати карбоксильну групу у вигляді СО2 У результаті реакцій декарбоксилування амінокислот у тканинах людини і вищих тварин утворюються аміни.

R – CH – COOH

│ → R – CH₂ – NH₂ + СО₂

NH₂

Амінокислота Амін

Аміни (тирамін, адреналін, гістамін, серотонін і ін.) - це біологічно активні речовини, деякі з них є отрутами. Аміни виконують в організмі важливу роль. Так, гістамін, тирамін і серотонін мають потужний фармакологічний вплив на кров'яний тиск і кровоносні судини.

Проте реакції декарбоксилування амінокислот на відміну від реакцій переамінування не є основним шляхом перетворення амінокислот, незважаючи на велике фізіологічне значення утворених продуктів реакції. Швидкість цих реакцій дуже мала. У результаті різних перетворень амінокислот у тканинах організму утворюються аміак, вуглекислий газ і вода.

Аміни, що утворюються в процесі декарбоксилювання, мають високу біологічну активність, таму їх називають біогенними амінами. Наприклад, під час декарбоксилювання глютамінової кислоти утворюється γ- аміномасляна кислота:

НООС - СН₂ – СН₂ – СН – СООН -----→ НООС – СН₂– СН₂– СН₂– NН₂

│ - СО₂

NН₂

Глютамінова кислота γ- Аміномасляна кислота

Ця амінокислота відіграє важливу роль у функціональній діяльності нервової системи.:

Декарбоксилювання амінокислот особливо інтенсивно здійснюється бактеріями товстого кишечника. Зокрема, тут утворюються диамінкадаверин і путресцин, здавна відомі завдяки неприємному запаху.