Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и жиров. Гликогенные и кетогенные аминокислоты. Заменимые и незаменимые аминокислоты. Биосинтез аминокислот из углеводов.

1. Взаимосвязь обмена аминокислот с обменом углеводов и жиров

Связь осуществляется через общие метаболиты – продукты катаболизма аминокислот, которые могут включаться в углеводный или липидный обмен.

Белки → аминокислоты → удаление NH₃ → углеродные скелеты (α-кетокислоты).

Эти α-кетокислоты могут:

• Превращаться в пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА → идут на глюконеогенез (синтез углеводов).

• Превращаться в ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА → идут на синтез жирных кислот, холестерина, кетоновых тел (липидный обмен).

• Включаться в цикл Кребса для получения энергии.

Таким образом, аминокислоты являются связующим звеном между обменами белков, углеводов и липидов.

Взаимосвязь обмена аминокислот и углеводов

Аминокислоты могут участвовать в глюконеогенезе. Например, при трансформации некоторых аминокислот образуется пировиноградная кислота, которая может далее превращаться в глюкозу. Для некоторых аминокислот (аланин, аспарагиновая и глутаминовая кислоты) связь с глюконеогенезом является непосредственной, для других — осуществляется через побочные метаболические пути.

Гликогенные аминокислоты → превращаются в углеводы (глюкозу)

Гликогенные аминокислоты

Их скелеты превращаются в пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат, фумарат, сукцинил-КоА – все они могут быть использованы для синтеза глюкозы (глюконеогенез).

Конкретные пути:

• Аланин → пируват → глюкоза (ключевая связь: аланиновый цикл).

• Аспартат → оксалоацетат → глюкоза.

• Глутамат → α-кетоглутарат → оксалоацетат → глюкоза.

• Фенилаланин и тирозин → фумаровая кислота → малат → оксалоацетат → глюкоза.

• Пролин, аргинин, гистидин → через глутамат и α-кетоглутарат.

Физиологическое значение

• При голодании или низкоуглеводной диете мышечные белки распадаются до аминокислот, их скелеты идут на глюконеогенез в печени, поддерживая уровень глюкозы крови (особенно для мозга).

• Таким образом, аминокислоты являются резервным источником углеводов.

Обратная связь: углеводы → аминокислоты

Через гликолиз и ЦТК из глюкозы образуются пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат, которые путём трансаминирования (или восстановительного аминирования) превращаются в заменимые аминокислоты (аланин, аспартат, глутамат и др.). Так углеводы участвуют в синтезе аминокислот.

Взаимосвязь обмена аминокислот и жиров

При использовании аминокислот для синтеза липидов возможны два варианта перехода их углеродного скелета в ацетил-КоА — исходный субстрат для синтеза высших жирных кислот:

1. Через пируват. При расщеплении некоторых аминокислот (треонина, цистеина, серина, аланина, глицина) образуется пируват, который, декарбоксилируясь, переходит в ацетил-КоА.

2. Через промежуточные продукты цикла Кребса. Из некоторых аминокислот (глутамата, глутамина, аргинина, гистидина и др.) сначала образуются промежуточные продукты цикла Кребса, которые превращаются в оксалоацетат, а после декарбоксилирования — в пируват.

Кетогенные аминокислоты

Их скелеты превращаются в ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА. Эти метаболиты идут на:

• Синтез жирных кислот (липогенез).

• Синтез холестерина.

• Образование кетоновых тел (ацетоновых тел)

Конкретные пути:

• Лейцин → ацетил-КоА + ацетоацетил-КоА → синтез кетоновых тел или жирных кислот.

• Лизин → ацетоацетил-КоА → кетоновые тела.

• Изолейцин → ацетил-КоА + сукцинил-КоА (частично кетогенен).

Смешанные аминокислоты

• Фенилаланин, тирозин, триптофан дают и фумаровую кислоту (гликогенная часть) и ацетоацетил-КоА (кетогенная часть).

Физиологическое значение

• При избытке аминокислот (особенно лейцина и лизина) их скелеты могут превращаться в жирные кислоты и откладываться в жировых депо (через ацетил-КоА).

• При голодании или сахарном диабете, когда углеводы недоступны, кетогенные аминокислоты усиливают продукцию кетоновых тел (альтернативное топливо для мозга).

Обратная связь: жиры → аминокислоты (частично)

Из жиров (глицерин) можно синтезировать углеродные скелеты некоторых аминокислот (например, через 3-фосфоглицерат → серин). Но в целом жиры не служат прямым источником для синтеза аминокислот (нет пути из ацетил-КоА в пируват у человека). Однако кетогенные аминокислоты могут пополнять пул ацетил-КоА, который идёт на синтез жирных кислот.

Метаболит	Откуда (из аминокислот)	Куда (углеводы/жиры)
Пируват	Аланин, серин, глицин, цистеин	Глюконеогенез → глюкоза
Оксалоацетат	Аспартат, аспарагин	Глюконеогенез; в ЦТК
α-Кетоглутарат	Глутамат, глутамин, пролин, аргинин	В ЦТК → оксалоацетат → глюкоза
Фумарат	Фенилаланин, тирозин, аспартат (через ЦТК)	Глюконеогенез
Сукцинил-КоА	Метионин, изолейцин, валин (частично)	Глюконеогенез (через превращение в малат)
Ацетил-КоА	Лейцин, лизин, изолейцин, триптофан, фенилаланин (частично)	Синтез жирных кислот, холестерина, кетоновых тел
Ацетоацетил-КоА	Лейцин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан	Кетоновые тела, синтез холестерина