4. Декарбоксилирование аминокислот. Образование биогенных ами-нов, их роль в регуляции метаболизма и функции.

Декарбоксилирование - Превращения аминокислот по карбоксильной группе.

В тканях животных процесс декарбоксилирования аминокислот протекает под действием декарбоксилаз с образованием аминов.

Декарбоксилазы аминокислот – сложные ферменты, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Обнаружены процессы декарбоксилирования гистидина, триптофана, 5-гидрокситриптофана, тирозина, глутаминовой, аспарагиновой, цистеиновой кислот с образованием соответствующего амина: гистамина, триптамина, серотонина, тирамина, γ-аминомасляной кислоты, β-аланина, таурина. Их называют биогенными аминами, так как в малых дозах это биологически активные вещества с мощным фармакологическим действием, в больших дозах – фармакологические яды. Декарбоксилазы ароматических аминокислот, гистидина, глютаминовой кислоты и других не отличаются строгой специфичностью. Ферменты мало активны, и процесс протекает с малой скоростью.

При декарбоксилировании тирозина образуется тирамин, проявляющий сосудосуживающее действие.

Н₂N - CН - COOH

тирозин тирамин

Декарбоксилирование триптофана сопровождается образованием триптамина, также обладающего сосудосуживающим действием.

триптофан триптамин

При декарбоксилировании производного триптофана - 5- гидрокситриптофана образуется 5- гидрокситриптамин или серотонин.

5-гидрокситриптофан серотонин

Серотонин преимущественно образуется в нервной ткани и кишечнике. Обладает сильным сосудосуживающим действием, является нервным медиатором, поддерживает нормальную психическую деятельность, участвует в центральной регуляции артериального действия, температуры тела, дыхания, в почечной фильтрации, способствует развитию аллергической реакции, токсикоза беременности.

Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гистамина.

гистидин гистамин

Декарбоксилирование гистидина гистидиндекарбоксилазой происходит главным образом в тучных клетках, которые имеются в соединительной ткани (практически во всех органах). Гистамин накапливается и хранится в этих клетках в соединении с белками в специальных секреторных гранулах и может освобождаться и выделяться в кровь при разнообразных механических воздействиях (травма, ожог, электрическое раздражение), действии эндогенных веществ.

Физиологическое действие гистамина на сосуды отличается от действия других биогенных аминов: он расширяет сосуды и поэтому снижает кровяное давление. В большом количестве гистамин образуется в месте травмы, в очаге воспалительного процесса, вызывает расширение сосудов, повышает проницаемость капилляров, способствует выходу лейкоцитов, развитию воспалительной реакции. Является медиатором нервных процессов, медиатором боли. Укусы насекомых (комары, клопы, осы и др.) вызывают зуд, боль, отечность, что связано с выделением гистамина. Гистамин стимулирует секрецию желудочного сока и слюны (поэтому его используют в клинике при исследовании секреторной функции желудка - гистаминовый завтрак). Если слизистая желудка на введение гистамина не усиливает секрецию сока, то это свидетельствует о повреждении секреторных клеток - атрофическом гастрите. Гистамин сокращает гладкие мышцы легких, что проявляется приступом удушья. Гистамин способствует сенсибилизации организма и развитию аллергических реакций.

Обезвреживание гистамина происходит путем его метилирования с образованием 1-метилгистамина, который выводится с мочой.

При α-декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется γ-аминомасляная кислота.

глутаминовая γ- аминомасляная кислота

кислота (ГАМК)

ГАМК в большом количестве содержится в сером веществе мозга, в то время как в белом веществе мозга и периферической нервной системе ее почти нет. Является тормозным фактором в нервных клетках. В опытах с изолированной петлей кишечника показано, что ГАМК вызывает прекращение перистальтики даже в присутствии ацетилхолина, стимулирующего перистальтику. Используется в клинике при лечении заболеваний центральной нервной системы, связанных с резким возбуждением коры головного мозга (эпилепсия).

Цистеин окисляется в цистеиновую кислоту, которая в тканях животных декарбоксилируется с большой скоростью с образованием таурина.

цистеин цистеин-диокси- цистеиновая таурин

геназа кислота

Таурин используется в реакциях конъюгации с желчными кислотами для увеличения их гидрофильности. Непосредственное декарбоксилирование цистеина, протекающее в организме с небольшой скоростью, сопровождается образованием цистеамина.

цистеин цистеамин

Цистеамин оказывает защитное действие при лучевой болезни, однако его действие является непродолжительным, поэтому были синтезированы его производные, аналоги, которые нашли применение в терапии лучевых поражений.

