Катаболизм аминокислот

Аминокислоты – предшественники для синтеза, в первую оче-
редь, белка, а также для синтеза других биоактивных соединений.
Превращение аминокислот в метаболиты ЦТК и их окисление
даёт до 10% энергии.
В организме может образовываться избыток аминокислот: сверх
того количества, которое было включено в синтез белка.
Избыточные аминокислоты не могут запасаться (депониро-
ваться), как ЖК или глюкоза. В норме организм не теряет избы-
точные аминокислоты – не выделяет их.
Избыточноые аминокислоты подвергаются катаболическому
расщеплению:
1. Аминогруппы отделаются (дезаминирование). Они трансфор-
мируются в токсичный аммиак (NH4). Он выводится из организма
в составе мочевины.
2. Углеродные «скелеты» ? промежуточные продукты метабо-
лизма: ацетил-СоА, ацетоацетил-СоА, пируват и др. промежуточ-
ные метаболиты ЦТК.

Пути превращения аминокислот в организме

Участие аминокислот в обмене
Помимо участия в синтезе пептидов и белков, большинство аминокислот участвуют во многих других метаболических процессах:
18 аминокислот (из 20) являются гликогенными (кроме Лей и
Лиз)
Мет, Сер – синтез фосфолипидов
Гли – синтез порфиринов. Гли является нейромедиатором
Асп, Гли, Глн, Мет – синтез азотистых оснований
Тир –синтез катехоламинов, тиреоидных горонов и меланина
Глу, Три – синтез нейромедиаторов
Глу, Гли, Цис, Арг – синтез глутатиона и креатина

Метаболическая судьба углеродных «скелетов» аминокислот

Катаболизм аминокислот.
Аминокислота теряет NH2-группу
двумя путями:
1. Дезаминирование
2. Трансаминирование

Дезаминирование аминокислот
Дезаминирование – реакция отщепления α-NH2-группы от аминокислоты.
АМИНОКИСЛОТА α-КЕТОКИСЛОТА + NH4 (безазотистое соединение) (аммиак)
МОЧЕВИНА Соли
аммония
Экскреция
ГЛЮКОЗА
КЕТОНОВЫЕ
ТЕЛА
ОБРАЗОВАНИЕ
ЗАМЕНИМЫХ
А.К.
(трансаминирование)
ОКИСЛЕНИЕ
ДО СО2 + Н2О
Метаболическая судьба продуктов дезаминирования:
(гюконеогенез)
(кетогенез)
Выведение NH4:
Мочевина – уриотелические
организмы.
Мочевая кислота – урикоте-
лические организмы.
NH4 – аммонотелические
организмы.

ЧЕТЫРЕ ТИПА ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ:
У человека – основной тип дезаминирования: ОКИСЛИТЕЛЬНЫЙ.
Исключения: неокислительное дезаминирование (печень)
а). Сер и Тре. Серин-, треониндегидратазы. (Кофермент - пиридок-
сальфосфат):
Сер ? Пируват + NH3
Тре ? α-кетобутират + NH3
б). Гис – внутримолекулярное дезаминирование (гистидаза):
Гис ? уроканиновая к-та + NH3

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ
Реакция обратима: при повышении [NH4] идёт в обратном направле-
нии – восстановительное аминирование α-КГ.
Глутамат-ДГ - обладает высокой специфичностью к глутамату, высо-
активностью, расположена в МХ всех органов, кроме мышц.
Это регуляторный фермент обмена аминокислот:
Аллостерические активаторы: АТФ, ГТФ, НАД.
Аллостерические ингибиторы: АДФ. При низом энергообеспечении клетки,
фермент активируется – стимулируется катаболизм аминокислот, a-КГ
включается в ЦТК и синтез АТФ усиливается.
Кортикостероиды усиливают синтез глутамат-ДГ.
Глутамат-ДГ
α-NH2 из Глу превращается в аммоний (NH3)

Кофермент глутамат-ДГ - НАД+ или НАДФ+
Никотинамид аденин динуклеотид (фосфат)
Предшественник – водорастворимый витамин РР (никотиновая кислота,
или Вит. В3).
Витамин РР, (В3)
никотиновая кислота.
Источники: мясо, печень.
Микрофлорой кишечника син-
тезирует витамин из
Триптофана.
Авитаминоз: синдром «3Д»:
дерматит, диарея, деменция

НЕПРЯМОЕ ДЕЗАМИНИОВАНИЕ
(ТРАНСДЕЗАМИНИРОВАНИЕ)
Большинство аминокислот дезаминируется в две стадии:
I стадия: Трансаминирование
аминотрансфераза (кофермент ПФ)
аминокислота + кетокислота ?? α-КГ + Глу
II стадия: Окислительное (прямое) дезаминирование
глутамат-ДГ
(кофермент НАД+)
ГЛУ ?? α-КГ + NH3
Обратимость обеих реакций – обеспечивает как катаболизм А.К.,
так и синтез любой А.К. из соответствующей α-кетокислоты

