Декарбоксилирование аминокислот и их производных

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению ос-карбоксильной группы. В тканях млекопитающих декарбоксилированию может подвергаться целый ряд аминокислот или их производных: Три, Тир, Вал, Гис, Глу, Цис, Apr, Орнитин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан и др. Продуктами реакции являются СО₂ и амины

Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных - пиридоксальфосфат. Некоторые декарбоксилазы микроорганизмов могут содержать вместо ПФ остаток пирувата - гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза Е. coli и др. Механизм реакции напоминает реакцию трансаминирования с участием пиридоксальфосфата и также осуществляется путём формирования шиффова основания ПФ и аминокислоты на первой стадии.

Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными веществами. Они выполняют функцию нейромедиаторов, гормонов, регуляторных факторов местного действия.

Аргинин под действием аргиназы превращается в аминокислоту орнитин, которая не входит в состав белков организма. Из орнитина синтезируются полиамины спермидин и спермин

Реакция проходит под действием орнитиндекарбоксилазы в присутствии пиридоксальфосфата. Далее под действием спермидинсинтазы и сперминсинтазы происходит включение остатков аминопропана. Донором этих групп служит производное SAM - S-аденозилметилтиопропиламин

Спермидин, спермин и путресцин обнаружены в ядрах клеток всех органов человека. Они имеют большой положительный заряд, легко связываются с отрицательно заряженными молекулами ДНК и РНК, входят в состав хроматина и участвуют в репликации ДНК, стимулируют транскрипцию и трансляцию. Их концентрация сильно возрастает при интенсивной пролиферации тканей.

Катаболизм полиаминов до СО₂ и Н₂О происходит под действием полиаминоксидазы в печени. Часть их в ацетилированном виде экскретируется почками.

Регуляция синтеза гема

Регуляция синтеза гема Сукцинил-КоА, 2-Аминолевулиновая к-та, порфибилиноген, Гидроксиметилбилан-уропорфириноген III-копропорфириноген III-протофибрин IХ-гем

Регуляторную реакцию синтеза гема катализирует фермент аминолевулинатсинтаза. Скорость реакции регулируется аллостерически и на уровне трансляции фермента.

Аллостерическим ингибитором синтеза аминолевулинатсинтазы является гем

В ретикулоцитах синтез этого фермента на этапе трансляции регулирует железо.

Аминолевулинатдегидратаза также аллостерически ингибируется гемом,

Дефицит пиридоксальфосфата и лекарственные препараты, которые являются его структурными аналогами, снижают активность аминолевулинатсинтазы.

3- Катаболизм этилового спирта осуществляется главным образом в печени. Превращение этанола в печени осуществляется тремя путями с образованием токсического метаболита - ацетальдегида

А. ОКИСЛЕНИЕ ЭТАНОЛА NAD-ЗАВИСИМОЙ АЛКОГОЛЬДЕГИДРОГЕНАЗОЙ

Основную роль в метаболизме этанола играет цинксодержащий NAD+-зависимый фермент - алкогольдегидрогеназа, локализующаяся в основном в цитозоле и митохондриях печени (95%). В ходе реакции пpoиcxoдит дегидрирование этанола, образуются ацетальдегид и восстановленный кофермент NADH. Алкогольдегидрогеназа катализирует обратимую реакцию, направление которой зависит от концентрации ацетальдегида и соотношения NADH/NAD+ в клетке.

С9H5ОН + NAD+ ↔ CH3CHO + NADH + H+.

Фермент алкогольдегидрогеназа - димер, состоящий из идентичных полипептидных цепей,. Существуют 3 изоформы алкогольдегидрогеназы (АДГ): АДГ1, АДГ2, АДГ3, различающиеся по строению протомеров, локализации и активности. При хроническом алкоголизме количество фермента в печени не увеличивается, т.е. он не является индуцируемым ферментом.

Б. ОКИСЛЕНИЕ ЭТАНОЛА ПРИ УЧАСТИИ ЦИТОХРОМ Р450-ЗАВИСИМОЙ МИКРОСОМАЛЬНОЙ ЭТАНОЛОКИСЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ

Цитохром Р450-зависимая микросомальная этанолокисляющая система локализована в мембране гладкого ЭР гепатоцитов. МЭОС играет незначительную роль в метаболизме небольших количеств алкоголя, но индуцируется этанолом, другими спиртами, лекарствами типа барбитуратов и приобретает существенное значение при злоупотреблении этими веществами. Этот путь окисления этанола происходит при участии одной из изоформ Р450 - изофермента Р450 II Е1. При хроническом алкоголизме окисление этанола ускоряется на 50-70% за счёт гипертрофии ЭР и индукции цитохрома Р450 II Е1. C9H5OH + NADPH + Н+ + О2 → CH3CHO + NADP+ + 2 Н2О.

Кроме основной реакции, цитохром Р450 катализирует образование активных форм кислорода (О2-, Н2О2), которые стимулируют ПОЛ в печени и других органах

в. окисление этанола каталазой

Второстепенную роль в окислении этанола играет каталаза, находящаяся в пероксисомах цитоплазмы и митохондрий клеток печени. Этот фермент расщепляет примерно 2% этанола, но при этом утилизирует пероксид водорода.

СН3СН2ОН + Н2О2 → СН3СНО +2 Н2О.

г. метаболизм и токсичность ацетальдегида

Ацетальдегид, образовавшийся из этанола, окисляется до уксусной кислоты двумя ферментами: FAD-зависимой альдегидоксидазой и NАD+-зависимой ацетальдегиддегидрогеназой (АлДГ).

CH3CHO + О2 + Н2О → CH3COOH +Н2О2.

Повышение концентрации ацетальдегида в клетке вызывает индукцию фермента альдегид-оксидазы. В ходе реакции образуются уксусная кислота, пероксид водорода и другие активные формы кислорода, что приводит к активации ПОЛ.

Другой фермент ацетальдегиддегидрогеназа (АлДГ) окисляет субстрат при участии кофермента NАD+. CH3CHO + Н2О + NAD+ → CH3COOH + + NADH + H+.

Полученная уксусная кислота активируется под действием фермента ацетил-КоА-синтетазы.

При поступлении больших доз алкоголя из-за разных скоростей окисления этанола и ацетальдегида в цитозоле резко повышается концентрация последнего. Ацетальдегид - очень реакционно-способное соединение; он неферментативно может ацетилировать SH-, NН2-группы белков и других соединений в клетке и нарушать их функции. В модифицированных белках могут возникать «сшивки», нехарактерные для нативной структуры Ацетилирование белков приводит к снижению синтеза экспортируемых печенью в кровь белков, например альбумина, который, поддерживает осмотическое давление, а также участвует в транспорте многих гидрофобных веществ в крови. Нарушение функций альбумина в сочетании с повреждающим действием ацетальдегида на мембраны сопровождается поступлением в клетки ионов натрия и воды, происходит осмотическое набухание этих клеток и нарушение их функций.

Восстановление дигидроксиацетонфосфата, промежуточного метаболита гликолиза и глю-конеогенеза, приводит к снижению скорости глюконеогенеза. Образование глицерол-3-фосфата повышает вероятность синтеза жира в печени. В крови возрастает концентрация лактата, это приводит к гиперлактацидемии и лактоацидозу

Происходит нарушение структуры внутренней мембраны митохондрий, вызванное мембранотропным действием этилового спирта и повреждающим действием ацетальдегида на мембраны.

Ацетальдегид опосредованно активирует ПОЛ, так как связывая SH-группы глутатиона, он снижает количество активного глутатиона в клетке. Hакопление свободных радикалов приводит к активации ПОЛ мембран и нарушению структуры липидного бислоя.

