Дополнительный учебный материал к теме «Обмен простых белков» для студентов аграрного факультета специальность «Ветеринария», «Ветсанэкспертиза»

Общие пути обмена аминокислот

Существуют общие пути превращения аминокислот. Подробно рассмотрим наиболее важные, которые касаются дезаминирования и декарбоксилирования аминокислот.

Дезаминирование аминокислот. Известно четыре типа дезаминирования аминокислот:

Не все типы дезаминирования аминокислот имеют одинаковое значение для животных. Восстановительное и гидролитическое дезаминирование характерны для большинства бактерий, населяющих преджелудки жвачных и толстый отдел кишечника других видов животных. Внутримолекулярному дезаминированию в животном организме подвергается только аминокислота гистидин, хотя он также свойственен некоторым бактериям и растениям. Преобладающим типом дезаминирования аминокислот в организме млекопитающих и большинства аэробных микроорганизмов является окислительное дезаминирование (Рисунок 14):

Рисунок 14. Окислительное дезаминирование аминокислот

Коферментом оксидаз L-аминокислот является флавинмононуклеотид (ФМН), а для оксидаз D-аминокислот флавинадениндинуклеотид (ФАД). В организме животных обнаружена (печень, почки) очень активная оксидаза D-аминокислот, которые не участвуют в построении белковых молекул тела животного.

Во всех реакциях дезаминирования NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака (NH3).

Трансаминирование аминокислот. Под трансаминированием подразумевают реакции межмолекулярного переноса аминогрупп NH2 с аминокислоты на кетокислоту без промежуточного выделения аммиака (Рисунок 15).

Рисунок 15. Общая схема реакций трансаминирования

Впервые эти реакции были открыты в 1937 году советскими ученымы А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман при изучении дезаминирования глутаминовой кислоты в мышечной ткани. Эти реакции являются обратимыми и характерны для всех живых организмов. А. Е. Браунштейн назвал ферменты амиоферазами (по современной классификации, аминотрансферазы или трансаминазы). Все трансаминазы (как и декрбоксилазы аминокислот) содержат один и тот же кофермент — пиридоксальфосфат (ПФ). Механизм трансаминирования был изучен. Ферменты трансаминирования осуществляют перенос NH2-группы не на α-кетокислоту, а на кофермент пиридоксальфосфат. Образовавшееся промежуточное соединение (шиффово основание) подвергается внутримолекулярным превращениям, которые приводят к освобождению α-кетокислоты и пиридоксальфосфата.

Впоследствии А. Е. Браунштейн выдвинул гипотезу о существовании в животных тканях непрямого пути дезаминирования аминокислот через реакцию трансаминирования, названного им трансдезаминированием. Трансдезаминирование можно характеризовать как путь непрямого дезаминирования аминокислот через реакцию трансаминирования аминокислот с α-кетоглутаровой кислотой и последующим выделением свободного аммиака. Механизм протекания можно представить следующим образом (Рисунок 16):

Рисунок 16. Механизм трансаминирования

Некоторые заменимые аминокислоты становятся незаменимыми, если они не поступают с пищей, а организм не справляется с их быстрым синтезом.

В белках животного происхождения обнаружены только аминокислоты, принадлежащие по своей стереохимической конфигурации к L-ряду, поэтому их часто называют природными аминокислотами.

Следует обращать внимание на то, что при блокировании нормального пути обмена аминокислот, промежуточные метаболиты, которые не образуются, становятся незаменимыми, а накопление их влияет на обмен и может вызвать патология азотистого обмена.

Организм животного и человека не обладает способностью синтеза углеродных скелетов α-кетокислот. Механизм, осуществляющий синтез природных аминокислот из α-кетокислот и аммиака, был назван А. Е. Браунштейном трансреаминированием. Он осуществляется по схеме, представленной выше, но так как все реакции обратимы, осуществляется в обратном направлении. Таким образом, трансреаминирование представляет собой путь синтеза аминокислот из NH3 и соответствующей ей кетокислоты. Трансреаминирование сводится к восстановительному аминированию α-кетоглутаровой кислоты (реакцию катализирует НАДФН+Н+-зависимая глутаматдегидрогеназа).

Рисунок 17. Схемы реакций декарбоксилирования отдельных аминокислот и соединений, являющихся промежуточными в синтезе нейромедиаторов и гормонов

Высокая активность трансаминаз в органах и тканях человека служит основанием для определения ряда трансаминаз в сыворотке крови человека при органических и функциональных поражениях различных органов. Наибольшее значение для клинических исследований имеют две трансаминазы — аспартат-аминотрансфераза (АсАТ) и аланин-аминотрансфераза (АлАТ). При острых и хронических заболеваниях сопровождающихся деструкцией клеток и приводит к выводу ферментов из очага поражения в кровь. Так, например, уровень АсАТ в сыворотке крови уже через 3–4 часа после развития инфаркта миокарда повышается в 20–30 раз.

Одним из путей обмена аминокислот является их декарбоксилирование сопровождающееся отщеплением СО2 и образованием биогенных аминов. На Рисунке 17 представлены реакции декарбоксилирования некоторых аминокислот.

Образующиеся продукты обладают фармакологическим действием.

Серотонин — регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, почечную фильтрацию и является медиатором нервных процессов в ЦНС. Является высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего действия.

Дофамин — является предшественником катехоламинов (норадреналина и адреналина).

Гистамин — оказывает широкий спектр биологического действия. Обладает сосудорасширяющим свойством, вызывая расширение сосудов в очаге воспаления, ускоряя приток лейкоцитов и тем самым способствуя активации защитных свойств организма.

ГАМК — γ-аминомасляная кислота обладает тормозящим действием на деятельность ЦНС. Введение животным приводит к утрате условных рефлексов. В клинике используется как лекарственное средство при некоторых заболеваниях ЦНС.

Накопление биогенных аминов может отрицательно сказаться на состоянии животного. Однако в организме животных существует механизм их детоксикации путем их окисления в альдегиды по следующей схеме (Рисунок 18):

Рисунок 18. Механизм инактивации биогенных аминов