В животных тканях с большой скоростью протекает декарбоксилирование 3,4-диоксифенилаланина - производного фенилаланина. При этом образуется ДОФ-амин, оказывающий мощное сосудосуживающее действие. ДОФ-амин является промежуточным продуктом в синтезе катехоламинов норадреналина и адреналина.

H₂N - CH- COOH H₂N - CН - COOH H₂N - CН-COOH CH₂NH₂

фенилаланин тирозин 3,4-диоксифенилаланин ДОФ-амин

Под действием декарбоксилаз из диаминокарбоновых кислот образуются диамины: из орнитина – путресцин, лизина – кадаверин.

2

орнитин путресцин лизин кадаверин

Путресцин является предшественником полиаминов – спермина и спермидина. Последние несут большой положительный заряд и легко ассоциируются с ДНК и РНК, стабилизируют структуру ДНК, стимулируют синтез ДНК и РНК, влияют на процессы пролиферации. В сутки в организме взрослого человека образуется около 0,5 ммоль спермина. Фармакологические дозы полиаминов вызывают понижение температуры и артериального давления. Кроме этого они способны ингибировать ферменты.

Таким образом, биогенные амины, являясь сильными фармакологически активными веществами, влияют на различные функции организма. Знание их физиологического действия, механизмов их образования и обезвреживания является важным для врачей, так как их накопление может привести к ряду серьезных нарушений.

Обезвреживание аминов происходит под действием ферментов моноаминоксидаз (МАО) и диаминооксидаз (ДАО). Это сложные ферменты, локализованы в митохондриях. Простетическая группа МАО – ФАД, ДАО – пиридоксальфосфат и медь.

Амины подвергаются окислительному дезаминированию:

R R R

+ФАД +H₂O

CH₂NH₂ CH= NH C= 0+ NH₃

ФАД•Н₂ ИМИН Н

+О₂

ФАД + Н₂О₂

Образовавшиеся альдегиды далее окисляются в жирные кислоты, которые окисляются до конечных продуктов.

В клинике широко используются антигистаминные препараты: димедрол, пипольфен, тавегил, супрастин, бикарфен, диазолин, кетотифен, зиртек, гисманал, терфенадин.

Также используются фармпрепараты, ингибирующие моноаминооксидазы: ипрониазид, ниаламид, пиразидол, сиднофен, индопан, гармин, паргилин. Все они активные антидепрессанты и используются для лечения депрессивных состояний.

5. ИСТОЧНИКИ И ПУТИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ: МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ. ГИПЕРАММОНИЕМИЯ. ОСТАТОЧНЫЙ АЗОТ. 

Обезвреживание аммиака в организме

Различают механизмы местного и общего обезвреживания аммиака. Местное обезвреживание сводится к временному связыва-нию аммиака с образованием его транспортных форм,в составе ко-торых он доставляется к органам, где происходит общее обезврежи-вание. Последнее заключается в образовании инертных,ненужных организму соединений, которые выводятся с мочой.

Местное обезвреживание аммиака

Осуществляется в тканях(мозг, мышцы, сетчатка и др.), где происходит непосредственное образование NН₃, по нескольким ме-ханизмам.

1. Главным путем обезвреживания аммиака является его связы-вание с глутаминовой (у животных) и аспарагиновой (больше у рас-тений) кислотами, т.е. их амидирование. Протекает в мышечной ткани,

мозгу, печени, почках с затратой АТФ.Катализируется глута-минсинтетазой, локализованной в ЭПС.

Образовавшиеся глутамин и аспарагин являются главными транспортными формами аммиака, в виде которых он доставляется в печень и почки, где происходит общее обезвреживание.

Глутамин и аспарагин являются и главными резервными фор-мами аммиака.

O

COOH

+ NН3

+ АТФ

C

NH2

CH2

CH2

CH2

CH2 + АДФ + Н3РО4

CH

NH2

CH

NH2

COOH

COOH

ГЛУ

ГЛН

2. Обезвреживание аммиака в тканях происходит также путем амидирования остатков глутаминовой и аспарагиновой кислот в бел-ках.

2. Восстановительное аминирование (ретрансаминирование) a-кетоглутарата. В мышечной ткани этот процесс приводит к образованию еще одной транспортной формы аммиака. Аммиак связывается с кетоглутаровой кислотой под действием глутаматдегидрогеназы. Образуется глутамат:

НАДФ×Н + Н⁺ ® НАДФ

^{NН3 + a-кг} глутаматдегидрогеназа ^ГЛУ

Глутаминовая кислота вступает в переаминирование с пируватом, образующимся при интенсивной мышечной работе в результате распада гликогена или глюкозы.Образующийся аланин является

транспортной формой аммиака, доставляемой кровью в печень, где он вступает в переаминирование aс-кетоглутаратом, в результате чего получаются

пируват и глутамат. Глутаминовая кислота через аспартат включает свою NН₂-группу в мочевину. Пируват используется в глюконеогенезе для синтеза глюкозы, которая поставляется печенью мышцам. Этот ме-ханизм имеет важной значение для выведения аммиака из мышечной ткани и получил название глюкозо-аланинового цикла.

Общее обезвреживание аммиака

Происходит в печени и почках, где образуются инертные соединения, которые выводятся с мочой. В печени синтезируется мочевина, в почках – аммонийные соли.

Синтез мочевины

Синтез мочевины представляет собой циклический процесс, открытый Г.Кребсом в 1932 году. В печень с кровотоком поступают транспортные формы аммиака глутамин и аланин, и ,по воротной вене аммиак, всосавшийся в кишечнике. Глутамин под действием глутаминазы распадается на глутаминовую кислоту и аммиак.

В митохондриях гепатоцитов из аммиака, СО₂ с затратой АТФ под действием карбамоилфосфатсинтетазы (1) синтезируется карба-моилфосфат.

2. ^O

NH₃+CO₂+2АТФ+Н₂О ®H₂N C O ~ PO₃H₂+2АДФ+Н3РО4

карбамоилфосфат

Карбамоилфосфат взаимодействует с орнитином при участии орнитинкарбамоилтрансферазы (2) с образованием цитруллина.

O

NH

NH2

2

(2)

C

O

H2N

C

O ~ PO3H2 +

CH2

CH2

NH

CH2

(CH2)3

HC

NH2

HC

NH2

COOH

COOH

орнитин

цитруллин

NH

NH

COOH

C

OH

COOH

C

HN

CH

H2N

+ АТФ

NH

CH

NH

CH

+

(3)

2

COOH (4)

CH2

(CH2)3

(CH2)3

COOH

HC

NH2

HC

NH2

АСП

АМФ

COOH

+Н4Р2О7

COOH

¯+Н2О аргининсукцинат

2Н₃РО₄

Цитруллин вступает в конденсацию с аспарагиновой кислотой под действием аргининсукцинатсинтетазы (3) с затратой АТФ. Об-разуется аргининянтарная кислота, которая аргининсукцинатлиазой

(4) расщепляется на аргинин и фумаровую кислоту.

Аргинин расщепляется аргиназой (5) на орнитин и мочевину, которая простой диффузией выходит из клеток в кровь и выделяется с мочой. В сутки в норме выделяется от 20 до 40г мочевины.

Фумаровая кислота является промежуточным продуктом цикла трикарбоновых кислот и фумаратгидратазой превращается в малат, который окисляется малатдегидрогеназой в щавелевоуксусную –кислоту.

. Оксалацетат вступает в реакцию переаминирования с глута-миновой кислотой и превращается в аспарагиновую,которая вновь используется в синтезе мочевины. Образовавшийся из глутамата α-кетоглутарат вступает в реакцию переаминирования с любыми ами-нокислотами печени.

NH₂

CNH COOH

NH ⁺ CH

(CH2)3 CH

HC NH2 COOH _COOH фумарат аргинин

+ Н₂О¯ (5)

NH₂

NH₂ ^(CH2⁾3 _{+ C O}

HC			NH2		NH2
COOH

Процесс синтеза мочевины– циклический и требует орнитина и затраты АТФ.

Синтез аммонийных солей

Глутамин, доставляемый кровотоком в почки,расщепляется глутаминазой, активируемой протонами и самим глутамином,на глутаминовую кислоту и аммиак. Аммиак взаимодействует с прото-нами, образуя ион аммония, который соединяется с анионами раз-личных кислот: фосфорной, серной, угольной, соляной, щавелевой, мочевой.

NН₃ + Н⁺ → NН₄⁺

Образуются соли аммония– фосфаты, сульфаты, карбонаты, хлориды, оксалаты, ураты, которые выводятся с мочой. Всего в сутки у здорового человека выделяется 1-1,2 г таких солей.

Процесс имеет важное значение, т.к. является не только меха-низмом общего обезвреживания аммиака, но участвует в поддержа-нии кислотно-щелочного равновесия в организме, а также сберегает от выведения с мочой катионы натрия и калия.