Обмен серосодержащих аминокислот

МЕТИОНИН - незаменимая АМК. Необходима для синтеза белков, участвует в реакциях дезаминирования, является источником серы для синтеза цистеина. Метионил-тРНК участвует в инициации трансляции.
Метильная группа метионина - мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений в реакциях переноса этой группы на соответствующий акцептор (реакция транс-метилирования)
Метильная группа в молекуле метионина прочно связана с атомом S, поэтому непосредственным донором этого одноуглеродного фрагмента служит активная форма метионина - S-аденозилметионин (SAM)

S-аденозилметионин (SAM) - сульфониевая форма метионина, образующаяся при его присоединении к молекуле аденозина (продукта гидролиза АТФ)
Реакция активации метионина
Присутствует во всех типах клеток
Структура (S+-CH3) в SAM - нестабильная группировка, определяющая высокую активность метильной группы (отсюда термин «активный метионин»).
Это уникальная реакция, единственная, в результате которой освобождаются все три фосфатных остатка АТФ.
Отщепление метильной группы от SAM и перенос ее на соединение -акцептор катализируют метилтрансферазы в реакциях транс-метилирования. SAM в ходе реакции превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAГ).

1. Синтез фосфатидилхолина из фосфатидил-этаноламина
Фосфатидилхолины (лецитины) - наиболее распространенная группа глицерофосфолипидов, участвующих в образовании мембран клеток и липопротеинов, в составе которых осуществляется транспорт липидов.
Примеры реакций трансметилирования

2. Синтез карнитина - переносчика жирных кислот через мембрану митохондрий

3. Синтез креатина необходимого для образования в мышцах высокоэнергетического соединения - креатинфосфата.
Синтез креатина идет в 2 стадии с участием 3 АМК:
аргинина, глицина и метионина.
В почках образуется гуанидин-ацетат при действии глицин-амидино-трансферазы.
Затем гуанидинацетат транспортируется в печень, где происходит реакция его метилирования.
почки
печень

Креатин с кровотоком переносится в мышцы и в клетки головного мозга, где из него образуется высокоэнергетическое соединение - креатинфосфат. Эта реакция легко обратима и катализируется ферментом-креатинкиназой:
креатинкиназа

Креатинкиназа локализована в цитозоле и в митохондриях клеток, обладает органоспецифичностью
Известны 3 изоформы креатинкиназы:
ВВ - головной мозг
ММ - скелетные мышцы
МВ - миокард (повышается при инфаркте миокарда
и имеет диагностическое значение)
Креатинфосфат - играет важную роль в обеспечении энергией работающей мышцы (в начальный период).
В результате неферментативного дефосфорилирования креатинфосфат в мышцах превращается в креатинин, выводимый с мочой (индикатор интенсивности мышечной работы, пропорционален общей мышечной массе).

РЕАКЦИИ ТРАНСМЕТИЛИРОВАНИЯ
используются также для:
Синтеза адреналина из норадреналина
Синтеза анзерина из карнозина
Метилирования азотистых оснований в нуклеотидах
Инактивации метаболитов (гормонов, медиаторов и др.) и детоксикации (обезвреживания) ксенобиотиков (чужеродных соединений), включая лекарственные препараты.
Реакции метилирования играют важную роль в организме и протекают очень интенсивно.
Это вызывает большой расход метионина (незаменимой АМК). В связи с этим большое значение приобретает возможность регенерации метионина с участием заменимых АМК (Сер, Гли).

РЕГЕНЕРАЦИЯ МЕТИОНИНА
В результате отщепления метильной группы SAM превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAГ), который при действии гидроксилазы расщепляется на аденозин и гомоцистеин.
S-аденозилгомоцистеин + Н2О → Аденозин + Гомоцистеин
Гомоцистеин может снова превращаться в метионин под действием гомоцистеинметилтрансферазы.
Донором метильной группы в этом случае служит N5-метил-Н4-фолат:
Промежуточный
переносчик метильной
группы -
метилкобаламин (В12)

Общая схема метаболизма метионина,
связанного с обменом одноуглеродных фрагментов
1
3
2
1-реакции трансметилирования, 2-синтез цистеина, 3-регенерация метионина.

Первичным донором одноуглеродных фрагментов в механизме регенерации метионина является серин.
Образовавшийся при превращении серина в глицин N5,N10-метилен-Н4-фолат восстанавливается до N5-метил-Н4-фолата, передающего метильную группу на кобаламин (витамин В12). Образующийся метилкобаламин участвует в регенерации метионина, передавая метильную группу на гомоцистеин.
Гомоцистеин также может использоваться для синтеза цистеина.

МЕТИОНИН - незаменимая АМК, однако она может регенерироваться из гомоцистеина.
Следовательно, незаменим именно гомоцистеин, но единственным его источником в организме является метионин.
В пище гомоцистеина крайне мало, поэтому потребности человека в гомоцистеине и метионине обеспечиваются только метионином пищи.

Обмен ЦИСТЕИНА
Цистеин - серосодержащая, заменимая АМК.
Для синтеза цистеина нужны 2 АМК:
Серин - источник углеродного скелета,
Метионин - источник атома S.
Метионин → SAM → SAГ → Гомоцистеин → Цистеин
Синтез цистеина из гомоцистеина происходит в 2 стадии под действием пиридоксальзависимых ферментов - цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы:

Нарушения обмена ЦИСТЕИНА
Образование гомоцистина при нарушении использования гомоцистеина
Гомоцистин накапливается в крови и в тканях, выделяется с мочой, вызывая гомоцистинурию.
Причины - гиповитаминоз фолиевой кислоты (Вс или В9), а также витаминов В6 и В12.
При недостаточности витаминов группы В (прежде всего В6) также развивается цистатионинурия.

Функции цистеина - участие в фолдинге белков за счет способности тиогруппы цистеина образовывать дисульфидные связи.
При этом 2 остатка цистеина формируют молекулу цистина.
Эта окислительная реакция протекает либо неферментативно, либо с участием фермента цистеинредуктазы, коферментом которой является NAD+

Дисульфидные связи стабилизируют пространственную структуру полипептидной цепи или связывают между собой 2 цепи (например:
А и В-цепи в молекуле инсулина).
Очень многие белки и ферменты содержат в активном центре SH-группы, участвующие в катализе. При их окислении ферментативная активность падает.
Восстановление SH-групп часто происходит с использованием глутатиона - трипептида, содержащего γ-глутаминовую кислоту, цистеин и глицин. Глутатион имеет 2 формы: восстановленную (Г-SH) и окисленную (Г-S-S-Г) и является активным антиоксидантом.

СИНТЕЗ ТАУРИНА- важный путь использования цистеина, который осуществляется за счет декарбоксилирования производных цистеина - цистеиновой и цистеинсульфиновой кислот: