Виды дезаминирования аминокислот в тканях животного происхождения классификация
Опыты, проведенные со срезами тканей или переживающими органами, показали, что при добавлении аминокислоты к тканям (или при пропускании раствора аминокислоты через переживающий орган) образуются аммиак и соответствующая α-кетокислота. Аналогичные данные были получены в опытах с растениями и с микроорганизмами.
Доказано существование четырех типов дезаминирования аминокислот (отщепление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты распада. Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака:
Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакции является окислительное дезаминирование аминокислот, хотя исключением является гистидин, подвергающийся внутримолекулярному дезаминированию даже в животных тканях (точнее, в печени и коже, где открыт специфический фермент гистидинаммиаклиаза, катализирующий эту реакцию).
Рассмотрим подробно механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии:
Первая стадия является ферментативной с образованием неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который во второй стадии спонтанно без участия фермента, но в присутствии воды распадается на аммиак и α-кетокислоту. Следует указать, что оксидазы аминокислот (L- и D-изомеров), иногда называемых дегидрогеназами, являются сложными флавопротеидами, содержащими в качестве кофермента флавинмононуклеотид (ФМН) или флавинадениндинуклеотид (ФАД) (см. Тканевое дыхание), выполняющие в этой реакции роль акцепторов двух водородных ионов, отщепляющихся от аминокислоты. Показано, что оксидаза L-аминокислот содержит ФМН, а оксидаза D-аминокислот — ФАД в качестве простетической группы. Схематически реакции окислительного дезаминирования аминокислот с участием коферментов могут быть представлены в следующем виде:
Укажем также, что восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут непосредственно окисляться молекулярным кислородом, образуя перекись водорода, которая подвергается расщеплению под действием каталазы на воду и кислород:
Впервые в лаборатории Грина из ткани печени и почек крыс была выделена оксидаза, катализирующая дезаминирование 12 природных (L-изомеров) аминокислот. Позже было показано, что этот фермент имеет оптимум pH действия в щелочной среде (pH 10,0) и что при физиологических значениях pH среды ее активность в 10 раз ниже, чем при pH 10,0. Поскольку в тканях животных и человека нет подобной среды, было высказано предположение, что оксидазе L-аминокислот, вероятнее всего, принадлежит ограниченная роль в процессе окислительного дезаминирования природных аминокислот. Это предположение полностью подтвердилось, как будет показано ниже. В животных тканях со значительно большей скоростью дезаминируются неприродные (D-изомеры) аминокислоты. Эти данные подтвердились после того, как из животных тканей был выделен специфический фермент оксидаза D-аминокислот, который в отличие от оксидазы L-аминокислот оказался высокоактивным при физиологических значениях pH среды. Непонятным до сих пор остается вопрос о том, каково назначение активной дегидрогеназы D-аминокислот в тканях, если поступающие с пищей белки и белки тела животных и человека состоят исключительно из природных (L-изомеров) аминокислот. Было высказано предположение, что часть L-изомеров аминокислот под действием рацемаз микрофлоры кишечника превращается в рацемические смеси (DL-изомеры) и после их всасывания в кишечнике D-изомер будет, по-видимому, расщепляться активной оксидазой в тканях. Однако такой путь рацемизации доказан для небольшого числа аминокислот, в частности для глутаминовой кислоты и аланина.
