Пути введения углеродных скелетов аминокислот в цикл Кребса

Десять аминокислот через пировиноградную кислоту и ацето-ацетил-КоА превращаются в ацетил-КоА, пять других превращаются в α-кетоглутаровую кислоту, три — в сукцинил-КоА и две — в щавелево-уксусную кислоту. Причем две аминокислоты (фенилаланин и тирозин) расщепляются таким образом, что часть их углеродной цепи вовлекается в цикл в виде ацетил-КоА, другая часть — в виде фумаровой кислоты.

Превращение аминокислот в организме человека происходит главным образом в клетках печени, почках и в незначительной степени — в клетках скелетных мышц. Перед вовлечением углеродных скелетов свободных аминокислот в цикл Кребса происходит их дезаминирование.

Дезаминирование аминокислот. Наиболее важными процессами, посредством которых происходит отщепление аминогрупп от аминокислот у млекопитающих, являются трансаминирование и окислительное дезаминирование.

Переаминированием, или трансаминированием, называют химическую реакцию, при которой происходит перенос аминной группы от одной молекулы к другой без образования свободного аммиака. Процесс переаминирования был открыт в 1937 г. советскими биохимиками А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман. Он осуществляется при помощи ферментов аминотрансфераз (трансаминаз), содержащих в качестве простетической группы фосфопиридоксаль (фосфорный эфир витамина В₆).

Переаминирование является сложным процессом, протекающим в два этапа. На первом этапе происходит перенос NH₂-группы от аминокислоты на кофермент аминотрансферазы (фосфопиридоксаль). При этом аминокислота превращается в соответствующую кетокислоту:

На втором этапе аминогруппа с кофермента передается на кетокислоту, которая превращается в аминокислоту:

С помощью реакций переаминирования аминогруппы большинства аминокислот переносятся на три α-кетокислоты — пировиноградную, α-кетоглутаровую и щавелево-уксусную, в результате чего они превращаются в кетоаналоги исходных аминокислот, а α-кетокислоты превращаются соответственно в аланин, глутаминовую и аспарагиновую кислоты:

1) α-Аминокислота + Пировиноградная кислота → α-Кетокислота + Аланин;

2) α-Аминокислота + α-Кетоглутаровая кислота → α-Кетокислота + Глутаминовая кислота;

3) α-Аминокислота + Щавелево-уксусная кислота → α-Кетокислота + Аспарагиновая кислота.

Известны две наиболее важные аминотрансферазы: аланинамино-трансфераза, катализирующая реакцию (1) и глутаматаминотран-сфераза, катализирующая реакцию (2). У некоторых организмов функционирует и аспартатаминотрансфераза, катализирующая реакцию (3).

Общий итог переаминирования различных аминокислот состоит в том, что все их аминогруппы в конце концов собираются в общий фонд в виде одной аминокислоты, которой в организме млекопитающих является глутаминовая кислота. Таким образом, аминогруппы, накопленные в виде аланина и аспарагиновой кислоты, переносятся затем на α-кетоглутаровую кислоту с образованием глутаминовой. Эти реакции осуществляются двумя соответствующими ферментами — аланин: 2-оксоглутарат- и аспартат: 2-оксоглутаратаминотрансфе-разами, или сокращенно АЛТ и ACT:

Аланин + α-Кетоглутаровая кислота Пировиноградная кислота + Глутаминовая кислота;

Аспарагиновая кислота + α-Кетоглутаровая кислота Щавелево-уксусная кислота + Глутаминовая кислота. Следовательно, независимо от первоначальных реакций транс-аминирования конечным акцептором аминогрупп большинства аминокислот является α-кетоглутаровая кислота. Превращаясь в глутаминовую кислоту, она служит каналом, при помощи которого аминогруппы передаются на заключительную серию реакций, ведущих к образованию конечных продуктов азотистого обмена.

Окислительное дезаминирование заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислот с выделением аммиака.

Аминогруппы, собранные при помощи аминотрансфераз от разных аминокислот, оказываются в итоге α-аминогруппами глутаминовой кислоты. Последняя подвергается окислительному дезаминированию при помощи фермента НАД-зависимой глутаматдегидрогеназы. Окислительному дезаминированию могут подвергаться и другие аминокислоты. Однако наиболее активно этот процесе протекает с глутаминовой кислотой, поскольку только для этой аминокислоты существует очень активная дегидрогеназа. Глутаматдегидрогеназа, таким образом, играет центральную роль в процесе окислительного дезаминирования аминокислот у многих организмов.

Аминогруппы различных аминокислот, собранные в составе глутаминовой кислоты, освобождаются в виде ионов NH₄⁺:

Глутаминовая кислота α-Кетоглутаровая кислота + NH₄⁺ + НАД•Н + Н⁺.

Известны и другие пути дезаминирования α-аминокислот, такие как восстановительное, гидролитическое и внутримолекулярное.

а) Восстановительное дезаминирование:

R-СН(NH₂)-COOH(α-Аминокислота) R-СН₂—СООН (Насыщенная кислота);

б) гидролитическое дезаминирование:

R-CH(NH₂)-COOH(α-Аминокислота) R-СН(ОН)-СООН (Оксикислота);

в) внутримолекулярное дезаминирование:

R-CH₂-CH(NH₂)-COOH (α-Аминокислота) R—СН=СН—СООН (Ненасыщенная кислота).

Эти виды дезаминирования α -аминокислот больше всего характерны для микроорганизмов и растений.

В заключение необходимо подчеркнуть, что глутаминовая кислота в организме млекопитающих играет очень важную роль. С одной стороны, она является той формой, с помощью которой происходит устранение аммиака в тканях, с другой — она служит теми «воротами», через которые аммиак и аминогруппы, акцептированные в ее составе, передаются либо на заключительную стадию азотистого обмена, либо с помощью аминотрансфераз переносятся на α-кетокислоты. Последнее обстоятельство важно в том отношении, что благодаря глутаминовой кислоте путем аминирования α-кетокислот происходит синтез отдельных аминокислот в организме.

Декарбоксилирование аминокислот является одним из путей превращения аминокислот, образовавшихся в результате гидролитического расщепления белков пищи. В результате реакций декарбоксилирования аминокислот в тканях человека и высших животных образуются амины.

Амины (тирамин, адреналин, гистамин, серотонин и др.) — это биологически активные вещества, некоторые из них являются ядами. Амины играют в организме важную роль. Так, гистамин, тирамин и серотонин обладают мощным фармакологическим действием на кровяное давление и кровеносные сосуды.

Реакции декарбоксилирования аминокислот, однако, в отличие от реакций переаминирования, не являются основным путем превращения аминокислот несмотря на большое физиологическое значение образующихся продуктов реакции. Скорость этих реакций очень мала.