Азотистый обмен. Общие пути

Азотистый обмен. Общие пути.
В организме человека содержится примерно 15 кг белков. Количество свободных аминокислот составляет около 35 г. Ежесуточно в организме распадается до аминокислот 400 г белков и столько же синтезируется. Основным источником аминокислот для человека являются пищевые белки. Суточная потребность в белках составляет 100 г.
Все 20 аминокислот, которые встречаются в белках организма можно разделить на 4 группы:
Заменимые аминокислоты – Ала, Асп, Асн, Глн, Глу, Про, Сер, Гли – синтезируются в необходимом количестве в организме.
Незаменимые аминокислоты – Вал, Лей, Иле, Мет, Фен, Три, Тре, Лиз – не могут синтезироваться в организме и должны поступать с пищей.
Частично заменимые аминокислоты – Гис, Арг – синтезируются в организме очень медленно, в количествах, не покрывающих потребности организма, особенно в детском возрасте.
Условно заменимые аминокислоты – Цис, Тир - синтезируются из незаменимых аминокислот Мет и Фен.

Биологическая роль аминокислот

Переваривание белков в ЖКТ.
Переваривание белков включает гидролиз пищевых белков до свободных аминокислот.
Расщепление пептидных связей катализируют ферменты пептидгидролазы(пептидазы). Они синтезируются в клетках желудка, поджелудочной железы и тонкой кишки.
Переваривание начинается в полости желудка и продолжается в тонкой кишке.
Классификация пептидаз:
Эндопептидазы расщепляют пептидные связи, удаленные от концов пептидной цепи. К ним относятся: пепсин, эластаза, трипсин, химотрипсин.
Экзопептидазы действуют на пептидные связи, образованные N- и С- концевыми аминокислотами (N- аминопептидазы и С- карбоксипептидазы А и В).
Пептидазы синтезируются в неактивной форме и активируются путем частичного протеолиза (т. е. происходит отщепление пептида различной длины с N- конца молекулы профермента). Такой механизм активации защищает секреторные клетки желудка и поджелудочной железы от самопереваривания.

Переваривание белков в ЖКТ

Переваривание белков в желудке.
Переваривание белков в желудке происходит под действием пепсина. Профермент вырабатывается главными клетками желудка и секретируются в полость желудка. В желудочном соке происходит частичный протеолиз (отщепляется 42 аминокислоты от N- конца молекулы профермента) под действие HCl.
Пепсин гидролизует пептидные связи, образованные любой аминокислотой c фен и тир. Желудочный сок в норме имеет pH 1,5-2,0, который обусловлен HCl. HCl секретируются обкладочными клетками желудка.
Функции соляной кислоты
Денатурация белков
Создание оптимум pH для пепсина
Активация пепсиногена путем частичного протеолиза.
Оказывает бактерицидное действие.
В желудке пищевые белки распадаются на олигопептиды, которые поступают в тонкий кишечник.

Переваривание белков в кишечнике
Происходит при pH ~ 8,0, изменение pH происходит под действием HCO3-, поступающего с панкреатическим соком. В переваривании участвуют ферменты, синтезируемые в клетках:
Поджелудочной железы – трипсина, химотрипсина, эластазы, карбоксипептидазы А и В.
Тонкой кишки – Аминопептидазы, дипептидазы, трипептидазы.
Основным ферментом тонкой кишки является трипсин, который выполняет следующие функции:
Гидролизует пищевые белки;
Активирует все остальные пептидазы.

Переваривание белков в кишечнике

Трипсин синтезируется в поджелудочной железе в виде профермента трипсиногена. Превращение трипсиногена в трипсин происходит 2 путями: частичным протеолизом и аутокаталитически в результате действия уже активированного трипсина. Под действием панкреатических ферментов белки распадаются до ди- и трипептидов, свободных аминокислот и небольшого количества олигопептидов.
Заключительный этап переваривания катализируют аминопептидазы, ди- и трипептидазы, расщепляющие короткие пептиды. Кишечные пептидазы синтезируются в энтероцитах в активной форме
Ферменты, участвующие в переваривании белков в кишечнике, как и пепсин желудочного сока обладают специфичностью к определенным аминокислотам.
Продукты переваривания белков – аминокислоты – поступают в кровь. Аминокислоты в отличие от белков не обладают видовой специфичностью и не обладают антигенными свойствами.

Ферменты, переваривающие белки в кишечнике обладают специфичностью к определенным аминокислотам:
Трипсин гидролизует пептидные связи между арг и лиз;
Химотрипсин гидролизует пептидные связи между ароматическими аминокислотами фен, тир и три;
Эластаза гидролизует связи гли и ала;
Карбоксипептидаза отщепляет С-концевые аминокислоты: карбоксипептидаза А – гидрофобные аминокислоты ала, вал, лей, иле, а карбоксипептидаза В – лиз и арг.
Всасывание аминокислот происходит путем активного транспорта с потреблением энергии. Из крови аминокислоты быстро поступают в клетки печени и других тканей (через 5 минут до 85 – 100%).

