9_Метаболизм аминокислот

Пищеварение и
всасывание
белков.
Пищеварение белков
Пищеварение в желудке
Ацетилхолин, гистамин игастрин образуются в ответ на
приём пищи
Нагромождение ацетилхолина, гистамина и гастрина
вызывают освобождение желудочного сока.
Муцин – всегда секретируется в желудке
HCl - pH 0.8-2.5 (секретируется париетальными
клетками)
Пепсиноген (зимоген, секретируется основными
клетками)
Соляная кислота:
 Cоздаёт оптимальное pH
для пепсина
 Денатурирует белки
 бактерицидное действие
Пепсиноген активируется ферментом пепсином, который
присутствует в желудке и НСL.
Пепсиноген расщепляется с образованием пепсина и
пептидного фрагмента.
Пепсин частично переваривает белки, расщепляя
пептидные связи, образованные ароматическими
аминокислотами: Phe, Tyr, Trp
Переваривание в Duodenum
Стимулированные пищевым комком секрет ин и
холецист окинин регулируют секрецию бикарбоната и
проферментов т рипсиногена, химот рипсиногена,
проэлласт азы и прокарбоксипептидазы pancreas в
duodenum
Бикарбонаты изменяют pH приблизительно к 7
интестинальные
клетки секретируют
фермент
энт еропепт идазу,
которая
действует на
трипсиноген,
превращая его в
трипсин
Трипсин превращает химотрипсиноген в
химот рипсин, прокарбоксипепт идазу в
карбоксипепт идазу и проэлласт азу в элласт азу,
и т рипсиноген в т рипсин.
Трипсин расщепляет пептидные связи между
основными аминокислотами Lys и Arg
Химот рипсин расщепляет связи между
ароматическими аминокислотами Phe, Tyr и
Trp
Карбоксипепт идаза отщепляет по одной
аминокислоте с С конца пептидной цепи
Аминопепт идаза секретируется в тонком
кишечнике и отщепляет по одной аминокислоте с
N конца
Большинство белков полностью перевариваются до
свободных аминокислот
Аминокислоты и иногда короткие олигопептиды
абсорбируются вторичным активным транспортом
Аминокислоты транспортируются кровью к клеткам
организма.
Пути поступления и использования
аминокислот в тканях
Источники аминокислот :
1) всасывание в кишечнике;
2) распад белков;
3) синтез с углеводов и липидов.
Использование аминокислот :
1) для синтеза белков;
2) для синтеза азотсодержащих соединений
(креатина, пуринов, холина, пиримидинов);
3) источник энергии;
4) для глюконеогенеза.
ПУТИ ПРЕВРАЩЕНИЯ БЕЛКОВ
(ОБОРОТ БЕЛКОВ)
Оборот белков — деградация и ресинтез
белков
Структурные белки – обычные стабильные (белок
хрусталика кристаллин живёт на протяжении всей
жизни организма)
Регуляторные белки – временные (смена количества
этих белков может быстро изменять скорость
метаболических процессов)
ОБЩИЕ ПУТИ МЕТАБОЛИЗМА
АМИНОКИСЛОТ
Пут и использования аминокислот :
1) синтез белков;
2) синтез других азотсодержащих
соединений (креатина, пуринов, холина,
пиримидина);
3) источник энергии;
4) для глюконеогенеза.
Общие пути обмена
аминокислот:
 Дезаминирование
 Трансаминирование
 Декарбоксилирование
Основное место обмена
аминокислот - печень.
Дезаминирование аминокислот
Дезаминирование – отщепление
аминогруппы от аминокислоты с
образованием аммиака.
Четыре типа дезаминирования:
- окислительное
- восстановительное
- гидролитическое
- интрамолекулярное
Восст ановит ельное дезаминирование:
R-CH(NH2)-COOH + 2H+  R-CH2-COOH + NH3
аминокислота
жирная кислота
Гидролит ическое дезаминирование
R-CH(NH2)-COOH + H2O  R-CH(OH)-COOH + NH3
аминокислота
гидроксикислота
Инт рамолекулярное дезаминирование :
R-CH(NH2)-COOH  R-CH=CH-COOH + NH3
аминокислота
ненасыщенная жирная кислота
Окислит ельное дезаминирование
L-Глут амат дегидрогеназа играет центральную роль в
дезаминировании аминокислот
В большинстве организмовв глутамат является единственной
аминокислотой, которая имеет активную дегидрогеназу
Присутствует в цитозоле и митохондриях печени
Трансаминирование аминокислот
Трансаминирование – перенос аминогруппы от
-аминокислот ы к -кет окислот е (обычно к
-кет оглут арат у)
Ферменты: аминот рансферазы (т рансаминазы).