В животных тканях Эйлером открыт высокоактивный при физиологических значениях pH и специфический фермент глутаматдегидрогеназа, катализирующий окислительное дезаминирование L-глутаминовой кислоты. Он является анаэробным ферментом и чрезвычайно широко распространен во всех живых объектах. В качестве кофермента глутаматдегидрогеназа содержит НАД и катализирует обратимую реакцию дезаминирования L-глутамата. Реакция включает анаэробную фазу дегидрирования глутаминовой кислоты с образованием промежуточного продукта — иминоглутаровой кислоты и спонтанный гидролиз последней на аммиак и α-кетоглутаровую кислоту в соответствии со следующей схемой:
Первая стадия окисления глутаминовой кислоты аналогична реакции окислительного дезаминирования; восстановленный НАД (НАДН2) далее окисляется при участии флавиновых ферментов и цнтохромной системы (см. Тканевое дыхание) с образованием конечного продукта — воды. Образовавшийся аммиак благодаря обратимости ферментативной реакции в присутствии НАДН2 (более активным донором водорода в синтетической реакции оказался НАДФН2) может участвовать в восстановительном аминировании α-кетоглутаровой кислоты с образованием глутаминовой кислоты. В последней реакции глутаматдегидрогеназа работает как бы в режиме синтеза и при физиологических значениях pH реакция больше сдвинута в сторону синтеза глутаминовой кислоты. Глутаматдегидрогеназа является также одним из наиболее изученных ферментов азотистого обмена. Это олигомерный фермент (молекулярная масса 312 000), состоящий из 6 субъединиц (каждая из которых имеет молекулярную массу около 52 000), проявляющий свою основную активность только в мультимерной форме. При диссоциации этой молекулы на субъединицы, наступающей легко в присутствии НАДН2, ГТФ и некоторых стероидных гормонов, фермент теряет свою главную глутаматдегидрогеназную функцию, но приобретает способность дезаминировать ряд других аминокислот, в частности аланин. Эти данные по изменению активности и специфичности действия свидетельствуют об аллостерической природе глутаматдегидрогеназы, действующей как регуляторный фермент в аминокислотном обмене.
Читайте также: Ткань для искусственных роз
Помимо перечисленных выше четырех типов дезаминирования аминокислот и ферментов, катализирующих эти превращения, в животных тканях и в печени человека открыты также три специфических фермента, катализирующих неокислительное дезаминирование серина, треонина и цистеина:
Конечными продуктами реакции являются пировиноградная и α-кетомасляная кислоты, аммиак и сероводород. Поскольку все три фермента требуют присутствия пиридоксальфосфата в качестве кофермента, реакция неокислительного дезаминирования, вероятнее всего, протекает с образованием шиффовых оснований как промежущчных метаболитов (см. ниже). Наиболее изученный фермент — треониндегидратаза, которая является не только аллоcтерическим ферментом, но и, наряду с триптофанлирролазой и тирозинтрансаминазой, индуцибельным ферментом в животных тканях (индукция синтеза ферментов de novo является общим свойством микроорганизмов). Так, при скармливании крысам гидролизата казеина активность треониндегид-ратазы печени повышается почти в 300 раз. Этот синтез тормозится ингибитором белкового синтеза — пуромицином. Поскольку эта индукция почти полностью тормозится глюкозой пищи, треониндегидратаза, по-видимому, является ответственной за глюконеогенез, так как α-кетомасляная кислота легко превращается в пируват и соответственно в глюкозу.
Дезаминирование аминокислот, виды дезаминирования.
Основная масса аминокислот, не использованных для нужд организма, подвергается в основном в печени и почках окончательному распаду, процессу, называемому дезаминированием. Дезаминирование может идти несколькими путями: а) восстановительным
Аминокислота Жирная кислота
г) в животном организме наиболее часто распад аминокислот идет окислительным дезаминированием.
Этот путь окисления протекает под влиянием оксидаз α-аминокислот, но оксидазы всех α-аминокислот (за исключением оксидазы глутаминовой кислоты, называемой глутаматдегидрогеназой) при физиологических значениях рН не активны. Поэтому окислительному дезаминированию подвергается только глутаминовая кислота, другие аминокислоты, которые должны распасться, вначале в результате переаминирования (трансаминирования) должны превратиться в глутаминовую кислоту. Следовательно, окислительное дезаминирование в животном организме протекает в два этапа и поэтому называется непрямым дезаминированием: 1 этап — переаминирование (трансаминирование), в результате которого образуется глутаминовая кислота. На этой стадии катаболизма происходит перенос α-аминогрупп любой аминокислоты к α-кетоглутаровой кислоте. А затем образовавшаяся глутаминовая кислота окисляется и дезаминируется.
Таким образом, в результате всех видов дезаминирования образуется безазотистый остаток аминокислот (в виде кетокислот, гидрооксикислот, предельных и непредельных жирных кислот) и аммиак.
5. Использование безазотистых остатков аминокислот
В процессе катаболизма углеродного скелета происходит образование семи продуктов: пирувата, ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА, a-кетоглутарата, сукцинил-КоА, фумарата и оксалоацетата. Указанные продукты вступают в промежуточный метаболизм и используются в процессах глюконеогенеза, липонеогенеза или окисляются в ЦТК и БО с выделением энергии и образованием углекислого газа и воды, а могут использоваться вновь на синтез заменимых аминокислот
Использование:
— ПВК: в реакциях переаминирования; через глицерофосфат на образование липидов; путем окислительного декарбоксилирования образуется АУК, который окисляется в ЦТК, БО с образованием энергии, либо идет на синтез холестерина, кетоновых тел, СЖК.
