10.3.3. Метаболизм аминокислот

Аминокислоты после всасывания в тонкий кишечник и поступления в печень транспортируются через систему кровообращения в другие органы и ткани, где они участвуют в биосинтезе тканевых белков, белков печени и плазмы.

Аминокислоты, не использованные в печени и других органах для синтеза белков, подвергаются дезаминированию, распадаются с образованием ацетил-СоА и промежуточных продуктов цикла Кребса. Эти соединения могут участвовать в синтезе глюкозы и гликогена.

Ацетил-СоА может подвергаться окислению в цикле Кребса с запасанием энергии в форме АТФ или превращаться в жирные кислоты и липиды, откладывающиеся в запас.

Клетка получает энергию за счет белков путем окисления углеродного скелета аминокислот, из которых состоят белки. Поскольку в клетке много разных аминокислот, сильно различающихся по структуре, нет ничего удивительного в том, что существует несколько схем окисления аминокислот. Во всех этих схемах, впрочем, принцип деструкции аминокислот один и тот же: аминокислота сначала лишается своей аминогруппы, а образующееся соединение тем или иным способом превращается в вещества, лежащее на прямом пути окисления глюкозы или жирных кислот, где запасенная в нем энергия утилизируется клеткой по одной из уже рассмотренных серий реакций.

Аминокислоты, поставляющие таким путем субстраты в схему окисления глюкозы или в цикл лимонной кислоты, называются глюкогенными, те же аминокислоты, которые перед окислением образуют вещества, лежащие на пути метаболизма жирных кислот, называются кетогенными.

Живая клетка располагает несколькими способами отщепления аминного азота от аминокислот. Одним из таких способов, например, является прямое окисление, то есть процесс, когда аминокислота сначала утрачивает два атома водорода – дегидрогенизируется (они переходят к акцептору), а затем гидролизуется водой, в результате чего образуется аммиак:

R–СНСООН ↔ R–ССООН + 2Н

│ ║

NН₂ NН

аминокислота иминокислота

R– ССООН + Н₂О → NН₃ + R–СОСООН

║

NН

иминокислота кетокислота

Второй продукт реакции представляет собой α-кетокислоту, дальнейшая судьба которой зависит от породы радикала R в ее молекуле. Процессы данного типа катализируются специфическими ферментами – оксидазами аминокислот, тогда как реакции гидролиза иминокислот, в результате которых образуются кетокислоты, протекают самопроизвольно, без участия ферментов.

В результате распада аминокислот путем дезаминирования выделяется аммиак. Но аммиак – сильно действующее отравляющее вещество для клеток. В связи с этим в организме животных выработалась система, обеспечивающая безопасное выведение аммиака: аммиак превращается в безвредное для организма вещество – мочевину, которая поступает в кровь, оттуда в почки, а затем в мочу, не вызывая при этом никаких вредных эффектов. Процесс превращения белкового азота в мочевину протекает почти исключительно в клетках печени.

При нормальных условиях в организме поддерживается «азотный баланс»: количество азота, поступающего из кишечника в виде аминокислот, строго эквивалентно количеству азота, выбрасываемого в виде мочевины. В условиях голодания баланс нарушается: количество азота в моче повышается, так как белки организма, из которых образуется мочевина, окисляются с выделением энергии быстрее, чем восполняются их потери за счет поступающей в организм пищи. Если количество азота, выделяемого таким путем, возрастает изо дня в день, то в конечном итоге может завершиться летальным исходом, когда организму не удается сохранить даже незначительную часть своего белка.

Тот факт, что моча всегда содержит значительное количество мочевины, даже когда тело вполне здорово и нормально функционирует, указывает на постоянно протекающее в организме расщепление белка. Разумеется, клетка учитывает, какое количество энергии образуется при расщеплении белка, вследствие чего этот процесс, как и расщепление жиров, постоянно вносит свой вклад в общий энергетический баланс клетки, даже при поступлении в нее остаточных количеств углеводов. В нормальных условиях, однако, роль жиров и белков, как источников энергии, необходимой для организма, совсем незначительна.

Кроме того, аминокислоты участвуют в цикле «глюкоза-аланин». При недостатке уровня глюкозы в крови в печень из мышц поступает аминокислота аланин. Она образуется в результате частичного протеолиза мышечных белков до аминокислот и их пререаминирования. Аланин в печени дезаминируется с образованием пирувата, который превращается в глюкозу крови путем глюконеогенеза. Недостаток аминокислот, возникающий при этом в мышцах, восполняется за счет всасывания аминокислот пищи.

Аминокислоты принимают участие также в синтезе нуклеотидов, различных гормонов и других азотсодержащих соединений.

Таким образом, аминокислоты в печени используются для синтеза белков печени, плазмы, тканей, могут превращаться в глюкозу и гликоген, подвергаться дезаминированию с образованием аммиака, участвующего в цикле мочевины, превращаться в нуклеотиды и другие азотсодержащие вещества (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Схема метаболизма аминокислот в печени