32. Синтез амінокислот

Будь-яка із замінних амінокислот може синтезуватися в організмі у необхідних кількостях. При цьому вуглецева частина амінокислоти утворюється з глюкози, а аміногрупа вводиться з інших амінокислот шляхом трансамінування.

Центральне місце в біосинтезі амінокислот займають глутама-тдегідрогеназа, глутамінсинтетаза та трансамінази. Завдяки сумісній дії цих ферментів каталізується включення неорганічного іону амонію до амінокислоти.

Аланін, аспартат, глутамат утворюються із пірувату, оксалоаце-тату й а-кетоглутарату - відповідно.

Глутамін утворюється з глутамінової кислоти під час дії глута-мінсинтетази.

Аспарагін синтезується із аспарагінової кислоти й глутаміну, який служить донором амідної групи; реакцію каталізує аспарагінсинтетаза.Аспарагінсинтетаза ссавців як джерело азоту використовує не іон амонію, а глутамін і, таким чином, не фіксує неорганічний азот.

Серин утворюється з гліколітичного проміжного продукту 3-фосфогліцерату.

Синтез гліцину в тканинах здійснюється В цитозолі печінки міститься гліцинтрансаміназа, що каталізує синтез гліцину з гліоксилату й глутамату (або аланіну) шляхом переаміну-вання.

Цистеїн утворюється з метіоніну (донор сірки) та серину (вуглецевий ланцюг та аміногрупа). Як результат ряду реакцій відбувається заміна ОН-групи серину на сульфгідрильну групу гомоцистеїну, який утворюється з метіоніну.

Тирозин утворюється з незамінного фенілаланіну за участю ферменту фенілаланінгідроксилази. Реакція необоротна, у зв'язку з чим тирозин не може замінити харчовий фенілаланін.

Пролін та гідроксипролін. У ссавців пролін утворюється з глу-тамату шляхом обертання реакції катаболізму проліну.

Гідроксипролін міститься в тканинах практично тільки в складі колагену, на частку якого припадає значна частина білка в організмі ссавців.

Відмінною особливістю метаболізму гідроксипроліну є те, що гідроксипролін, який входить до складу їжі, не включається у колаген.

Гістидин - це так звана «напівзамінна» амінокислота, В організмі гістидин може синтезуватися з АТФ і рибози:

Незамінні амінокислоти, за винятком лізину й треоніну, беруть участь у реакціях трансамінування. Таким чином, за наявності відповідних а-кетокислот вони також могли б синтезуватися в організмі (окрім лізину і треоніну). Незамінні, по суті, а-кетокислоти, котрі відповідають незамінним амінокислотам. Проте їжа людини не містить скільки-небудь помітних кількостей таких кетокислот, тому їх єдиним джерелом є незамінні амінокислоти їжі. З цього випливає, що трансамінування незамінних амінокислот служить етапом тільки їх катаболізму, а не синтезу, на відміну від замінних амінокислот, для яких трансамінування може бути початковою стадією катаболізму або кінцевою стадією синтезу.

33. Утворення кінцевих продуктів білкового обміну

Внаслідок трансамінування і дезамінування із більшості амінокислот утворюються а-кетокислоти й аміак. Подальші шляхи метаболізму утворених безазотистих компонентів амінокислот і аміаку розходяться.

Піровиноградна кислота, яка утворилася під час дезамінування аланіну, серину та деяких їх похідних, зазнає складного окислювального декарбоксилювання і перетворюється в ацетил-КоА, котрий далі метаболізується до СО2 і Н2О у циклі Кребса.

Щавлевооцтова кислота, яка утворилася під час дезамінування аспарагінової кислоти, після декарбоксилювання також перетворюється в піровиноградну.

Зазнаючи також складного окислювального декарбоксилюван-ня, а-кетоглутарова кислота перетворюється в активну форму янтарної кислоти - сукциніл-КоА, котра через ряд проміжних продуктів окислюється до щавлевооцтової, а остання, декарбоксилюючись, перетворюється до піровиноградної і далі - до ацетил-КоА.

Утворений як продукт інтеграції обміну а-кетокислот, аце-тил-КоА, поряд з окисленням у циклі трикарбонових кислот до СО2 і Н2О, може використовуватися для біосинтезу вищих жирних кислот, холестерину, стероїдних гормонів, жовчних кислот та інших органічних сполук.

