Метаболизм аминокислот

Аминокислоты, которые поступают в организм в количествах, превышающих потребности биосинтеза клеточных белков, не могут запасаться и подвергаются метаболическим превращениям. Наиболее важными и распространёнными реакциями, в которых участвуют аминокислоты, является трансаминирование (переаминирование), окислительное дезаминирование.

Переаминирование представляет собой взаимопревращение -аминокислоты и -кетокислоты, катализируемое аминотрансферазой.

В большинстве тканей млекопитающих имеются две аминотрансферазы – анилин-аминотрансфераза и глутумат-аминотранфераза. Они катализируют перенос аминогрупп от большинства -аминокислот с образованием аланина (из пировиноградной кислоты) и глутаминовой кислоты (из -кетоглутаровой кислоты).

Окислительное дезаминирование аминокислот происходит в клетках печени и почек. Продуктами окислительного дезаминирования аминокислот являются соответствующие -аминокислоты. Этот процесс катализирует дегидрогеназа, коферментом которой может быть как НАД, так и НАДФ. Наиболее важной и распространённой является глутаматдегидрогеназа, катализирующая процесс:

H OOC – CH₂ – CH₂ – CH – NH₂ + НАД⁺ + H₂O ^{Глутаматдегидрогеназа}

|

COOH

Глутаминовая кислота

O

| |

HOOC – CH₂ – CH₂ – C – COOH + НАДН + H⁺ + NH₃

-Кетоглутаровая кислота

Реакция, катализируемая глутаматдегидрогеназой, обратима, поэтому функция этого фермента заключается не в том, чтобы катализировать дезаминирование аминокислот, но также и в том, чтобы ускорять процесс аминирования -кетоглутаровой кислоты свободным аммиаком.

Декарбоксилирование аминокислот – важный метаболический процесс, в результате которого из аминокислот образуются биологически активные амины. Декарбоксилазы аминокислот – сложные ферменты, коферментом которых является пиридоксальфосфат.

H OOC – CH₂ – CH₂ – CH – COOH ^{Глутаматдекарбоксилаза}

|

NH₂

Глутаминовая кислота

HOOC – CH₂ – CH₂ – CH₂ – NH₂ + CO₂

-Аминомасляная кислота

И глутаминовая, и -аминомасляная кислоты относятся к нейромедиаторам – химическим соединениям, влияющим на передачу электрических потенциалов в синапсах нейрон-нейронных нейромышечных контактов. Конечными продуктами катаболизма аминокислот являются -кетокислоты, амины, оксид углерода (V), аммиак. Органические соединения вовлекаются в определённые метаболические процессы, оксид углерода (V) выводится из организма, а аммиак связывается с образованием глутамина, аспарагина, аспартата, мочевины. Рассмотрим пути связывания аммиака.

Аммиак токсичен для центральной нервной системы, поэтому в организме существуют процессы, в которых происходит связывание аммиака.

Основным путём связывания аммиака в мозге является образование глутамина:

HOOC – CH₂ – CH₂ – CH – COOH + NH₃ + АТФ ^{Глутаминсинтетаза}

|

NH₂

Глутаминовая кислота

NH₂ – C – CH₂ – CH₂ – CH – COOH + АДФ + H₃PO₄

|

NH₂

Глутамин

Глутамин может использоваться не только для синтеза белка, но и для других метаболических процессов, его можно рассматривать как хранилище аммиака.

Другим путём связывания аммиака может служить восстановительное аминирование -кетоглутаровой кислоты, в результате которого образуется глутаминовая кислота.

Основным путём связывания аммиака является орнитиновый цикл, называемый также циклом мочевины.

Орнитиновый цикл. Первой реакцией орнитинового цикла является процесс образования карбамоилфосфата из аммиака и оксида углерода (V) при участии АТФ. Катализирует этот процесс карбамоилфосфатсинтетаза. В данном процессе принимают участие две молекулы АТФ, одна из которых является донором остатка фосфорной кислоты, а другая выполняет энергетическую функцию:

O O

| | | |

NH₃ + CO₂ + 2АТФ + H₂O^{Карбамоилфосфатсинтетаза} H₂N – C–O–P–OH +

+ 2АДФ + H₃PO₄ |

OH

Карбамаилфосфат

Карбамаилфосфат – макроэргическое соединение, поэтому следующая стадия процесса – перенос карбамоила в аминогруппу бокового радикала аминогруппы орнитина – происходит довольно быстро. Равновесие этой реакции сдвинуто в сторону синтеза цитруллина. Последующая цепь реакций приводит к конечному продукту обмена азота – мочевине:

NH₂

NH₂ |

| O O _{Орнитинкар-} C = O _{АТФ, асп}

(CH₂)₃ | | | | _{бамоил-} | _{Аргининосукцинат-}

| + H₂N – C~O – P – OH ^{трансфераза} NH ^{синтетаза}

CH – COOH | – H₃PO₄ | АДФ, H₃PO₄

| OH (CH₂)₃

NH₂ |

CH – COOH

|

NH₂

Орнитин Карбомоилфосфат Цитруллин

NH₂ COOH NH₂

| | |

C = N – CH C = NH COOH

| | | |

NH CH_{2 Аргининосукцинатлиаза} NH CH

| | | + | |

(CH₂)₃ COOH (CH₂)₃ CH

| | |

CH – COOH CH – COOH COOH

| |

NH₂ NH₂

Аргининосукцина

NH₂

|

C = NH

| NH₂ O

NH H₂O | | |

| Аргиназа (CH₂)₃ + NH₂ – C – NH₂

(CH₂)₃ |

| CH – COOH

CH – COOH |

| NH₂

NH₂

Аргинин Орнитин Мочевина