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.
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).
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.
2.1.3.1. Примеры реакций декарбоксилирования. Некоторые аминокислоты непосредственно подвергаются декарбоксилированию:
Гистамин обладает мощным сосудорасширяющим действием, особенно капилляров в очаге воспаления; стимулирует желудочную секрецию как пепсина, так и соляной кислоты, и используется для исследования секреторной функции желудка.
Читайте также: Ткань с мелким ворсом это
ГАМК – тормозный медиатор в центральной нервной системе.
Ряд аминокислот подвергается декарбоксилированию после предварительного окисления.
Серотонин образуется главным образом в клетках центральной нервной системы, обладает сосудосуживающим действием. Участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, почечной фильтрации.
Дофамин служит предшественником катехоламинов; является медиатором ингибирующего типа в центральной нервной системе.
Таурин образуется главным образом в печени; участвует в синтезе парных желчных кислот (таурохолевой кислоты).
2.1.3.2. Катаболизм биогенных аминов. В органах и тканях существуют специальные механизмы, предупреждающие накопление биогенных аминов. Основной путь инактивации биогенных аминов – окислительное дезаминирование с образованием аммиака – катализируется моно- и диаминооксидазами.
Моноаминооксидаза (МАО) — ФАД-содержащий фермент – осуществляет реакцию:
В клинике используются ингибиторы МАО (ниаламид, пиразидол) для лечения депрессивных состояний.
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.
Строение аминокислот (аланин, аспартат, аспарагин, аргинин, глутамат, глутамин, гистидин, тирозин, триптофан, цистеин).
Кислотно-основные свойства органических соединений.
Высокоэнергетические фосфатные соединения: роль в организме.
Цикл трикарбоновых кислот: реакции, роль в организме.
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:
на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;
на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 4).
Читайте также: Ткань ванилла союз м
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).
Общие пути катаболизма и биосинтеза аминокислот
Тема: «ОБЩИЕ ПУТИ ОБМЕНА АМИНОКИСЛОТ. ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ, ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ И ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ»
1. Азотистый баланс организма как важнейшая характеристика белкового обмена. Примеры состояний, сопровождающихся положительным и отрицательным азотистым балансом.
2. Источники аминокислот в тканях и пути их использования.
3. Общие пути катаболизма аминокислот в тканях. Трансаминирование аминокислот: ферменты, кофермент, примеры реакций, роль в организме.
4. Прямое и непрямое дезаминирование аминокислот в тканях: ферменты, коферменты, реакции, роль в организме.
5. Декарбоксилирование аминокислот: ферменты, кофермент, примеры реакций. Биогенные амины (серотонин, гистамин, ГАМК, этаноламин и др.), роль в организме, пути инактивации.
6. Клинико-диагностическое значение определения активности аланин- и аспартатаминотрансфераз в крови.
Аминокислотный фонд организма
23.1.1. В организме человека содержится около 100 г свободных аминокислот, которые образуют его аминокислотный фонд. Этот фонд постоянно пополняется за счёт поступления новых молекул аминокислот взамен тех, которые были использованы в метаболических процессах. Источники и пути использования свободных аминокислот в организме представлены на рисунке 23.1.
Рисунок 23.1. Образование и использование свободных аминокислот в организме.
23.1.2. Исследования с помощью радиоактивных меток показывают, что у здорового взрослого человека общая скорость синтеза белка в организме составляет около 400 – 500 г в сутки, причём на 3/4 этот синтез обеспечивается за счёт эндогенных ресурсов. Этим объясняется тот факт, что даже при голодании синтез определённых белков происходит с достаточно высокой скоростью.
Азотистый баланс.
23.2.1. Для правильной оценки соотношения процессов биосинтеза и расщепления белков в организме достаточно точным параметром является азотистый баланс. Азотистый баланс – разница между количеством азота, поступившим в организм с пищей, и количеством азота, выведенного из организма с мочой, калом, слюной и потом.
23.2.2. Если количество поступившего азота превышает количество выделившегося азота, то наблюдается положительный азотистый баланс. Он характерен для всех состояний, при которых скорость синтеза белка в организме выше, чем скорость его распада, например:
- у женщин в период беременности;
- в детском возрасте при полноценном питании;
- у больных в период выздоровления;
- у спортсменов в период тренировок;
- при введении анаболических гормонов.
23.2.3. Если количество азота, выведенного из организма, превышает количество азота, поступившее с пищей, то наблюдается отрицательный азотистый баланс. Он встречается во всех случаях, когда распад белков в организме преобладает над их синтезом, например:
- при голодании – полном или частичном, когда отсутствует хотя бы один из незаменимых компонентов рациона;
- у лиц пожилого возраста;
- у больных с поражением органов пищеварения;
- у больных с поражением опорно-двигательного аппарата и в других случаях длительного ограничения подвижности (гипокинезии).
