Тема: Белки 2. Тканевой обмен аминокислот. Обезвреживание продуктов обмена.

1. Основные реакции обмена аминокислот:

1.1. Реакции на радикал:

а) гидроксилирование (про, лиз, фен). Механизм микросомального окисления (роль аскорбата, NADPH, цитохрома P450 и др.), примеры, биологическое значение;

б) разрыв (механизм, биологическое значение);

в) метилирование и др.

Кроме индивидуальных путей обмена, известен ряд превращений, общий почти для всех а/к. Это реакции:

1) на радикал (R): - гидроксилирование;

- разрыв радикала;

- метилирования

Гидроксилирование:

1. При синтезе коллагена одновременно с трансляцией происходит гидроксилирование остатков пролина и лизина, катализируется этот процесс проколлаген-гидроксилазами, имеющими в активном центре атомы железа, в качестве кофермента используется аскорбат (витамин С). Симптомы дефицита витамина С, такие, как выпадение зубов, кровоточивость десен или повреждения кожи (цинга), объясняются нарушением биосинтеза коллагенов. Гидроксилирование пролина и лизина происходит в микросомальной дыхательной цепи при помощи цитохрома Р₄₅₀, при этом один атом кислорода включается в вещество, а другой, связывая водород из среды, входит в состав воды (см. микросомальную дыхательную цепь)

2. При гидроксилировании фенилаланина образуется аминокислота тирозин. Эта реакция катализируется фенилаланингидроксилазой.

Нарушение функции фенилаланин гидроксилазы – причина фенилкетонурии.

Реакции метилирования:

Метионин на пути своего распада взаимодействует с АТФ с образованием S-аденозилметионина (SАМ). Эту молекулу называют «активный метионин», поскольку он является донором метильной группы в синтезе многих важных для клетки соединений.

После передачи метильной группы образуется S-аденозилгомоцистеин, который путем гидролиза S—С-связи распадается на L-гомоцистеин и аденин.

Реакции разрыва цепи можно рассмотреть на примере триптофана и аригинина:

Распад молекулы триптофана до промежуточных продуктов проходит в основном по кинуренин-антранилатному пути, в результате которого после ряда реакций из триптофана образуется никотинамид (витамин РР).

Разрыв цепей аргинина приводит к образованию орнитина и мочевины в цикле синтеза мочевины:

2. Реакции на карбоксильную группу:

а) декарбоксилирование (на примере гис, тир, трп, глу) – механизм, ферменты, биологическая роль;

б) восстановление – ферменты, биологическая роль.

Декарбоксилирование аминокислот.

Общая схема процесса декарбоксилирования:

R-CH-COOH ---> R-CH2-NH₂ + CO₂

│

NH₂

В живых организмах открыто 4 типа декарбоксилирования:

1. Альфа-декарбоксилирование (отщепляется COO-группа, стоящая по соседству с альфа-углеродным атомом.

R-CH-COOH ---> R-CH₂-NH₂

│

NH₂

2. Омега- декарбоксилирование (характерно для микробов).

Таким путем из АСП образуется альфа-аланин.

HOOC-CH₂-CH-COOH ---------> CH3-CH-COOH

│ -CO₂ │

NH₂ NH₂

аспартат аланин

3. Декарбоксилирование, связанное с трансаминированием.

R₁ R₂ R₁ R₂

│ │ │ │

CH-NH₂ + C=O -----------> C=O + CH-NH₂

│ │ - CO₂ │ │

COOH COOH H COOH

альдегид новая а/к

4. Декарбоксилирование, связанное с конденсацией молекул.

R₁ R₂ R₁

│ │ │

CH-NH₂ + CO-S-КоА -----------> CH-NH₂ + HSКоА

│ - CO₂ │

COOH CO-R₂

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов обмена а/к являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами - декарбоксилазами а/к, каждая из которых состоит из белковой части и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом.

Реакции декарбоксилирования аминокислот лежат в основе образования биогенных аминов. Продукты декарбоксилирования ароматических аминокислот и глутаминовой кислоты выполняют роль нейромедиаторов:

гамма-аминомасляная кислота - медиатор тормозных нейронов- образуется путем декарбоксилирования L-глутамата. Эта реакция катализируется пиридоксальфосфат-зависимым ферментом L-глутамат-декарбоксилазой. Она локализована главным образом в нейронах центральной нервной системы, преимущественно в сером веществе головного мозга.

В животных тканях с высокой скоростью протекает реакция декарбоксилирования гистидина, катализируемая специфической гистидиндекарбоксилазой:

Гистамин - вазодилятатор, образуется в области воспаления, вызывая расширения сосудов в очаге воспаления, тем самым ускоряет приток лейкоцитов, участвует в секреции HCl, является медиатором боли.

В животных тканях с высокой скоростью декарбоксилируются цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты.

CH₂-SO₂H CH₂-SO₃H

│ [O] │

CH-NH₂ -----> CH-NH₂

│ │

COOH COOH

цистеин- цистеиновая к-та

сульфиновая

к-та

│___ CO₂ │____ CO₂

│ │

CH₂-SO₂H [O] CH₂-SO₃H

│ -----> │

CH₂-NH₂ CH₂-NH₂

гипотаурин таурин (используется для

синтеза парных желчных к-т).

При декарбоксилировании триптофана образуется биогенный амин триптамин, обладающий сосудосуживающим действием.

При декарбоксилировании тирозина происходит синтез катехоламинов.

Реакция восстановления.

Реакцию восстановления карбоксильной группы можно рассмотреть на примере глутаминовой кислоты: образующийся при этом глутамат-гамма-полуальдегид используется в различных реакциях, например, в реакции синтеза пролина из глутаминовой кислоты.