74. Аминокислоты. Их строение и классификация. Обмен аминокислот. Цикл мочевины и его биологическое значение.

Аминокислоты – сравнительно небольшие молекулы известной структуры. Первая а.к. аспарагин открыта в 1806 годую. Каждая а.к. имеет тривиальное научное название, чаще зависит от источника (пр: глицин, гликос-сладкий). В природе встречаются более 300 аминокислот, но только 20 из них используются для синтеза белков – протеиногенные аминкислоты. Протеиногенные а.к. имеют 3х и иногда 1 буквенные обозначения, использующиеся для сокращения записей а.к. состава и последовательностей а.к. в полипептидных цепях.

Каждая аминокислота имеет свою, характерную для нее R-группу. Во всех аминокислотах, за исключением глицина, α-атом углерода связан с четырьмя различными замещающими группами и, следовательно, является асимметрическим, или хиральным, атомом углерода. В белках встречаются только L-стереоизомеры, соответствующие по своей конфигурации L-глицеральдегиду.

Классификация аминокислот на основе строения и свойств их радикалов.

Физические и химические свойства аминокислот белков определяются их радикалами. В частности – полярность или неполярность а.к. определяет различную степень растворимости белков в разных растворителях. Это выделяет белки из ряда других природных полимеров и обеспечивает им роль материальной основы жизненных процессов.

Классификация.

На основе питательной ценности (для человека)
Незаменимые (не могут синтезироваться в организме)	Заменимые (могут синтезироваться в организме человека)
Треонин, Метионин, Валин, Лейдин, Изолейцин, Фенилаланин, Триптофан, Лизин. Аргинин, Гистидин – незаменимы для детей до 12 лет.	Глицин, Аланин, Серин, Цистеин, Пролин, Аспарагиновая кислота, Глутаминовая кислота, Аспарагин, Глутамин, Тирозин.

Сначала белок расщепляется на фрагменты — пептиды. Этот процесс осуществляется в желудке с помощью пепсина и в тонком кишечнике с помощью химотрипсина и трипсина (ферментов поджелудочной железы). Затем эти пептидные фрагменты расщепляются до свободных аминокислот (не связанных с другими аминокислотами). Этот процесс происходит под воздействием аминопептидазы, содержащейся в клетках эпителия тонкого кишечника, а также под действием карбоксипептидазы, выделяемой поджелудочной железой. Далее эти аминокислоты поступают в кровь путем облегченной диффузии через клеточную мембрану.

Превращения аминокислот. Соотношения аминокислот в распадающихся белках и новообразуемых за их счет протеинах, как правило, различны. Поэтому известная доля свободных аминокислот, возникших при гидролизе белков и пептидов, обязательно должна быть преобразована либо в другие аминокислоты, либо в более простые соединения, выводимые из организма. Все это осуществляется в результате процессов, которые можно объединить общим названием — превращения аминокислот. Известны три типа реакций аминокислот в организме: по а-аминогруппе, карбоксильной группе и радикалу аминокислоты. Реакции по a-аминогруппе однотипны у всех аминокислот, это в основном реакции дезаминирования и переаминирования. Столь же однообразен набор химических процессов по карбоксильной группе аминокислот: это главным образом декарбоксилированис и образование аминоациладепила-тов. В отличие от первых двух типов превращений аминокислот преобразования в радикалах аминокислот исключительно разнообразны, многочисленны и, как правило, уникальны для каждой отдельной аминокислоты. Наконец, есть тип превращений аминокислот, который состоит в образовании пептидной связи между a-аминогруппой одной аминокислоты и карбоксильной группой другой. Он осуществляется сложным путем и приводит к синтезу пептидов и белков.

Реакции по аминогруппе. Наиболее распространенной и важной реакцией аминокислот по а-аминогруппе является дезаминирование. Оно может идти четырьмя путями: Окислительное, восстановительное, гидролитическое, однако везде образуется аммиак. Помимо него продуктами могут быть жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Основной путь: окислительное дезаминирование. Процесс этот осуществляется в две стадии. Сначала аминокислота окисляется в иминокислоту при участии специфической дегидрогеназы с НАД⁺ или НАДФ⁺ в качестве кофермента и акцептора водорода. Затем иминокислота спонтанно гидролизуется на кетокислоту и аммиак. Аммиак токсичен и выводится в виде различных соединений. У человека – цикл мочевины.