При хроническом алкоголизме снижение синтеза фосфолипидов и белков в печени, в том числе и апобелков, участвующих в формировании ЛПОHП, вызывает внутриклеточное накопление ТАГ и ожирение печени.

Повышение в крови концентрации лактата, ацетоуксусной кислоты и β-гидроксибутирата служит причиной метаболического ацидоза при алкогольной интоксикации.

При повышении концентрации ацетальдегида и NADH в клетках печени образуется этанол. Этанол - растворяется в липидном бислое мембран и нарушает их функции. Это негативно отражается на трансмембранном переносе веществ, межклеточных контактах, взаимодействиях рецепторов клетки с сигнальными молекулами. Этанол может проходить через мембраны в межклеточное пространство и кровь и далее в любую клетку организма.

Билет №11

1-В пищевых продуктах содержание свободных аминокислот очень мало. Подавляющее их количество входит в состав белков, которые гидролизуются в ЖКТ под действием ферментов протеаз). Субстратная специфичность этих ферментов заключается в том, что каждый из них с наибольшей скоростью расщепляет пептидные связи, образованные определёнными аминокислотами. Протеазы, гидролизующие пептидные связи внутри белковой молекулы, относят к группе эндопептидаз. Ферменты, относящиеся к группе экзопептидаз, гидролизуют пептидную связь, образованную концевыми аминокислотами. Под действием всех протеаз ЖКТ белки пищи распадаются на отдельные аминокислоты, которые затем поступают в клетки тканей.

1. Образование и роль соляной кислоты

Основная пищеварительная функция желудка заключается в том, что в нём начинается переваривание белка. Существенную роль в этом процессе играет соляная кислота. Белки, поступающие в желудок, стимулируют выделение гистамина и группы белковых гормонов - гастринов, которые, в свою очередь, вызывают секрецию НСI и профермента - пепсиногена. НСI образуется в обкладочных клетках желудочных желёз

Источником Н⁺ является Н₂СО₃, которая образуется в обкладочных клетках желудка из СО₂, диффундирующего из крови, и Н₂О под действием фермента карбоангидразы

Диссоциация Н₂СО₃ приводит к образованию бикарбоната, который с участием специальных белков выделяется в плазму. Ионы С1^- поступают в просвет желудка через хлоридный канал.

рН снижается до 1,0-2,0.

Под действием НСl происходит денатурация белков пищи, не подвергшихся термической обработке, что увеличивает доступность пептидных связей для протеаз. НСl обладает бактерицидным действием и препятствует попаданию патогенных бактерий в кишечник. Кроме того, соляная кислота активирует пепсиноген и создаёт оптимум рН для действия пепсина.

Пепсиноген - белок, состоящий из одной полипептидной цепи. Под действием НСl он превращается в активный пепсин В процессе активации в результате частичного протеолиза от N-конца молекулы пепсиногена отщепляются аминокислотных остатка, которые содержат почти все положительно заряженные аминокислоты, имеющиеся в пепсиногене. Таким образом, в активном пепсине преобладающими оказываются отрицательно заряженные аминокислоты, которые участвуют в конформационных перестройках молекулы и формировании активного центра. Образовавшиеся под действием НСl активные молекулы пепсина быстро активируют остальные молекулы пепсиногена (аутокатализ). Пепсин в первую очередь гидролизует пептидные связи в белках, образованные ароматическими аминокислотами (фенилаланин, триптофан, тирозин) Пепсин - эндопептидаза, поэтому в результате его действия в желудке образуются более короткие пептиды, но не свободные аминокислоты.

У детей грудного возраста в желудке находится фермент реннин (химозин), вызывающий свёртывание молока. В желудке взрослых людей реннина нет, молоко у них створаживается под действием НСl и пепсина.

ещё одна протеаза - гастриксин. Все 3 фермента (пепсин, реннин и гастриксин) сходны по первичной структуре, что указывает на их происхождение от общего гена-предшественника.