75. Особенности обмена метионина. Синтез фосфатидилхолина. Синтез карнитина. Синтез креатина и креатинфосфата.Образование цистеина из метионина.

МЕТИОНИН:

Метильная группа метионина — мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метальной группы метионина на соответствующий акцептор называют реакцией трансметилирования, имеющей важное метаболическое значение.

Метальная группа в молекуле метионина прочно связана с атомом серы, поэтому непосредственным донором этого одноуглеродного фрагмента служит активная форма аминокислоты.

Реакция активации метионина

Активной формой метионина является S-аденозилметионин (SAM) — сульфониевая форма аминокислоты, образующаяся в результате присоединения метионина к молекуле аденозина. Аденозин образуется при гидролизе АТФ (см. схему А).

Схема А

Эту реакцию катализирует фермент метионин аденозилтрансфераза, присутствующий во всех типах клеток. Структура (-S⁺-CH₃) в SAM — нестабильная группировка, определяющая высокую активность метильной группы (отсюда термин «активный метионин»). Эта реакция уникальна для биологических систем, так как, по-видимому, является единственной известной реакцией, в результате которой освобождаются все три фосфатных остатка АТФ.

Отщепление метильной группы от SAM и перенос её на соединение-акцептор катализируют ферменты метилтрансферазы. SAM в ходе реакции превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT).

Регенерация метионина

+Реакции метилирования играют важную роль в организме и протекают очень интенсивно. Это вызывает большой расход метионина, так как он является незаменимой аминокислотой (в клетках метионин синтезироваться не может). В связи с этим большое значение приобретает возможность регенерации метионина с участием заменимых аминокислот (Сер, Гли). В результате отщепления метильной группы SAM превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT), который при действии гидролазы расщепляется на аденозин и гомоцистеин.

S-аденозилгомоцистеин + Н₂О → Аденозин + Гомоцистеин

Гомоцистеин может снова превращаться в ме тионин под действием гомоцистеинметилтранс феразы.

Промежуточным переносчиком метильной группы в этой реакции служит производное витамина В₁₂ - метилкобаламин, выполняющий роль кофермента.

ФОСФАТИДИЛХОЛИН:

Фосфатидилхолины (лецитины) — наиболее распространённая группа глицерофосфолипидов, участвующих в образовании мембран клеток и липопротеинов, в составе которых осуществляется транспорт липидов (см. схему Б)

Синтез карнитина

Карнитин - переносчик жирных кислот через мембрану митохондрий

Синтез креатина

Креатин необходим для образования в мышцах высокоэнергетического соединения - креатинфосфата. Синтез креатина идёт в 2 стадии с участием 3 аминокислот: аргинина, глицина и метионина. В почках образуется гуанидинацетат при действии глицинамидинотрансферазы.

Затем гуанидинацетат транспортируется в печень, где происходит реакция его метилирования.

Креатин с кровотоком переносится в мышцы и клетки мозга, где из него образуется высокоэнергетическое соединение - креатинфосфат. (см. схему А на с. 502).

Эта реакция легко обратима и катализируется ферментом креатинкиназой. Фермент локализован в цитозоле и митохондриях клеток, обладает органоспецифичностью. В норме активность его в крови очень мала. Обнаружено три изоферментные формы креатинкиназы

Креатинфосфат играет важную роль в обеспечении энергией работающей мышцы в начальный период. В результате неферментативного дефосфорилирования, главным образом в мышцах, креатинфосфат превращается в креатинин, выводимый с мочой.

Для синтеза цистеина необходимы 2 аминокислоты:

Серин - источник углеродного скелета;

Метионин - первичный источник атома S (см. схему А).

Синтез цистеина из гомоцистеина происходит в 2 стадии под действием пиридоксальзависимых ферментов цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы (см. схему Б на с. 504).

При нарушении использования гомоцистеина в организме из него образуется гомоцистин:

Гомоцистин может накапливаться в крови и тканях" выделяться с мочой, вызывая гомоцистинурию. Возможной причиной является наследственное нарушение обмена гомоцистеина либо гиповитаминоз фолиевой кислоты, а также витаминов В₁₂ и В₆. Из других биохимических нарушений можно отметить цистатионинурию, также часто возникающую при недостаточности витаминов группы В.