Трансаминирование — биохимическая ферментативная реакция обратимого переноса аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту без промежуточного образования аммиака.

Реакции трансаминирования являются обратимыми и, как выяснилось позже, универсальными для всех живых организмов. Эти реакции протекают при участии специфических ферментов, названных аминотрансферазами. Все или почти все а.к. сначалареагируют с α-кетоглутаровой кислотой с образованием глутаминовой и соотв. кетокислоты. Образовавшаяся глутаминовая кислота затем подвергается окислительному дезаминированию под действием глутамат дегидрогеназы. α-кетоглутаровая кислота снова вовлекается в процесс переаминирования с а.к.

Биологический смысл трансаминирования – аминогруппы от разных а.к. собираются в одной форме – L-глутаминовой кислоты.

Реакции по карбоксильной группе. Превращения аминокислот по СООН-группам сводятся в основном к декарбоксилированию и образованию амино- ациладепилатов. Декарбоксилнрование аминокислот осуществляется сравиительпо легко в тканях животных и растений, но особенно широко оно представлено у микроорганизмов. Во всех случаях процесс идет по одной и той же схеме.

Простетической группой декарбоксилаз L-аминоклслот служит пиридоксальфосфат, комплекс которого с различными специфическими белками дает начало всем многообразным и высокоспецифичным декарбоксилазам L-аминокислот. В подавляющем большинстве случаев продуктами декарбоксилирования аминокислот являются амины. Так как они образуются в качестве продуктов жизнедеятельности и обладают высокой физиологической активностью, их называют биогенными аминами. Пример: При декарбоксилировапии гистидина возникает гистамин:

Он вызывает усиление деятельности желез внутренней секреции и снижает кровяное давление.

Реакции по радикалу. Важнейшим типом превращений аминокислот, протекающих с видоизменением радикалов, является переход одних а.к. в другие. Благодаря этому в оргапизме значительно усиливаются возможности для синтеза а.к.. В состав белков входит 20 аминокислот и существуют 20 катаболических путей их расщепления, которые в конечном итоге приводят к пяти продукам, которые вступают в цикл лимонной кислоты (цикл Кребса). Продукты расщепления углеродных скелетов аминокислот: 1) ацетил-СоА (аланин, цистеин, глицин, серии и треонин – сначала через ПВК; лейцин, лизин, фенилаланин, тирозин и триптофан – непосредственно); 2) а-кетоглутарат (пролин, гистидин, аргинин, глутамин и глутаминовая кислота), 3) сукцинат (метионин, изолейцин и валин); 4) фумарат (фенилаланин и тирозин); 5) оксалоацетат (аспарагин и аспарагиновая кислота).

Синтез мочевины.

Аммиак, образующийся при распаде аминокислот должен подвергаться связыванию.в тканях с образованием нетоксичных веществ, выделяемых с мочей.

Суммарная реакция синтеза мочевины без учета всех промежуточных продуктов:

СO₂ + NH₃ + ЗАТФ + 2Н₂O + Аспартат–-Мочевина + 2АДФ + АМФ + Фумарат +2Рi + РРi

Синтез мочевины – основной механизм обезвреживания аммиака. На ее долю приходится 85% азота мочи. Единственное место синтеза мочевины – печень, откуда она идет в плазму крови и почки. Для синтеза нужно две молекулы аммиака: одна – через карбамоил фосфат, другая – через аспарагиновую кислоту. На синтез одной молекулы мочевины нужно 3 молекулы АТФ. Типы азотстого обмена у организмов: 1)аммониотический (аммиак) – рыбы, амфибии. 2)Уреотический (мочевина)-человек. 3)Урекотелический(мочевая кислота) – птицы, рептилии.