23.2.4. В состоянии азотистого равновесия организм теряет в сутки столько же азота, сколько получает с пищей. Это характерно для взрослых здоровых людей при нормальном питании.
Белки пищи — главный источник аминокислот для организма
23.3.1. Пищевые белки, поступающие в организм, используются как источник аминокислот для синтеза собственных структурных, каталитических, транспортных, рецепторных и других белков, а также веществ небелковой природы.
23.3.2. Суточная потребность в белках для взрослого человека зависит от возраста, профессии, состояния здоровья, условий труда, климатических и иных факторов. Установлено, что взрослый человек при средних энергетических затратах должен получать 100 – 120 г белка в сутки.
23.3.3. Необходимо также учитывать биологическую ценность белков. Чем ближе аминокислотный состав пищевого белка к аминокислотному составу белков тела, тем лучше он усваивается и тем выше его биологическая ценность. Это тем более важно, что 8 аминокислот в организме взрослого человека синтезироваться не могут. Такие аминокислоты называются незаменимыми, к ним относятся: валин, лейцин, изолейцин, лизин, метионин, треонин, фенилаланин и триптофан. Остальные 12 аминокислот являются заменимыми, они способны синтезироваться в организме человека и недостаток их в пище может быть возмещён за счет других аминокислот.
Читайте также: Как вывести плесень с ткани детской коляски
Трансаминирование аминокислот
23.4.1. К общим путям метаболизма аминокислот относятся реакции трансаминирования, дезаминирования и декарбоксилирования.
23.4.2. Трансаминирование аминокислот – перенос аминогруппы (NН 2 -) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования катализируют ферменты – аминотрансферазы (или трансаминазы). Кофермент аминотрансфераз – пиридоксальфосфат (производное витамина В 6 ). В реакции принимает участие альдегидная группа кофермента. Реакция легко обратима. Механизм реакции трансаминирования представлен на рисунке 23.2.
Рисунок 23.2. Механизм переноса аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту в реакции трансаминирования.
Примеры реакций трансаминирования:
23.4.3. 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.
Дезаминирование аминокислот.
23.5.1. Дезаминирование аминокислот – отщепление аминогруппы от аминокислоты с образованием аммиака (NН 3 ). В тканях человека преобладает окислительное дезаминирование, то есть сопряжённое с переносом водорода.
23.5.2. 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.
23.5.3. Непрямое дезаминирование характерно для большинства аминокислот. Оно называется непрямым, потому что происходит в 2 этапа:
- на первом этапе аминокислота подвергается трансаминированию с образованием глутамата;
- на втором этапе происходит окислительное дезаминирование глутамата (см. рисунок 21.3).
Рисунок 23.3. 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.
Декарбоксилирование аминокислот.
23.6.1. Декарбоксилирование аминокислот – отщепление карбоксильной группы от аминокислоты с образованием СО 2 . Продуктами реакций декарбоксилирования аминокислот являютсябиогенные амины, участвующие в регуляции обмена веществ и физиологических процессов в организме (см. таблицу 23.1).
Таблица 23.1
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 В 6 ). Реакции являются необратимыми.
23.6.2. Примеры реакций декарбоксилирования. Некоторые аминокислоты непосредственно подвергаются декарбоксилированию. Реакция декарбоксилирования гистидина:
Гистамин обладает мощным сосудорасширяющим действием, особенно капилляров в очаге воспаления; стимулирует желудочную секрецию как пепсина, так и соляной кислоты, и используется для исследования секреторной функции желудка.
Реакция декарбоксилирования глутамата:
ГАМК – тормозный медиатор в центральной нервной системе.
Ряд аминокислот подвергается декарбоксилированию после предварительного окисления. Продукт гидроксилирования триптофана превращается в серотонин:
Серотонин образуется главным образом в клетках центральной нервной системы, обладает сосудосуживающим действием. Участвует в регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания, почечной фильтрации.
Продукт гидроксилирования тирозина переходит в дофамин:
Дофамин служит предшественником катехоламинов; является медиатором ингибирующего типа в центральной нервной системе.
Тиогруппа цистеина окисляется до сульфогруппы, продукть этой реакции декарбоксилируется с образованием таурина:
Таурин образуется главным образом в печени; участвует в синтезе парных желчных кислот (таурохолевой кислоты).
21.5.3. Катаболизм биогенных аминов. В органах и тканях существуют специальные механизмы, предупреждающие накопление биогенных аминов. Основной путь инактивации биогенных аминов – окислительное дезаминирование с образованием аммиака – катализируется моно- и диаминооксидазами.
Моноаминооксидаза (МАО) — ФАД-содержащий фермент – осуществляет реакцию:
В клинике используются ингибиторы МАО (ниаламид, пиразидол) для лечения депрессивных состояний.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом