Біосинтез амінокислот

В живому організмі легко синтезуються амінокислоти. У зв’язку з їх важливою роллю організм виробив різноманітні шляхи їх синтезу.

Амінокислоти можуть утворюватись шляхом азотфіксації.

Деякі із мікроорганізмів, що живуть у ґрунті, здатні засвоювати молекулярний азот повітря та перетворювати його в амінокислоти та білки. Це процес азотфіксації. Ці м/о відкриті у 1894 р. С.Н.Віноградським.

С. Віноградський та С.Костичев висунули гіпотезу, згідно якої першим продуктом засвоєння молекулярного азоту бактеріями є аміак, який потім вступає у реакції з різними продуктами перетворення вуглеводів та дає амінокислоти.

Представниками вільноживущих ґрунтових бактерій, що здатних до асиміляції азоту є анаероби Clostridiumта аеробиAzotobacter. До азотфіксації здатні також деякі мікроводорості (ціанобактерії), деякі вищі рослини (водяна папоротьAzollaвикористовується у В’єтнамі на рисових полях, оскільки в листях його живуть симбіотичні організми – ціанобактерії, завдяки цьому рисові поля збагачуються азотом, врожайність підвищується). Існують також бактерії – симбіонти бобових (сої, люцерни, люпину), які також здатні до азотфіксації.

Амінокислоти синтезуються з неорганічних азотистих сполукаміаку та нітратів. Нітрати під дією нітратредуктази спершу відновлюються до нітритів, потім під впливом нітритредуктази – до аміака.

Після чого аміак вступає в взаємодію з продуктами обміну вуглеводів і утворюють амінокислоти.

Шляхи утворення амінокислот є наступні:

– відновне амінуваннякетокислот:

– пряме амінування:

Також амінокислоти можуть відносно легко взаємоперетворюватись:

– переамінування (глютамінова – з α-кетоглутарової та якоїсь амінокислоти;

–декарбоксилювання (аланін з аспарагінової кислоти).

Біосинтез білків

Процес біосинтезу білка включає наступні три основні стадії:

1. Транскрипція – здійснюється в ядрі. Полягає у копіюванні інформації про те, яким повинен бути білок, з ДНК на і-РНК.

2. Активація амінокислот – здійснюється у цитоплазмі за участю АТФ та ферментів синтетаз. Утворюється активована аміноацил-т-РНК, яка поступає в рибосоми, де відбувається синтез білку.

Рибосоми – це складні рибонуклеопротеїдні комплекси, що складаються з білка та нуклеїнової кислоти р-РНК. Вони здатні сполучатись і утворювати полі рибосоми (полісоми).

3. Трансляція – переведення інформації з і-РНК у структуру специфічних білків.

Взаємозв’язок процесів обміну речовин у живому організмі

Обмін речовин в організмі – єдиний метаболічний процес, який підлягає основним закономірностям взаємозалежності, взаємо узгодженості і взаємоперетворення. У клітинах розщеплення та синтез жирів, білків та вуглеводів здійснюються одночасно й узгоджено, що забезпечує нормальне функціонування організму.

При порушенні обміну одного з цих класів органічних речовин в організмі виникають патологічні зміни, які значною мірою впливають на обмін інших речовин.

Так, з біохімічної точки зору взаємозв’язок між вуглеводами, білками та ліпідами виявляється в тому, що з вуглеводів їжі за певних умов можуть утворюватись ліпіди, з білків – вуглеводи тощо.

Взаємодія полягає також у тому, що енергетичні потреби організму можуть забезпечуватись окисленням якогось одного класу сполук при недостатньому надходженні інших, тобто існує енергетичний взаємозв’язок.

Загальну схему взаємоперетворень білків, ліпідів та вуглеводів наведено на схемі.

В аеробному катаболізмі розрізняють три головні стадії. На стадії І макромолекули клітини розпадаються на свої основні будівельні блоки: полісахариди розпадаються до гексоз або пентоз, жири - до жирних кислот, гліцеролу та інших компонентів, білки - до амінокислот.

Всі ці різні продукти, що утворились на першій стадій катаболізму, на стадій ІІ перетворюються в ще більш прості сполуки, кількість яких порівняно невелика. Гексози, пентози та гліцерол розщеплюються до одного й того ж тривуглецевого проміжного продукту - пірувату, а потім до єдиної двовуглецевої форми - ацетильної групи ацетилкофермента А. Аналогічне перетворення відбувається з жирними кислотами та вуглецевими скелетами більшої частини амінокислот: їх розчеплення також завершується утворенням ацетильних груп у формі ацетил-КоА. Таким чином, ацетил-КоА являє собою спільний кінцевий продукт другої стадії катаболізму.

На стадії ІІІ ацетильна група ацетил-КоА вступає в цикл трикарбонових кислот - спільний кінцевий шлях, на якому майже всі види клітинного палива окислюються врешті решт до двоокису вуглецю. Кінцевими продуктами є також вода та аміак (або інші азотмісткі сполуки).

Відновлені коферменти (НАД, ФАД) поступають у дихальний ланцюг, де піддаються окисненню. Перенесення водню по дихальному ланцюгу супроводжується виділенням енергій, що акумулюється в АТФ.

Пунктирною стрілкою показані основні шляхи синтезу органічних сполук.

Для тварин і людини характерна біохімічна закономірність цукри ліпіди (через ацетил-КоА). Надлишок вуглеводів в організмі спричиняє відкладання жиру. Відомо, що при відгодівлі свиней картоплею, кукурудзою, які містять в основному вуглеводи, у тварин відкладається жир.

Людям, схильним до повноти, слід менше споживати продуктів з борошна і круп.

Утворення вуглеводів з жирів також відбувається в організмі, але обмежено. Приклад: тварини у сплячці. У них восени відкладається багато жиру, який взимку використовується для підтримання процесів дихання, роботи серця. У таких умовах жир перетворюється на глікоген.