Метаболизм аминокислот, образующих оксалоацетат.

Лекция 15

Метаболизм аминокислот

Деградация протеиногенных аминокислот. Глюкогенные и кетогенные аминокислоты. Метаболизм аминокислот, образующих пируват,оксалоацетат, фумарат и 2-оксоглутарат. Цикл мочевины.

Деградация протеиногенных аминокислот.

В результате деградации 20 протеиногенных аминокислот их углеродные скелеты превращаются в итоге в семь различных продуктов д еградации:

1. Пировиноградная кислота – глицин, аланин, серин, цистеин, треонин,

триптофан, метионин.

2. Щавелевоуксусная кислота – аспарагин, аспарагиновая кислота.

3. Фумаровая кислота – фенилаланин, тирозин.

4. Сукцинил-КоА – изолейцин, Валин.

5. 2-Оксоглутаровая кислота – глутаминовая кислота, глутамин, гистидин,

аргинин, пролин.

6. Ацетил-КоА – лейцин, лизин; изолейцин.

7. Ацетоуксусная кислота – лейцин, лизин, фенилаланин, тирозин, триптофан.

Пять первых метаболитов:пируват, оксалоацетат, фумарат, сукцинил-КоА и 2-оксоглутарат служат предшественниками в процессе глюконеогенеза. Четыре последних являются еще и промежуточными продуктами цитратного цикла, в то время как пируват может быть переведен в оксалоацетат и тем самым стать участником глюконеогенеза.

СН₃СОСОО⁻ + НСО₃⁻ + АТФ → ⁻ООССН₂СОСОО⁻ + АДФ + Н₂РО₄⁻

Аминокислоты, деградация которых поставляет один из пяти упомянутых метаболитов, называются глюкогенными аминокислотами. За двумя исключениями (лизин и лейцин) глюкогенными являются все белковые аминокислоты.

Два других продукта распада: ацетил-КоА и ацетоацетат не могут включаться в глюконеогенез в организме животных. Они используются для синтеза кетоновых тел, жирных кислот и изопреноидов.

Поэтому аминокислоты, которые разрушаются с образованием ацетил-КоА или ацетоацетата, называются кетогенными аминокислотами. Фактически кетогенньми являются только лейцин и лизин. Некоторые аминокислоты поставляют продукты деградации, являющиеся глюкогенами и кетогенами.

К этой группе принадлежат фенилаланин, тирозин, триптофан и изолейцин. Рассмотрим метаболизм отдельных аминокислот.

1. Метаболизм аминокислот, образующих п ируват.

Глицин, серин и треонин могут превращаться друг в друга, поэтому их метаболизм мы рассмотрим в совокупности. Треонин в результате ретроальдольной реакции расщепляется обратимо на глицин и ацетальдегид. Из глицина в результате окислительного дезаминирования и декарбоксилирования образуется формальдегид, который вступает в альдольную конденсацию со второй молекулой глицина и дает серин. Серин в результате в результате ретроальдольной реакции может образовать глицин.

Кроме взаимопревращений глицина, серина и треонина, конечным продуктом которых является пируват, глицин реагирует с аминокислотой аргинином с образованием двух новых аминокислот – орнитина и гуанидилуксусной кислоты.

Орнитин метаболит цикла мочевины – процесса удаления аммиака из организма животных и человека. Из гуанидилуксусной кислоты при взаимодействии ее с активированным метионином образуется креатин - важный метаболит мышечной ткани. Активированный метионин получается при взаимодействии метионина с АТФ.

Креатин синтезируется в печени, почках, поджелудочной железе и накапливается в мышцах. В клетках мышц в спокойном состоянии из креатина при взаимодействии с АТФ образуется креатинфосфат, выполняющий роль «резерва мышечного высокоэргического фосфата».

Процесс сокращения мышц связан с потреблением АТФ, внутриклеточный запас которого исчерпывается через 1 секунду после стимуляции мышцы. Быстрая регенерация АТФ достигается различными путями, главным из которых является перенос фосфатной группы с креатинфосфата на АДФ.