ЖКТ
ТКАНИ
КРОВЬ
ПЕЧЕНЬ
БЕЛКИ
АМ. КИСЛОТЫ
АМИН-ТЫ
АМИНЫ
ГЛЮКОЗА
Заменимые аминок-ты
БЕЛКИ КРОВИ
АМИН-ТЫ
БЕЛКИ КРОВИ
БЕЛКИ ПЕЧЕНИ
АМИН-ТЫ
БЕЛКИ
Биологически активные вещества
Продукты гниения: скатол, индол, фенол.
Обезвреживание продуктов гниения путем соединения с серной и глюкуроновой кислотами
Из кишечника в печень

Часть аминокислот в кишечнике под действием микрофлоры подвергаются гниению с образованием токсичных продуктов: фенола, индола, скатола, крезола, сероводорода.

Общие пути обмена аминокислот
Пути распада аминокислот до конечных продуктов можно разделить на три основные группы:
Пути распада, связанные с превращением NH2-групп;
Пути распада, связанные с превращением СООH – групп;
Превращение углеродного скелета аминокислот.

Основные этапы катаболизма аминокислот

Превращение α-аминогрупп аминокислот
Процесс удаления –аминогрупп называется дезаминированием. Дезаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина.
Виды дезаминирования
Прямое
Непрямое
окислительное
(глу)
Неокислительное
(сер, тре, гис, цис)
Трансдезаминирование

Виды дезаминирования
1. Окислительное дезаминирование (прямое, характерное для глу) происходит в митохондриях многих тканей, а наиболее активно в печени. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом которого является HAD+

2. Прямое неокислительное дезаминирование характерно для серина, треонина, цистеина и гистидина. Серин и треонин дезаминируются с отщеплением воды.
Серин
Треонин

Гистидин дезаминируется внутримолекулярным способом
Цистеин дезаминируется с выделением H2S c использованием воды.

Большинство аминокислот в клетках непрямому дезаминированию, которое включает 2 стадии:
Трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование в цитозоле клетки Глу.
Окислительное дезаминирование Глу в митохондриях.
Трансаминирование – реакция переноса аминогрупп с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате образуется новая аминокислота и новая кетокислота.
Реакцию трансаминирования катализируют ферменты аминотрасферазы, коферментом которых является пиридоксальфосфат( активная форма витамина В6). Трансаминорованию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина и треонина. В реакции трансаминирования участвуют следующие кетокислоты: α-кетоглутарат, оксалоацетат и пируват. Наиболее часто в реакции участвует α-кетоглутарат.
Значение трансаминирования:
В результате синтезируются заменимые аминокислоты;
Трансаминирование – первая стадия непрямого дезаминирования.

Схема непрямого дезаминирования аминокислот

Аминотрансферазы, катализирующие реакцию трансаминирования обладают субстратной специфичностью. Наиболее важными являются АСТ и АЛТ.
АЛТ катализирует реакцию трансаминирования аланина:
АСТ катализирует реакцию трансаминирования аспарагиновой кислоты:

В результате трансаминирования образуется глутаминовая кислота. Затем глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию:

Клиническое значение определения активности аминотрансфераз
В сыворотке крови здоровых людей активность аминотрансфераз ниже, чем в органах. При поражении органов наблюдается выход аминотрансфераз из очага поражения в кровь. При инфаркте миокарда уровень АСТ сыворотки крови через 3-5 часов повышается в 20-30 раз. При гепатитах повышается уровень АЛТ, но повышение более умеренное и затяжное.

Декарбоксилирование аминокислот.
Процесс отщепления карбоксильной группы в виде СО2 называется декарбоксилированием и приводит к образованию биогенных аминов, которые оказывают фармакологичекое действие на физиологические функции человека.

При декарбоксилировании Три, Гис, Фен, Глу образуются биогенные амины:
Серотонин обладает сосудосуживающим действием, участвует в регуляции артериального давления, t тела, частоты дыхания, медиатор нервных процессов.

Недостаточность дофамина в черной субстанции мозга приводит к болезни Паркинсона. При этом снижена активность ДОФАдекарбоксилазы, тирозингидроксилазы. Заболевание сопровождается 3 основными симптомами: акинезией (скованность движений), ригидностью (напряжение мышц), тремором (непроизвольное дрожание). Дофамин не проникает через гематоэнцефалический барьер, поэтому для лечения паркинсонизма используют следующие принципы: заместительная терапия препаратами предшественниками дофамина (производные ДОФА): мадопаром, леводопой.

Гистамин обладает сосудорасширяющим действием. Много образуется в области воспаления, участвует в развитии аллергических реакций.
ГАМК является тормозным медиатором. Используется при лечении эпилепсии (резкое сокращение частоты припадков). ГАМК в виде препаратов гаммалона или аминалона применяют при нарушении мозгового кровообращения, умственной отсталости, эндогенных депрессиях и травмах головного мозга.

Орнитин, декарбоксилируясь, дает диамин путресцин (1,4-диаминобутан):
При декарбоксилировании лизина образуется кадаверин (1,5-диаминопентан):

Превращение углеродного скелета аминокислот
Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию 6 веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат.
Аминокислоты делят на 3 группы:
Гликогенные.
Это аминокислоты, которые превращаются в пируват, α-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат и образуют оксалоацетат, и могут использоваться для синтеза глюкозы в процессе глюконеогенеза. К этой группе относятся: аланин, аспартат, глицин, пролин, глутамат, глутамин, серин, цистеин, аргинин, гистидин, валин, треонин, метионин.