Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
БХ учебник Николаев.pdf
Скачиваний:
573
Добавлен:
02.05.2015
Размер:
15.53 Mб
Скачать
iiy ie M .

Глава 11. Обмен и функции аминокислот

3 3 9

Дезаминирование треонина происходит аналогично. Напомним, что треонин не участвует в реакциях трансаминирования, а значит, не может дезаминировать­ ся непрямым

Оксидазы аминокислот

В печени и почках имеется оксидаза L-аминокислот, катализирующая окислитель­ ное дезаминирование многих аминокислот (реакция (б) проходит без участия фермента):

а

 

 

б

 

 

 

R -C H -C O O H + О,-» К— С — СООН + H O ,

R - C i {-СООН + Н ,0 -> R - C - СООН + NH1

I

-

Il

I

II

3

NH,

 

NH

NH

 

О

 

Коферментом оксидазы L-аминокислот является ФМН, выполняющий роль переносчика водорода с аминокислоты на кислород. Этот фермент наиболее акти­ вен при pH =10; скорость реакции in vitro, по-видимому, невелика, поскольку реак­ ция среды в клетках близка к нейтральной.

Другая оксидаза аминокислот, тоже содержащаяся в печени и почках, дезами­ нирует лишь £>-изомеры аминокислот. Поскольку содержание D-аминокислот в пище и в организме человека очень невелико, значение этого фермента остается неясным.

КАТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ И ГЛЮКОНЕОГЕНЕЗ ИЗ АМИНОКИСЛОТ

Взрослый человек ежесуточно потребляет около 100 г аминокислот, поступающих с белками пищи. При азотистом равновесии такое же количество аминокислот распадается до конечных продуктов, выделяющихся из организма. Азот аминокис­ лот превращается в мочевину — конечный продукт обмена азота. При этом поло­ вина выводимого азота проходит стадию превращения в аммиак, а другая полови­ на включается в мочевину непосредственно из аминогрупп, не превращаясь в ам­ миак. И в том и в другом случае аминокислоты образуют безазотистые остатки, главным образом а-кетокислоты.

Безазотисты е остатки больш инства аминокислот при катаболизме прохо­ дят стадию образования пировиноградной кислоты (рис. 11.9). При этом не­ которы е аминокислоты превращ аю тся в пируват непосредственно (аланин, цистеин, серин).

Другие аминокислоты проходят более длинный метаболический путь к пиру­ вату: вначале они превращаются в промежуточные продукты цитратного цикла, а затем углерод аминокислот покидает цитратный цикл в составе оксалоацетата, который превращается в фосфоенолпируват, а затем в пируват. После окислитель­ ного декарбоксилирования пирувата оставшиеся углеродные атомы аминокислот (т. е. ацетильный остаток ацетил-КоА) вновь попадают в цитратный цикл, где и окисляются до CO2.

3 4 0

Часть II. Обмен веществ и энергии

Глюкоза

Фосфоенол-

 

Аланин

- Триптофан

• Пируват*

Цистеин

 

пируват

 

Серин

 

CO,

Ацетил-Ко/

Лейцин

 

Триптофан (индольная часть)

 

Аспарагин

 

Изолейцин

 

 

Тирозин

^ ----- Фенилаланин

 

 

Лизин

 

 

 

Цитрат

 

 

 

Малат

Изоциграт

 

 

 

 

 

 

Глутамин

Тирозин------►

Фумарат

а-Кетоглутарат -

Глутамат-*—

Аргинин

Гистидин

 

 

 

 

 

 

 

Валин

Пролин

Фенилаланино t

СукцинатI

 

 

-Сукцинил-Ко/

Изолейцин

 

 

 

 

Метионин

 

Рис. 11.9. Введение аминокислот в общий путь катаболизма и глюконеогенез

Предшественниками глюкозы при глюконеогенезе являются пируват, оксалоа­ цетат и фосфоенолпируват. Поэтому аминокислоты, которые превращаются в эти соединения, могут быть использованы для синтеза глюкозы (глюконеогенез из аминокислот); такие аминокислоты называют гликогенными. Глюконеогенез с учас­ тием аминокислот происходит особенно активно при преимущественно белковом питании, а также при голодании. В последнем случае используются аминокислоты собственных белков тканей. Катаболизм лейцина и лизина не включает стадии образования пировиноградной кислоты; углеродная часть превращается непосред­ ственно в ацетоуксусную кислоту и ацетил-КоА, из которых синтез углеводов не­ возможен; это кетогеннъсе аминокислоты. Тирозин, фенилаланин, изолейцин и трип­ тофан являются одновременно и гликогенными, и кетогенными: часть углеродных атомов их молекул при катаболизме образует пируват, другая часть включается в ацетил-КоА, минуя стадию пирувата.

СИНТЕЗ АМИНОКИСЛОТ

Любая из заменимых аминокислот может синтезироваться в организме в необхо­ димых количествах. При этом углеродная часть аминокислоты образуется из глю­ козы, а аминогруппа вводится из других аминокислот путем трансаминирования.

Аланин, аспартат, глутамат образуются из пирувата, оксалоацетата и ос-кетог- лутарата соответственно. Глутамин образуется из глутаминовой кислоты при дей­ ствии глутаминсинтетазы:

Глутамат + NH3 + АТФ - * Глутамин + АДФ + Н,РО,.

Глава 11. Обмен и функции аминокислот

341

Аспарагин синтезируется из аспарагиновой кислоты и глутамина, который служит донором амидной группы; реакцию катализирует аспарагинсинтетаза (рис. 11.10). Пролин образуется из глутаминовой кислоты (рис. 11.11).

S 0

 

C4/ °

 

 

^

С./ °

 

 

 

T^NH

 

/ °

Т^ОН

 

:(

сн,

 

сС

 

 

сн,

 

 

\r > U

I

2

 

I

 

I

2

 

 

С Ч )Н

 

T z

 

I 4 NH2

 

 

 

CH7

+ C H 7+ АТФ + H7O —► CH7

+

CH7

I

+ А М Ф + HiP7O7

I 2

 

I 2

2

I

 

 

 

“+ 2 7

(j!H— NH2

 

C^H— NH2

 

C H - N H 2

C H - N H 2

 

СООН

 

СООН

 

соон

соон

 

аспартат

 

глутамин

 

аспарагин

глутамат

 

 

 

Рис. 11.10. Синтез аспарагина

 

 

H7C ------ CH7

H7C -------CH7

 

 

H7C ------ CH7

2I

I

2

2I

I

2

 

 

2I

I 2

C 4

CH— СООН —*

C 4

HC— СООН —*—*

H7C

C H -C O O H

HO7 V )

I

 

н о / 4

1

 

 

 

2 ^

N '

 

NH7

 

NH2

 

 

 

н

глутамат

у-полуальдегид

 

 

 

пролин

 

 

 

глутамата

 

 

 

 

 

Рис. 11.11. Синтез пролина

Гистидин (частично заменимая аминокислота) синтезируется из АТФ и рибозы: пуриновая часть АТФ поставляет фрагмент —N=CH—N H — для имидазольного цикла гистидина; остальная часть молекулы образуется за счет рибозы. Синтез других заменимых аминокислот описан в последующих разделах этой главы.

Незаменимые аминокислоты

Аминокислоты, входящие в состав белков, можно разделить на следующие группы:

1.Незаменимые:

Валин;

Лейцин;

Изолейцин;

Треонин;

Метионин;

Фенилаланин;

Триптофан;

Лизин.

2.Частично заменимые:

Гистидин;

Аргинин,

3.Условно заменимые:

Цистеин;

Тирозин.

3 4 2

Часть II. Обмен веществ и энергии

4.Заменимые:

Аланин;

Аспарагиновая кислота;

Аспарагин;

Глутаминовая кислота;

Глутамин;

Пролин;

Глицин;

Серин.

Если в пище нет заменимой аминокислоты, клетки синтезируют ее из других веществ, и тем самым поддерживается полный набор аминокислот, необходимый для синтеза белков. Если же отсутствует хотя бы одна из незаменимых аминокис­ лот, то прекращается синтез белков. Это объясняется тем, что в состав подавляю­ щего большинства белков входят все 20 аминокислот; следовательно, если нет хотя бы одной из них, синтез белков невозможен.

Частично заменимые аминокислоты синтезируются в организме, однако ско­ рость их синтеза недостаточна для обеспечения всей потребности организма в этих аминокислотах, особенно у детей. Условно заменимые аминокислоты могут синтезироваться из незаменимых: цистеин — из метионина, тирозин — из фени­ лаланина. Иначе говоря, цистеин и тирозин — это заменимые аминокислоты при условии достаточного поступления с пищей метионина и фенилаланина.

Содержание незаменимых аминокислот определяет пищевую ценность про­ дукта питания (пищевая ценность высока, если продукт содержит все незамени­ мые аминокислоты в необходимых для человека пропорциях). Такому требова­ нию отвечают многие белки животных. Растительные белки часто содержат не­ достаточное количество незаменимых аминокислот, обычно лизина, метионина и триптофана, что снижает их пищевую ценность.

Незаменимые аминокислоты, за исключением лизина и треонина, участвуют в реакциях трансаминирования. Следовательно, при наличии соответствующих а-кетокислот они тоже могли бы синтезироваться в организме (кроме лизина и треонина). Незаменимы собственно а-кетокислоты, соответствующие незамени­ мым аминокислотам. Однако пища человека не содержит сколько-нибудь замет­ ных количеств таких кетокислот, и их единственным источником служат незаме­ нимые аминокислоты пищи. Из этого следует, что трансаминирование незамени­ мых аминокислот служит этапом только их катаболизма, а не синтеза, в отличие от заменимых аминокислот, для которых трансаминирование может быть началь­ ной стадией катаболизма или конечной стадией синтеза.

СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ

Мочевина — главный конечный продукт обмена азота в организме: азот мочеви­ ны составляет около 90 % всего выводимого азота. Количество выделяемой моче­ вины зависит от количества аминокислот (белков), поступающих с пищей. Если в суточном рационе содержится 80-100 г белков, то за сутки образуется и выводит­ ся с мочой 25-30 г мочевины. Синтез мочевины происходит в печени. Это было

Рис. 11.12. Гидролиз аргинина

Глава 11. Обмен и функции аминокислот

3 4 3

установлено в лаборатории И. П. Павлова в опытах по выключению печени из общего кровотока. Оказалось, что в этих условиях в крови и моче снижается кон­ центрация мочевины и повышается концентрация аминокислот. Позднее роль печени в образовании мочевины была подтверждена и другими методами. Нару­

шение синтеза и выведения мочевины

NH,

 

 

 

ведет к повышению концентрации ам­

 

 

 

миака в тканях и крови, что, в свою оче­

I

2

 

NH2

 

редь, вызывает ряд других нарушений

(J=NH

 

 

обмена веществ и физиологических функ­

NH

 

 

I

NH 2

 

 

СН,

ций.

I

 

 

I 2

 

СН,

+ Н,0 -* сн,

= O

Мочевина представляет собой доволь­

I

2

2

-

 

 

-afи-

 

 

I 2

 

но простое соединение — полный амид

 

 

NH„

угольной кислоты H ,N —CO—N H 2. Од­

СН,

 

СН— NH,

 

нако синтез этого вещества в печени

I 2

 

I

 

СН— NH,

 

соон

 

происходит в несколько стадий, образу­

I

2

 

 

 

ющих циклический процесс.

СООН

 

 

 

В 1903 г. немецкий химик Коссель

аргинин

 

орнитин

мочевина

открыл фермент аргиназу, катализирую­ щий гидролиз аргинина с образованием

орпитипа и мочевины (рис. 11.12). Тогда же было высказано предположение, что эта реакция может быть конечной стадией синтеза мочевины в печени. Спустя 30 лет Кребс и Гензелейт в опытах на срезах печени обнаружили, что синтез моче­ вины ускоряется при добавлении в инкубационную среду орнитина. Н а этом основании они предположили существование циклического процесса, в кото­ ром орнитин, получающийся при распаде аргинина, затем вновь превращается в аргинин (орнитиновый цикл, цикл Кребса—Гензелейта). В последующие деся­ тилетия были раскрыты остальные реакции цикла.

Один из двух атомов азота мочевины включается в нее за счет использова­ ния аммиака. При действии карбамоилфосфатсинтетазы I образуется карбамоилфосфат:

N H n CO2+ 2АТФ + H2O

H 2N- -CO— OPO3H 2 2АДФ H J1PO,.4

 

 

NH1

 

 

C = O

NH,

 

I

 

NH

 

NH,

I

 

СН,

к ;

=O

I 2

CH2 + H3PO4

I !

OPO3H2

(JH2

сн,

C H - N H 2

кароамоил-

(J H -N H 2

СООН

фосфат

СООН

 

орнитин

 

цитруллин

Рис. 11.13. Образование цитруллина

3 4 4

Часть II. Обмен веществ и энергии

Карбамоильная группа далее переносится на орнитин с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоилтрансфераза (рис. 11.13). Эти две реакции происходят в митохондриях. Затем цитруллин переходит в цитозоль, где реагирует с аспарагиновой кислотой, превращаясь в аргинин-янтарную кислоту при действии аргининсукцинатсинтетазы (рис. 11.14).

NH2 СООН NH СООН

C = O

+ H2N - C H

+ АТФ

I'

I

+ АМФ + H4P2O7

С— N H -C H

I

СН,

I

I

IjTH

NH

СН,

CH

СООН

I

I 2

 

СООН

(^Н„ + Hзр0 4

аспартат

 

 

I

 

сн ,

 

CH

 

 

C H - N H 2

 

I 2

 

 

C H - N H 2

СООН

 

СООН

 

цитруллин

 

аргининосукцинат

Рис. 11.14. Образование аргинин-янтарной кислоты

Аргининянтарная кислота при участии аргининсукциназы распадается на ар­ гинин и фумаровую кислоту (рис. 11.15).

Далее аргинин гидролизуется аргиназой с образованием мочевины.

NH

СООН

NH

 

СООН

Il

I

!I

 

 

>

 

+ CH

С— N H -C H

с — NH,

I

I

I

2

Il

NH

СН,

NH

 

CH

I

I

I

 

I

I

 

 

(^H2

СООН

- » CJh 2

СООН

сн,

 

P

 

фумарат

I 2

 

 

 

сн,

 

сн,

 

I 2

 

I

2

 

(j:H— NH2

C H - N H 2

COOH

 

СООН

 

аргининосукцинат

аргинин

 

Рис. 11.15. Образование аргинина

Суммарное уравнение синтеза мочевины:

CO2 + NH3 + Аспартат + ЗАТФ + 2Н20 = Мочевина + Фумарат +

+ 2 (АДФ + H3PO4) + (АМФ + H4P2O7).

Из уравнения видно, что один атом азота мочевины образуется за счет аммиа­ ка, а другой — за счет аминогруппы аспарагиновой кислоты. В целом орнитиновый цикл представлен на рис. 11.16.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.