-amino acid
-keto acid
-keto acid -amino a
Существуют разные трансаминазы
Наиболее распространённые:
аланинаминот рансфераза (АлАТ)
аланин + -кетоглутарат  пируват + глутамат
аспарт ат аминот рансфераза (АсАТ)
аспартат + -кетоглутарат  оксалоацетат + глутамат
Аминот рансферазы переносят -аминогруппы от разных
аминокислот на -кетоглутарат с образованием
глутамата. Глутамат может быть дезаминирован с
образованием NH4+
Аспартат + -кетоглутарат  оксалоацетат + глутамат
Декарбоксилирование аминокислот
Декарбоксилирование отщепление СО2 от
аминокислот с образованием аминов.
амин
Обычно амины имеют високую
физиологическую активность (гормоны,
нейромедиаторы и др.).
Фермент: декарбоксилаза
Кофермент – пиридоксальфосфат
Декарбоксилирование аминокислот
1. Образование физиологическиактивных соединий
ГАМК –
медиатор
нервной
системы
глутамат
гистидин
Гама-аминомасляная к-та (ГАМК)
гистамин
Гистамин – медиатор воспаления, аллергических реакций.
2. Катаболизм аминокислот во время гниения
белков
Ферменты микроорганизмов (в толстом кишечнике)
декарбоксилируют аминокислоты с образованием
диаминов.
орнитин
путресцин
лизин
кадаверин
МЕТАБОЛИЗМ
БЕЛКОВ: УТИЛИЗАЦИЯ
АММИАКА; ЦИКЛ
МОЧЕВИНЫ
Основные механизмы обмена
азот а были изучены на
голубях
МЕТАБОЛИЗМ АММИАКА
Пути образования аммиака
1. Окислительное дезаминирование аминокислот
2. Дезаминирование физиологически активных аминов и
азотистых оснований.
3. Всасывание аммиака из кишечника (деградация белков
кишечными микроорганизмами приводит к образованию
аммиака).
4. Гидролитическое дезаминирование AMФ в мозге
(фермент – аденозин дезаминаза)
Аммиак – токсическое соединение для животных и
растений (особенно для мозга)
Нормальная концентр.: 25-40 моль/л (0.4-0.7
мг/л)
Аммиак должен быть удален из организма
Высшие животные и люди
синтезируют мочевину
(экскретируется почками) –
уреолитические организмы
Образование мочевины
происходит в печени
Из периферических тканей азот
транспортируется к печени
Два пути транспорта азота из периферических тканей
(мышц) к печени:
1. Цикл аланина. Глутамат образуется путём
трансаминировання
Глутамат не
дезаминируется
в
периферических
тканях
Азот переносится к пирувату с образованием
аланина, который освобождается в кровь.
Печень захватывает аланин и превращает его
назад в пируват трансаминированием.
Глутамат, образованный в печени, дезаминируется и
аммиак утилизируется в орнитиновом цикле.
2. Азот может транспортироваться в форме
глутамина.
Глутаминсинтетаза катализирует синтез
глутамина из глутамата и NH4+ в ATФзависимой реакции
ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ
Цикл мочевины – циклический путь синтеза
мочевины (открыл H.Krebs)
Источником
атомов азота в
молекуле
мочевины
являются:
- аспартат;
- NH4+.
Атом углерода
происходит из
CO2.
Свободный аммиак соединяется с диоксидом
углерода с образованием карбомоилфосфат а
Реакция проходит в матриксе митохондрий печени
Фермент: карбомоилфосфат синт ет аза (20 % белка
митохондриального матрикса)
Карбомоилфосфат
орнитину
отдает
карбомоиловую
Образуется - цитруллин
Энзим: орнит инкарбомоилт рансфераза
Реакция протекает в матриксе митохондрий
Цитруллин оставляет матрикс и проходит в
цитозоль
группу
В цитозоле цитруллин в
реагирует
с
аспартатом
аргининосукцината
присутствии ATФ
с
образованием
Фермент: аргининосукцинат синт ет аза
Aргининосукцинат расщепляется
аргинина и фумарата
до
свободного
Фермент: аргининосукцинат лиаза
Фумарат вступает в цикл трикарбоновых кислот
Аргинин гидролизируется с образованием
мочевины и орнитина
Фермент: аргиназа (прсутствует только в печени)
Орнитин транспортируется назад в митохондрию
чтоб начать следующий цикл
Мочевина экскретируется (приблизительно 40 г в
сутки)
Цикл
мочевины
Связь между циклом мочевины, циклом Кребса и
трансаминированием оксалоацетата
Фумарат, образованый в орнитиновом цикле,
вступает в цикл Кребса и превращается в
оксалоацетат.
