Особенности обмена отдельных аминокислот

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+

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, а также витаминов В6 и В12.

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 гамма-глутаминовую кислоту, цистеин и глицин. Глутатион имеет 2 формы: восстановленную (Г-SH) и окисленную (Г-S-S-Г) и является активным антиоксидантом.

Участие глутатиона в восстановлении цистина
Осуществление антиоксидантной функции
Формирование надвторичной структур
Участие в фолдинге белка

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

ФУНКЦИИ ТАУРИНА-
синтез желчных кислот в печени
антиоксидантная защита
ОБЩАЯ СХЕМА ФУНКЦИЙ ЦИСТЕИНА
ЦИСТЕИН
Белки
Глутатион
Таурин
HS-КоА
Пируват → ОПК → Глюкоза
Сульфаты → Моча

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.

Общая схема метаболизма метионина
1-реакции трансметилирования, 2-синтез цистеина, 3-регенерация метионина.
1
3
2

Метаболизм ФЕНИЛАЛАНИНА
2 основных пути: включение в белки
и превращение в тирозин
Тирозин - заменимая АМК, и превращение в нее фенилалаланина путем гидроксилирования необходимо только для удаления избытка фенилаланина.
Реакция катализируется специфической монооксигеназой - фенилаланингидроксилазой (коферменты - тетрагидробиоптерин Н4БП и Fe2+)
.

Метаболизм ФЕНИЛАЛАНИНА
Тирозин
Фенилаланин гидроксилаза
Тирозинаминотрансфераза (ПФ)
Парагидроксифенилпируват
Гомогентизиновая кислота
Гидроксифенилпируват-диоксигеназа (вит.С)
Диоксигеназа гомогентизиновой кислоты (вит.С, Fe2+)
Фумарилацетоацетат Фумарат Ацетат
ОПК
Глюкоза СО2 Н2О
ПЕЧЕНЬ
Тирозиназа (Сu+)
МЕЛАНОЦИТЫ
НЕЙРОНЫ
ДОФА
ДОФАхром
5,6-Дигидроксииндол
Меланины
ТИРОЦИТЫ
Йодтиронины
Тирозингидроксилаза (Fe2+)
ДОФА
Дофамин
Норадреналин
Адреналин
Метил трансфераза
Дофамин гидроксилаза
Дофа декарбоксилаза

Реакция превращения фенилаланина в тирозин

Обмен ФЕНИЛАЛАНИНА и ТИРОЗИНА
связан со значительным количеством реакций гидроксилирования, катализируемых оксигеназами (гидроксилазами), использующими молекулу О2 и коферменты - донор водорода (чаще Р4БП), Fe2+, Сu+, гем, витамин С.
Оксигеназы делят на 2 группы:
1. Монооксигеназы (МАОА и МАОВ) - один атом О2 присоединяется к продукту реакции, другой используется для образования Н2О.
2. Диоксигеназы - оба атома О2 используются для образования продукта реакции. Диоксигеназы катализируют все процессы расщепления ароматических колец в биологических системах.

Схема превращение фенилаланина
при фенилкетонурии
При любых нарушениях превращения его в тирозин развивается
фенилкетонурия.

В патогенезе фенилкетонурии имеют значение многие
обстоятельства, в частности:
1) значительное накопление в тканях и жидкостях больного организма фенилаланина и его производных (фенилпировиноградная, фенилмолочная (миндальная), фенилуксусная, гиппуровая кислоты, фенилэтиламин, фенилацетилглютамин) и вызванный ими ацидоз,
2) прямое токсическое действие указанных веществ на центральную нервную систему, которое заключается в торможении фенилаланином активности ряда ферментов, в том числе пируваткиназы (окисление глюкозы), тирозиназы (синтез меланина), тирозингидроксилазы (синтез катехоламинов) и нарушение синтеза моноаминовых нейромедиаторов – тирамина, октопамина,
3) нарушение синтеза серотонина, т.к. фенилаланин-4-монооксигеназа одновременно осуществляет гидроксилирование триптофана до 5-гидрокситриптофана, предшественника серотонина, конкурентное снижение фенилаланином транспорта в клетки ароматических аминокислот – триптофана и тирозина,
4) нарушение синтеза простых и сложных белков в тканях, что вызывает тяжелые повреждения мозга и нарушение функции печени у большинства больных.

Обмен АРГИНИНА
Аргинин - источник оксида азота (NO, ЭРФ) и орнитина (АМК, не входящей в состав белков).
Состав NO-синтазы - гем, два флавиновых кофермента (FAD и FMN), Н4БП, Zn2+ и Са2+
3 изоформы NO-синтаз - нейрональная, эпителиальная и индуцибельная (миокард, печень, мышцы)
Оксид азота - сигнальная молекула, активирующая гуанилатциклазу (стимуляция синтеза цГМФ). Снижает силу сердечных сокращений, регулирует тонус сосудов, тормозит апоптоз, предотвращает агрегацию тромбоцитов, обладает антиканцерогенной активностью.

выступает как вторичный мессенджер и активирует
цитозольную гуанилатциклазу,
- является нейромедиатором,
играет роль в регуляции сосудистого тонуса и расслаблении
гладкой мускулатуры сосудов,
предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию
нейтрофилов к эндотелию,
- обладает цитотоксической и микробицидной активностью.
выступает как вторичный мессенджер и активирует
цитозольную гуанилатциклазу,
- является нейромедиатором,
играет роль в регуляции сосудистого тонуса и расслаблении
гладкой мускулатуры сосудов,
предотвращает агрегацию тромбоцитов и адгезию
нейтрофилов к эндотелию,
- обладает цитотоксической и микробицидной активностью.
NO:

(Вал, Лей, Илей) - не в печени, как у других АМК, а в мышцах, жировой ткани, почках и в головном мозге.
Катаболизм проходит в 2 этапа:
1. Трансаминирование с α-кетоглутаратом под действием аминотрансферазы аминокислот с разветвленной цепью - образуются α-кетокислоты
2. Оксилительное декарбоксилирование α-кетокислот дегидрогеназным комплексом α-кетокислот с разветвленной цепью с образованием ацил-КоА-производных
Катаболизм АМК с разветвленной цепью

Катаболизм АМК с разветвленной цепью

Нарушение работы дегидрогеназного комплексе α-кислот лежит в основе заболеваний, связанных с нарушением метаболизма разветвленных аминокислот –
болезнь
«кленового
сиропа».

Обмен триптофана - незаменимая АМК.
Триптофан под действием гемсодержащего фермента триптофан-2,3-диоксигеназы в присутствии молекулярного кислорода превращается в формил-кинуренин.
Формил-кинуренин является предшественником рибонуклеотида никотиновой кислоты, участвует в синтезе НАД, уменьшая потребность организма в витамине РР.
В физиологических условиях более 95% триптофана окисляется по кинурениновому пути и не более 1% - по серотониновому.

Обмен дикарбоновых АМК
(глутаминовой и аспарагиновой)
и их амидов (глутамина и аспарагина)
Аспарагиновая кислота - участвует в орнитиновом цикле мочевинообразования, в реакции трансаминирования и биосинтезе углеводов, карнозина и ансерина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов.
Глутаминовая кислота - служит (помимо глюкозы) энергетическим материалом для мозга, участвует в синтезе глутамина и глутатиона.