ОКСИДАЗЫ L- и D-АМИНОКИСЛОТ
Оксидазы присутствуют в печени и почках – дезаминируют неко-
торые аминокислоты:
Оксидаза L-аминокислот (активность низкая, кофермент ФМН):
α−аминокислота ? α-иминокислота ? α-кетокислота + NH3
Оксидаза D-аминокислот (кофермент ФАД):
ФАД – ФАДН2
D-аминокислота ? α-кетокислота ? L-аминокислота
Эта оксидаза способствует превращению D-аминокислот в L-ами-
нокислоты.
Предшественниками ФМН и ФАД является Вит. В2 (рибофлавин,
витамин роста)

ФМН – флавинмононуклеотид и ФАД - флавинадениндинуклеотид
ФМН – простетическая группа НАДН-ДГ дыхательной цепи митохондрий:
2e, 2H+
НАДН2 + ФМНокисл. ? НАД+ + ФМНвосстан.
ФАД – простетическая группа в составе многих ДГ, например сукцинат-ДГ:
2e, 2H+
сукцинат + ФАД ? фумарат + ФАДН2

Восстановление ФМН и ФАД
происходит по изоаллоксазиновому кольцу

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Реакция переноса –NH2 от α-аминокислоты на α-кетокислоту.
Итог: образование новой кетокислоты и новой аминокислоты.
Реакция обратима.
ПВК,
a-КГ,
ЩУК
У человека в
реакции участву-
ют все амино-
кислоты, кроме:
Лиз, Тре и Вал.
Чаще всего в ре-
акциях участвуют:
Глу, Ала и Асп –
их концентрация
в клетках наибо-
лее высока.
аминотрансферазы
Аминотрансферазы (у человека их ок. 10)
локализуются в цитоплазме и внутри мито-
хондрий.
Главный донор -NH2: Глу, основной акцептор: α-КГ.
Наиболее активны: АлАТ: Ала + a-КГ ?? ПВК + Глу.
(Глу-ПВК-Т) и АсАТ: Асп + a-КГ ?? ЩУК + Глу.
(Глу-ЩУК-Т).
АлАТ (цитозоль); АсАТ (цитозоль и митохондрии).
Самая большая удельная активность этих транс-
аминаз – в печени (АлАТ) и миокарде (АсАТ).

МЕХАНИЗМ РЕАКЦИЙ ТРАНСАМИНИРОВАНЯ
У всех аминотрансфераз простетической группой в активном центре яляется пиридоксальфосфат – производное пиридоксина – Вит. В6:
В ходе катализируемой реакции происходит обратимая реакция –
превращение пиридоксальфосфата (ПФ) ?? пиридоксаминфос-
фат (ПАФ).

Пиридоксальфосфат образует с субстратом промежуточный
продукт – шиффово основание (содержит альдиминовую связь):
Альдегидная гр. ПФ связана
с ε-аминогруппой остатка Лиз
в активном центре (шиффово
основание).
Аминокислота (субстрат) образует дру-
гое шиффово основание: α-аминогруп-
па А.К. замещает ε-аминогруппу Лиз.

В ходе катализа в шиффовом основании изменяется положе-
ние двойной связи. Образуется кетимин, который далее превра-
щается в α-кетокислоту:
Пиридоксальфосфат служит переносчиком –NH2: ПФ ?? ПАФ.
Завершение I фазы процесса аминокислота-1 ? кетокислота-2):
На II фазе процесса пиридоксаминфосфат отдает – NH2 второму субстрату (кетокислоте-1)
-2

В результате работы аминотрансфераз азот аминогрупп многих
А.К. переходит в состав аминогруппы Глу. Эти реакции проходят в
цитоплазме. Глу специальным переносчиком доставляется в мат-
рикс митохондрий. Внутри митохондрий Глу с участием спец. АсАТ
превращается в a-КГ. Здесь же Глу подвергается окислительному
декарбоксилированию (глутамат-ДГ).
Обратимость реакций, катализируемых аминотрансферазами,
позволяют им участвовать в катаболических и анаболических
реакция обмена.
Трансаминирование:
заключительный этап синтеза заменимых А.К. из соответству-
ющих α-кетокислот.
первая стадия процесса дезаминирования большинства А.К., т.е.
начальный этап катаболизма А.К. Образующиеся в результате
α-кетокислоты окисляются в ЦТК, используются для синтеза глю-
козы (глюконеогенез, глюкогенные А.К.) или кетоновых тел (кето-
генез, кетогенные А.К.).
Суммарный пул А.К. в организме остается неизменным.

ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Реакция отщепления карбоксильной группы с образованем ами-
нов:
пиридоксальфосфат
Реакции декарбоксилирования А.К., в отличие от других процес-
сов промежуточного обмена А.К. - необратимы.
Итог: образование соответствующих аминов (биогенных аминов),
которые обладают высокой биологической активностью – оказы-
вают разностороннее влияние на многие функции организма:
Гис ? гистамин
Три ? триптамин
Глу ? γ-аминомасляная кислота (ГАМК)
Тир ? тирамин