Далее оксалоацетат:
(1) Трансаминируется в аспартат,
(2) Превращается в глюкозу,
(3) Конденсация с ацетил CoA с образованием цитрата,
(4) Превращается в пируват.
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПУТИ
КАТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛОТ
После удаления аминогруппы углеродный скелет аминокислот
трансформирует ся в мет аболиты, которые могут преврат ится
в глюкозу, жирные кислот ы, кет оновые т ела или окисляться в
цикле т рикарбоновых кислот .
Углеродный скелет 20 основных аминокислот
превращается в семь молекул:







пируват ,
ацет ил CoA,
ацет оацет ил CoA,
-кет оглут арат ,
сукцинил CoA,
фумарат ,
оксалоацет ат .
Гликогенные и кетогенные
аминокислоты
• Гликогенные аминокислоты (деградируют к
пирувату или метаболитам цикла Кребса) –
обеспечивают путь глюконеогенезу
• Кетогенные аминокислоты (деградируют к
ацетил CoA или ацетоацетил CoA) – могут
идти на синтез жирных кислот или
кетоновых тел
• Некоторые аминокислоты - гликогенные и
кетогенные одновременно
Пируват как исходная точка в метаболизме
Оксалоацетат как исходная точка
в метаболизме
Аспартат и аспарагин превращаются в оксалоацетат
Аспартат + -кетоглутарат  оксалоацетат + глутамат
Аспарагин гидролизируется до NH4+ и аспартата,
который потом трансаминируется.
-Кетоглутарат как исходная точка
в метаболизме
Сукцинил СоA - точка для входа
нескольких неполярных аминокислот
Деградация метионина
S-аденозилметионин (SAM) –донор метильных групп
в клетке
Гомоцистеин способствует розвитию сосудистых
заболеваний и атеросклероза
Превращение аминокислот с разветвлённой
цепью
дегидрогеназа
разветвлённо
й цепи
Катаболические пути валина и изолейцина напоминают путь
превращения лейцина.
Изолейцин образует ацетил CoA и пропионил CoA
Валин образует CO2 и пропионил CoA.
Катаболизм ароматических аминокислот
Ацетоацетат, фумарат, и пируват — являются общими
метаболитами.
Молекулярный кислород используется для разрыва
ароматического кольца.
ФА
гидротетраг +O
ксилаза 2
идрбиопте
рин
Гомогент
изатоксид
аза
Катаболизм триптофана проходит с участием
нескольких оксигеназ
Пиру
ВРОЖДЁННЫЕ БОЛЕЗНИИ МЕТАБОЛИЗМА АМИНОКИСЛ
Алкапт онурия – врождённое нарушение
метаболизма тирозина, обусловленное
отсутствием гомогент изат оксидазы.
 гомогентизиновая кислота
аккумулируется и экскретируется мочёй
 приобретает чёрный цвет на воздухе
 У детей:
 моча на пелёнках
темнеет
 У взрослых:
 потемнение ушей
(охроноз)
 темные пятна на склере
и роговице
Болезнь кленового сиропа – нарушение
окислительного декарбоксилирования -кетокислот,
образованных из валина, изолейцина, и лейцина,
дефект дегидрогеназы разветвлённых цепей.
Уровень аминокислот с
развет влённой цепью и -
кетокислот значительно повышается
как в крови так и в печени.
Моча с запахом кленового сиропа
Ранние симптомы:
 летаргия
 кетоацидоз
 потеря сознания, кома и смерть
Фенилкет онурия дефицит
фенилаланингидроксилазы
Фенилаланин превращается в фенилпируват.
Нарушение
миелинирования
нервов
 Масса мозга ниже
нормы.
Умственное и
физическое
отставание.
Диагностические
критерии:
 уровень
фенилаланина в крови
 FeCl3 тест
 пробы ДНК
(пренатально)
СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПУТИ СИНТЕЗА
АМИНОКИСЛОТ
•Растения и микроорганизмы могут
синтезировать все 20 аминокислот
•В организме человека может образоваться
только 11 аминокислот (“заменимые”
аминокислоты)
•Заменимые аминокислоты образуются из
метаболитов гликолиза или цикла Кребса
•Другие АК называются “незаменимые"
аминокислоты и должны поступить с пищей
Дефицит хотя бы
одной
аминокислоты
приводит к
отрицательному
азотистому
балансу.
В этом случае
больше белка
распадается, чем
синтезируется.
Пути синтеза аминокислот характеризируются
дивергенцией
Общие черты: углеродный скелет происходит из
мет аболит ов
 гликолиза,
 пентозофосфатного пути,
 цикла трикарбоновых кислот.
Все аминокислоты
группируются в
семейства
относительно
метаболитов из
которых они
образуются