Читайте также: Выкройка для кубика из ткани
— ЩУК: как субстрат в ЦТК; в реакциях переаминирования; на глюконеогенез; в челночных механизмах; для синтеза СЖК.
— α– кетоглютарата: на восстановительное аминирование с образованием заменимых аминокислот; как субстрат ЦТК; в реакциях переаминирования.
— фумаровой кислоты: субстрат ЦТК
— сукцинил-КоА: субстрат ЦТК; на синтез гема
— ацетоуксусной кислоты: на синтез кетоновых тел и СЖК;на образование АУК.
Дезаминирование аминокислот в животном организме. Виды, значение процесса
Дезаминирование – отщепление от аминокислоты аминной группы –NН2
при участии ферментов дезаминаз или оксидаз, сопровождающееся выделением энергии.
Во всех случаях NН2- группа аминокислоты освобождается в виде аммиака.
Существует 4 типа дезаминирования аминокислот:
1. Восстановительное дезаминирование:
2. Гидролитическое дезаминирование:
Эти способы характерны для бактерий.
3. Внутримолекулярное дезаминирование:
Данный вид дезаминирования характерен для растений, бактерий, в животном организме так дезаминируется гистидин.
4. Окислительное дезаминирование
Является преобладающим типом дезаминирования в организме животных, происходит в клетках печени и почек.
Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты.
Механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии:
Первая стадия является ферментативной (при участии дегидрогеназ) и завершается образованием неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который на второй стадии в присутствии воды распадается на аммиак и a- кетокислоту.
Наиболее важной в окислительном дезаминировании является глутаматдегидрогеназная реакция:
Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакцийявляется окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.
Дезаминирование аминокислот связано с потерей МНз-группы иобразованием свободного аммиака и кетокислот. Реакции дезаминирования протекают при участии ферментов дезаминаз или оксидаз. Кроме аммиака, при дезаминировании аминокислот образуются окси- и кетокислоты. Различают несколько видов процессадезаминирования восстановительное, гидролитическое, внутримолекулярное и окислительное. У животных и человека преобладают два последних вида дезаминирования.
Аминокислоты, дезаминирование — общая закономерностьокислительного превращения аминокислот в организме. В результатедезаминирования аминокислоты, как правило, переходят в кетокислоты. С есгвует несколько путей дезаминирования аминокислот восстановительный,» окислительный, дегидратазный, гидролитический в внутримолекулярный.
Образование и превращение безазотистого остатка аминокислот в тканях
Большая часть безазотистых остатков аминокислот превращается в пируват либо непосредственно (Ала, Сер), либо в результате более сложного пути, превращаясь вначале в один из метаболитов ЦТК. Затем в реакциях цитратного цикла происходит образование оксалоацетата, который превращается в фосфоенолпируват. Из фосфоенолпирувата под действием пируваткиназы образуется пируват. Пируват подвергается окислительному декарбоксилированию и превращается в ацетил-КоА, который окисляется в ЦТК до СО2 и Н2О с выделением энергии. Такой путь проходят преимущественно аминокислоты пищи.При недостатке глюкозы в организме фосфоенолпируват включается в глюконеогенез (см. раздел 7). Это происходит при голодании, длительной физической работу при сахарном диабете и других тяжёлых хронических заболеваниях, сопровождающихся распадом собственных белков организма. Скорость глюконеогенеза из аминокислот регулируется гормонами. Безазотистые остатки аминокислот используются для восполнения того количества метаболитов общего пути катаболизма, которое затрачивается на синтез биологически активных веществ. Такие реакции называют анаплеротическими.
4) Пути образования аммиака в организме, его утилизация
Аммиак непрерывно образуется во всех органах и тканях организма. Наиболее актив-
ными его продуцентами в кровь являются органы с высоким обменом аминокислот и био-
генных аминов – нервная ткань, печень, кишечник, мышцы.
Основными источниками аммиака являются следующие реакции:
— неокислительное дезаминирование некоторых аминокислот (серина, треонина, гисти-
— окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты во всех тканях (кроме мы-
шечной), особенно в печени и почках,