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.