Креатин в мышцах медленно неферментативно циклизуется с отщеплением воды в креатинин, который поступает в почки и выводится из организма. Таким образом наличие креатинфосфата в клетках мышечной ткани определяет тонус мышц (предложены кремы с креатином и креатинфофатом для поддержания тонуса кожи; целесообразно рекомендовать аргинин в качестве БАД, поскольку именно содержанием аргинина лимитирован синтез креатина).

 

 

Метаболизм аланина и триптофана

Аланин превращается в пируват в результате трех следующих реакций:

СН₃CHNH₂COOH + HOOCCH₂COCOOH → СН₃COCOOH + HOOCCH₂CHNH₂COOH

СН₃CHNH₂COOH + HАД⁺ + Н₂О → СН₃COCOOH + HАДH + NH₄⁺

СН₃CHNH₂COOH + O₂ + H₂O → СН₃COCOOH + H₂O₂ + NH₃

Ферменты катализирующие эти реакции называютс соответственно 1. Аланинтрансаминаза, 2. Аланиндегидрогеназа, 3. Оксидаза L-α-аминокислот.

Триптофан метаболизируется по 4 направлениям. Три из них связаны с реакциями окисления. Непосредственное гидролитическое расщепление трипофана приводит к образованию пирувата, индола и аммиака.

 

 

 

Второе направление, приводящее к образованию пирувата, начинается с окисления триптофана кислородом, катализирумое триптофан-2,3-оксидазой. При этом расщепляется пирольный цикл триптофана по связи 2-3 с образованием L-N-формилкинуренина, который гидролизуется с образованием кинуренина и формиата. Кинуренин далее гидролизуется по связи СО-СН₂ с образованием антраниловой кислоты и аланина. Аланин далее превращается в пируват как рассмотрено ранее.

Кинуренин циклизуется и окисляется под действием НАД⁺ и превращается в кинуреновую кислоту.

Из антраниловой кислоты через 6 стадий образуется НАД⁺. Сначала под действием антранилат-3-монооксигеназы она окисляется до 3-оксиантраниловой кислоты, которая окисляется далее кислородом под действием соответствующей оксидазы до 3-акролеиласпартата с размыканием бензольного кольца.

Этот метаболит далее циклизуется в производное пиридина – 2,3-дикарбоксипиридин (хинолиновая кислота, называется так потому, что получается при окислении хинолина). Хинолиновая кислота конденсируется с фосфорибозилпирофосфатом (ФРПФ) и продукт коденсации легко декарбоксилируется неферментативно с образованием рибонуклеотида никотиновой кислоты. После взаимодействия последнего с АТФ и затем с глутамином образуется НАД⁺.

Еще одно направление окисления триптофана имеет большое значение для организма человека. Это образование нейромедиатора серотонина, недостаток которого в организме обуславливает развитие депрессии.

 

 

 

И последнее направление окисления реализуется в растениях. В верхушках растущих побегов образуется индолилуксусная кислота – гетероауксин – стимулятор роста растений.

 

Метаболизм цистеина и метионина.

Цистеин обратимо окисляется НАД⁺ под действием цистеиндегидрогеназы в цистин.

При окислении цистеина кислородом при катализе цистеиноксидазой образуется цистеинсульфиновая кислота, из которой получаются пируват и другие метаболиты (конечный метаболит – таурин выводится из организма. Таурин применяется как лекарственное средство для профилактики развития катаракты под названием тауфон).

 

 

 

Метионин играет в организме очень важную роль. Из него образуется активированный метионин, который является унивепсальным метилирующим агентом в организме человека. Как он образуется из метионина и используется для синтеза креатина мы уже рассмотрели выше. Для примера рассмотрим еще синтез гормона адреналина и последующие превращения образующегося в синтезе гомоцистеина. Гомоцистеин конденсируется с серином с отщеплением воды и образованием цистатиона. Последний распадается на цистеин и α-кетомасляную кислоту.

Таким образом метионин после участия в процессах метилирования превращается в цистеин, который образует пируват.

Метаболизм аминокислот, образующих оксалоацетат.

Щавелевоуксусную кислоту образуют две аминокислоты – аспарагин и аспарагиновая кислота. Обе кислоты подвергаются окислительному дезаминированию и гидролизу и образуют оксалоацетат. Кроме того аспарагиновая кислота после восстановления фосфорилирования и перегруппировки дает треонин.