Тема 2. Общие пути катаболизма аминокислот. Образование аммиака в организме и пути его обезвреживания

Практическая значимость темы. Для большинства аминокислот характерны общие реакции, связанные с превращениями их амино- и карбоксильных групп - реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования. Роль этих превращений в организме велика, так как перечисленные типы реакций обеспечивают интеграцию аминокислотного обмена с метаболизмом углеводов и липидов, способствуют перераспределению азота в организме, участвуют в образовании биомолекул, способных регулировать обмен веществ и ряд физиологических процессов.

Аммиак, образующийся в организме человека в реакциях катаболизма азотсодержащих соединений, чрезвычайно токсичен и должен быть обезврежен путём превращения его в мочевину. Поэтому согласованное протекание метаболического превращения аммиака в мочевину имеет важное значение для сохранения здоровья. Понимание патогенеза расстройств, возникающих при заболеваниях печени (гепатит, цирроз) и врождённых дефектах ферментов цикла мочевинообразования, лечение больных, страдающих этими заболеваниями, требуют знания механизмов обезвреживания аммиака в тканях.

Цель занятия. После изучения данной темы студент должен знать общие пути катаболизма аминокислот в тканях и их биологическую роль, основные источники образования аммиака и пути его обезвреживания в организме, их регуляцию, возможные причины нарушений, уметь применять приобретённые знания для решения теоретических и практических задач.

Исходный уровень знаний.

1. Строение аминокислот (аланин, аспартат, аспарагин, аргинин, глутамат, глутамин, гистидин, тирозин, триптофан, цистеин).

2. Кислотно-основные свойства органических соединений.

3. Высокоэнергетические фосфатные соединения: роль в организме.

4. Цикл трикарбоновых кислот: реакции, роль в организме.

5. Принципы диагностики врождённых дефектов ферментов.

2.1. Общие пути катаболизма аминокислот в тканях.

К общим путям катаболизма аминокислот относятся реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования.

2.1.1. Трансаминирование аминокислот – перенос аминогруппы (NН₂-) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования катализируют ферменты – аминотрансферазы (или трансаминазы). Кофермент аминотрансфераз – пиридоксальфосфат (производное витамина В₆). В реакции принимает участие альдегидная группа кофермента. Реакция легко обратима. Механизм реакции трансаминирования представлен на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1. Механизм переноса аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту в реакции трансаминирования.

Примеры реакций трансаминирования:

   

Роль реакций трансаминирования в организме:

• участие в непрямом дезаминировании аминокислот;

• путь синтеза заменимых аминокислот;

• образующиеся в реакции α-кетокислоты могут включаться в общий путь катаболизма и глюконеогенез.

2.1.2. Дезаминирование аминокислот – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака (NН₃). В тканях человека преобладает окислительное дезаминирование, то есть сопряжённое с переносом водорода.

Большинство ферментов, участвующих в окислительном дезаминировании аминокислот, при физиологических значениях рН малоактивны. Поэтому основная роль в окислительном дезаминировании принадлежит глутаматдегидрогеназе, которая катализирует прямое окислительное дезаминирование глутамата. В качестве кофермента используются НАД⁺ или НАДФ⁺ (производные витамина РР). Реакция обратима.

Глутаматдегидрогеназа – аллостерический фермент, его аллостерическими активаторами являются АДФ и ГДФ, аллостерическими ингибиторами – АТФ, ГТФ и НАДН.

Непрямое дезаминирование характерно для большинства аминокислот. Оно называется непрямым, потому что происходит в 2 этапа:

1. на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;

2. на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 4).

Рисунок 2.2. Схема непрямого дезаминирования аминокислот.

Участие аминотрансфераз в этом процессе позволяет собрать аминогруппы различных аминокислот в составе одной аминокислоты – глутамата, который затем подвергается окислению с образованием аммиака и α-кетоглутарата.

2.1.3. Декарбоксилирование аминокислот – отщепление карбоксильной группы от аминокислоты с образованием СО₂. Продуктами реакций декарбоксилирования аминокислот являются биогенные амины, участвующие в регуляции обмена веществ и физиологических процессов в организме (см. таблицу 2.1).

Таблица 2.1

Биогенные амины и их предшественники.

Аминокислота	Биогенный амин
Гистидин	Гистамин
Глутамат	γ-аминомасляная кислота (ГАМК)
Тирозин	Дофамин
Триптофан	Триптамин
	Серотонин
Цистеин	Тиоэтиламин
	Таурин

Реакции декарбоксилирования аминокислот и их производных катализируют декарбоксилазы аминокислот. Кофермент – пиридоксальфосфат (производное витамина В₆). Реакции являются необратимыми.