Биологические функции цистеина разнообразны и очень важны для организма. Так, цистеин, входящий в состав белков, играет необычайно важную роль в их фолдинге, поскольку тиогруппы цис способны образовывать прочную дисульфидную связь. При этом 2 остатка цистеина формируют молекулу цистина (см. схему В на с. 504).

Окислительная реакция протекает либо с участием кофермента NAD⁺ под действием фермента цистеинредуктазы, либо неферментативно. Дисульфидные связи стабилизируют пространственную структуру полипептидной цепи или связывают между собой 2 цепи (например, А- и В-цепи гормона инсулина). Очень многие белки и ферменты в активном центре содержат SH-группы, участвующие в катализе. При их окислении ферментативная активность падает (см. разделы 1, 2). Восстановление SH-групп часто

Схема А

503

Схема Б

Схема В

происходит с использованием глутатиона - атипичного трипептида, содержащего γ-глутаминовую кислоту, цистеин и глицин (см. схему Г).

76. Метаболизм фенилаланина и тирозина.Заболевания,связанные с нар-м метаболизма фенилаланина и тирозина. Фенилаланин - незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется её бензольное кольцо. Тирозин - условно заменимая аминокислота, поскольку образуется из фенилаланина. Содержание этих аминокислот в пищевых белках (в том числе и растительных) достаточно велико. Фенилаланин и тирозин используются для синтеза многих биологически активных соединений. Фенилаланин используется в организме только в 2 процессах: включается в белки и превращается в тирозин.Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Основной путь метаболизма фенилаланина начинается с его гидроксилирования, в результате чего образуется тирозин. Эта реакция катализируется специфической монооксигеназой - фенилаланингидроксилазой, коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (Н₄БП). Активность фермента зависит также от наличия Fe²⁺. Реакция необратима. Н₄БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н₂БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием NADPH + H⁺. Обмен тирозина значительно сложнее, чем обмен фенилаланина. Кроме использования в синтезе белков, тирозин в разных тканях выступает предшественником таких соединений, как катехоламины, тироксин, меланины. В печени происходит катаболизм тирозина до конечных продуктов:фумарата и ацетоацетата. Фумарат включается в ЦТК, превращается в оксалоацетат и может использоваться в процессе глюконеогенеза. В пигментных клетках (меланоцитах) тирозин выступает предшественником тёмных пигментов - меланинов. Среди них преобладают 2 типа: эумеланины и феомеланины. Эумеланины – пигменты чёрного и коричневого цвета, феомеланины - жёлтые или красновато-коричневые полимеры.Заболевания: -фенилкетонурия(сопровождается накоплением фенилаланина и его токсических продуктов, что приводит к тяжёлому поражению ЦНС, проявляющемуся, в частности, в виде нарушения умственного развития; связано с резким снижением или полным отсутствием активности печёночного фермента фенилаланин-4-гидроксилазы, который в норме катализирует превращение фенилаланина в тирозин; -тирозинемия(1тип- дефект фермента фумарилацетоацетатгидролазы, катализирующего расщепление фумарилацетоацетата на фумарат и ацетоацетат;2тип- дефект фермента тирозинаминотрансферазы); -альбинизм(врождённый дефект тирозиназы. Этот фермент катализирует превращение тирозина в ДОФА в меланоцитах); -болезнь Паркенсона(развивается при недостаточности дофамина в чёрной субстанции мозга; снижена активность тирозингидроксилазы, ДОФА-декарбоксилазы).