За рахунок окислення продуктів обміну амінокислот до СО2 і Н2О вивільняється приблизно 10-15\% енергії, необхідної організму. а-Кетоглутарова, щавлевооцтова і піровиноградна кислоти можуть також включатися в процеси трансамінування як акцептори аміногруп з утворенням відповідних амінокислот і в ряд інших реакцій.

Аміак частково використовується для біосинтезу необхідних організму азотистих сполук, таких як пуринові і піримідинові основи нуклеотидів - мономерів нуклеїнових кислот та ряду інших структур.

Проте переважна частина аміаку як токсичної речовини зазнає перетворення до сечовини, яка є нетоксичним кінцевим продуктом білкового обміну, і виводиться з організму із сечею.

Протягом доби в організмі людини дезамінується 100-120 г амінокислот, що відповідає 16-19,5 г азоту або 18-23,6 г аміаку. Невелика кількість аміаку утворюється також під час розпаду азотистих основ нук-леотидів і деяких інших азотовмісних субстратів небілкової природи.

Аміак є токсичною речовиною, і підвищення його вмісту в крові та інших тканинах є особливо небезпечним для мозку. Одне з пояснень високої чутливості мозку до вільного аміаку полягає ось у чому.

Вільний аміак легко проходить через мембрани і проникає в клітини мозку та їх мітохондрії. Тут він взаємодіє з а-кетоглутаровою кислотою, утворюючи глутамат. Це призводить до зменшення кількості а-кетоглутарату як проміжного продукту циклу лимонної кислоти, що супроводжується зниженням швидкості окислення глюкози, яка відіграє провідну роль в енергетичному забезпеченні клітин мозку. Однак у нормі цього не відбувається.

Аміак, який утворюється в різних тканинах і органах, у місці його вивільнення зв'язується з моноамінодикарбоновими кислотами, переважно глутаміновою, у меншій мірі аспарагіновою, утворюючи аміди - глутамін та аспарагін.

Фіксуючись у формі амідів, аміак тимчасово знешкоджується, переноситься кров'ю до місця свого остаточного знешкодження -у печінку. Особливу роль у переносі аміаку до печінки в нетоксичній формі відіграє амінокислота аланін.

Тут він під дією аланін-амінотрансферази передає свою аміногрупу а-кетоглутарату, внаслідок чого утворюється глутамінова кислота. Остання в реакції, що каталізується глутаматдегідрогеназою, дезамінується з утворенням а-кетоглутарату й аміаку, який у печінці перетворюється на сечовину - кінцевий продукт азотистого обміну.

Це перетворення відбувається у формі циклу, який був названий циклом сечовини (орнітиновий цикл). Його відкрив Ганс Кребс разом зі студентом-медиком Куртом Хенселайтом у 1932 р. Вони встановили, що синтез сечовини посилюється, якщо до зрізів печінки добавити диаміномонокарбонові кислоти - аргінін та орні-тин, причому при введенні орнітину, міченого дейтерієм, синтезується аргінін, який містить цей дейтерій. Це є прямим доказом утворення аргініну із орнітину.. Окрім того в печінці виявлено фермент аргіназу, який розщеплює аргінін на сечовину й орнітин. Нарешті, було встановлено, що сечовина синтезується в аеробних умовах, коли в найбільших кількостях утворюється АТФ. Усі ці дані дозволили описати наступний циклічний процес, що складається з двох основних етапів: синтезу аргініну і гідролізу аргініну на сечовину й орні-тин.

Цей процес утворення сечовини можна подати схематично у вигляді послідовності NH3 -  карбамоїлфосфат- цитрулін -аргінін — сечовина.

Внаслідок білкового обміну в людини за добу виділяється в середньому 30 г сечовини, що складає приблизно 90\% всього азоту сечі.

Близько 6\% всього азоту сечі виділяється з організму у вигляді солей амонію, утворених у нирках; їх утворення та екскреція забезпечують видалення надлишкових протонів, тобто це вже є функцією з регуляції кислотно-основного балансу.

Кількість сечовини може зменшуватися у разі підвищення кислотності в організмі, що спостерігається під час деяких захворювань, наприклад, цукрового діабету. При цьому аміак буде використовуватися для нейтралізації кислот і в більшій кількості виділятися у вигляді солей амонію.

У разі позитивного азотистого балансу екскреція сечовини зменшується. Якщо відбувається збільшення екскреції азоту внаслідок підвищення розпаду білків організму, підвищення азоту сечі відбувається за рахунок сечовини.

Таким чином, утворення і екскреція сечовини є тим регулюючим механізмом, за допомогою якого підтримується азотиста рівновага.