77. Биосинтез пуриновых нуклеотидов.Синтез АМФ и ГМФ из ИМФ.«Запасные пути» синтеза.Катаболизм пуриновых нуклеотидов. Было установлено, что в формировании пуринового кольца принимают участие аминокислоты Асп, Гли, Глн, СО₂ и два одноуглеродных производных тетрагидрофолата: метенил-Н₄-фолат и формил-Н₄-фолат. Центральное место в синтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов занимает 5-фосфорибозил-1-дифосфат (ФРДФ) или фосфорибозилпирофосфат (ФРПФ), который образуется из рибозо-5-фосфата и АТФ в реакции, которая катализируется ФРДФ-синтетазой. Он образуется за счёт переноса β,γ-пирофосфатного остатка АТФ на рибозо-5-фосфат в реакции, катализируемой ФРДФ-синтетазой. Источниками рибозо-5-фосфата могут быть: пентозофосфатный путь превращения глюкозы или катаболизм нуклеозидов, в ходе которого под действием нуклеозидфосфорилазы первоначально образуется рибозо-1-фосфат, а затем с помощью соответствующей мутазы фосфатный остаток переносится в 5-положение. Биосинтез пуриновых нуклеотидов происходит путем сборки пуринового гетероциклического основания на остатке рибозо-5-фосфата при участии простых предшественников: глицина, СО₂, амидного азота глутамина, α-аминогруппы аспартата и одноуглеродных производных Н₄-фолата. Первая специфическая реакция образования пуриновых нуклеотидов - перенос амидной группы Глн на ФРДФ с образованием 5-фосфорибозил-1 -амина. Эту реакцию катализирует фермент амидофосфорибозилтрансфераза. При этом формируется β-N-гликозидная связь. Затем к аминогруппе 5-фосфорибозил-1-амина присоединяются остаток глицина, N⁵,N¹⁰-метенил-Н₄-фолата ещё одна амидная группа глутамина, диоксид углерода, аминогруппа аспартата и формильный остаток N¹⁰-формил Н₄-фолата. Результатом этой десятистадийной серии реакций является образование первого пуринового нуклеотида - инозин-5'-монофосфата (ИМФ), на синтез которого затрачивается не менее шести молекул АТФ. Все реакции протекают в цитозоле клетки. Остальные пуриновые нуклеотиды – АМФ и ГМФ образуются из ИМФ. Синтез АМФ и ГМФ из ИМФ. АМФ синтезируется при участии аденилосукцинатсинтетазы и аденилосукциназы, ГМФ - при участии ИМФ-дегидрогеназы и ГМФ-синтетазы. Аденилосукцинатсинтетаза, используя энергию ГТФ, присоединяет аспартат к ИМФ с образованием аденилосукцината, который в реакции, катализируемой аденилосукциназой, отщепляет фумарат и превращается в АМФ. Второй пуриновый нуклеотид (ГМФ) образуется также в 2 стадии. Сначала ИМФ окисляется NAD⁺-зависимой ИМФ-дегидрогеназой с образованием ксантозин-5'-монофосфата (КМФ). Последующее трансамидирование гидроксильной группы при С₂-пуринового кольца КМФ катализирует ГМФ-синтетаза с использованием амидной группы Глн и энергии АТФ. При образовании пуриновых нуклеотидов ГТФ расходуется на синтез АМФ, а АТФ - на синтез ГМФ, что помогает поддерживать в клетках баланс адениловых и гуаниловых нуклеотидов. Печень - основное место образования пуриновых нуклеотидов, откуда они могут поступать в ткани, не способные к их синтезу: эритроциты и мозг. В периоды активного роста тканей синтез пуриновых нуклеотидов из простых предшественников не способен полностью обеспечить нуклеиновые кислоты субстратами. Заметную роль в этих условиях играют ферменты "запасных" путей синтеза этих молекул. Наибольшее значение в этом процессе имеют ферменты, осуществляющие превращение пуринов в мононуклеотиды с использованием ФРДФ как донора остатка фосфорибозы. ФРДФ-зависимое фосфорибозилирование пуринов катализируют 2 фермента: -аденинфосфорибозилтрансфераза, обеспечивающая образование АМФ из аденина и ФРДФ; -гипоксантин-гуанинфосфорибозилтрансфераза, катализирующая превращение азотистых оснований гипоксантина и гуанина в ИМФ и ГМФ с использованием ФРДФ в качестве донора фосфорибозы; У человека основной продукт катаболизма пуриновых нуклеотидов - мочевая кислота. Её образование идёт путём гидролитического отщепления фосфатного остатка от нуклеотидов с помощью нуклеотидаз или фосфатаз. От АМФ и аденозина аминогруппа удаляется гидролитически аденозиндезаминазой с образованием ИМФ или инозина. ИМФ и ГМФ превращаются в соответствующие нуклеозиды: инозин и гуанозин под действием 5´-нуклеотидазы. Пуриннуклеозидфосфорилаза катализирует расщепление N-гликозидной связи в инозине и гуанозине с образованием рибозо-1-фосфата и азотистых оснований: гуанина и гипоксантина. Гуанин дезаминируется и превращается в ксантин, а гипоксантин окисляется в ксантин с помощью ксантиноксидазы, которая катализирует и дальнейшее окисление ксантина в мочевую кислоту. Ксантиноксидаза - аэробная оксидоредуктаза, простетическая группа которой включает ион молибдена, железа (Fe³⁺) и FAD. Аллопуринол-противоподагрическое средство, ограничивающее синтез мочевой кислоты. Ингибирует фермент ксантиноксидазу и окисление эндогенных пуринов, в результате чего уменьшается концентрация мочевой кислоты и ее солей в плазме крови и моче. Пода́гра-гетерогенное по происхождению заболевание, которое характеризуется отложением в различных тканях организма кристаллов уратов в форме моноурата натрия или мочевой кислоты. В основе возникновения лежит накопление мочевой кислоты и уменьшение её выделения почками, что приводит к повышению концентрации последней в крови (гиперурикемия).Ксантинурия-выделение с мочой аномально большого количества производной пурина ксантина; обычно развивается в результате врожденного нарушения обмена веществ, вследствие недостаточности ксантин дегидрогеназы.

78. Синтез пиримидиновых нуклеотидов.Образование УМФ.«Запасные пути»,катаболизм. Пиримидиновое кольцо синтезируется из простых предшественников: глутамина, СО₂ и аспарагиновой кислоты и затем связывается с рибозо-5-фосфатом, полученным от ФРДФ. Процесс протекает в цитозоле клеток. Синтез ключевого пиримидинового нуклеотида - УМФ идёт с участием 3 ферментов, 2 из которых полифункциональны.Ключевой, регуляторной реакцией в синтезе пиримидиновых нуклеотидов является синтез карбамоилфосфата из глутамина, СО₂ и АТФ, в реакции катализируемой карбамоилфосфатсинтетазой II (КФС II), которая протекает в цитозоле клеток. В реакции NH₂-гpyппa карбамоилфосфата образуется за счёт амидной группы глутамина, что отличает эту реакцию от реакции синтеза карбамоилфосфата в митохондриях в процессе синтеза мочевины из СО₂, NH₃ и АТФ с участием КФС I. Карбамоилфосфат, использующийся на образование пиримидиновых нуклеотидов, является продуктом полифункционального фермента, который наряду с активностью КФС II содержит каталитические центры аспартаттранскарбамоилазы и дигидрооротазы. Этот фермент назвали "КАД-фермент".Почти весь синтезированный в первой реакции карбамоилфосфат взаимодействует с аспартатом и образование карбамоиласпартата, от которого отщепляется вода и образуется циклический продукт - дигидрооротат. Отщепляясь от КАД-фермента, дигидрооротат подвергается дегидрированию NAD-зависимой дигидрооротатдегидрогеназой и превращается в свободное пиримидиновое основание - оротовую кислоту, или оротат. В цитозоле оротат становится субстратом бифункционального фермента - УМФ-синтазы, которая обнаруживает оротатфосфорибозилтрансферазную и ОМФ-декарбоксилазную активности. Первоначально фосфорибозильный остаток от ФРДФ переносится на оротат и образуется нуклеотид - оротидин-5'-монофосфат (ОМФ), декарбоксилирование которого даёт уридин-5-монофосфат (УМФ). Часть ЦМФ может превращаться в УМФ под действием цитидиндезаминазы и пополнять запасы уридиловых нуклеотидов. Цитидиловые нуклеотиды могут гидролитически терять аминогруппу и превращаться в УМФ. Когда от УМФ при участии нуклеотидазы (или фосфатазы) и уридинфосфорилазы отщепляются неорганический фосфат и рибоза, то остаётся азотистое основание - урацил. Пиримидиновые основания при участии дигидропиримидиндегидрогеназы присоединяют 2 атома водорода по двойной связи кольца с образованием дигидроурацила или дигидротимина. Оба гетероцикла могут взаимодействовать с водой в реакции, катализируемой дигидропиримидинциклогидролазой, и дигидроурацил превращается в β-уреидопропионовую кислоту, а дигидротимин - в β-уреидоизомасляную кислоту. Оба β-уреидопроизводных под действием общего для них фермента уреидопропионазы расщепляются с образованием СО₂, NH₄⁺ и β-аланина или β-аминоизомасляной кислоты соответственно. β-Аланин обнаруживают в плазме крови и многих тканях. Он используется в мышцах на образование дипептидов: карнозина и анзерина. Под действием бактериальной микрофлоры кишечника β-аланин включается в пантотеновую кислоту, которая всасывается и используется на образование КоА.