Белки

                            +        CH2                                             CH2                        

                                      |                                                    |

                                      COOH                                         COOH                                             

     Бензойная кислота    глицин                      гиппуровая кислота

            

Общие пути обмена аминокислот  в тканях.

В клетку АК могут поступать с током  крови, после того, как в желудочно-кишечном тракте переварились белки, полученные с пищей. Могут расщепляться и белки клеток под действием внутрикишечных протеиназ (катепсинов), которые отличаются по характеру от протеиназ, действующих в желудочно-кишечном тракте.

Протеиназы  и пептидазы всех клеток служат для  деградации денатурированных внутриклеточных белков. Клетки печени и некоторых других тканей могут улавливать белки гемолизированных Э, денатурированные белки плазмы крови и другие и , после гидролиза, возвращать АК в клетки. Белковые и пентидные гормоны также гидролизируются до АК, следовательно, катепсины могут выполнять также (протеолитически) регуляторные функции, удаляя биологически активные молекулы. Различают различные виды катепсинов в зависимости от их локализации и выполняемой функции. Они маркируются буквами латинского алфавита (А, В, С, Д). Полученные АК либо идут на синтез других белков, либо распадаются, вступая в различного рода реакции. Наиболее распространенными и наиболее важными реакциями с участием АК являются реакцией транспортирования, декарбоксилирования и окислительного дезаминирования.

                                 Трансаминирование аминокислот.

Часто первой реакцией в процесссе расщепления  АК или последней реакцией синтеза  АК является реакция трансаминирования, в ходе которой аминогруппа переносится от донорной АК к акцепторной a-оксокислоте (a-кетокислоте), при этом образуется a-оксокислота из донорной АК и АК из исходной акцепторной a-оксокислоты. Эта реакция катализируется  пиридоксальзависимым ферментом , называемым трансаминазой (аминотрансферазой). Эта реакция легко обратима.

Среди различных трансаминаз, встречающихся  в природе, многие предпочтительно  используют a-оксоглутарат (a-кетоглютарат) в качестве акцепторной a-оксокислоты с образованием глутамата и наоборот. Это превращение показывает прямую связь катаболических и анаболических процессов с циклом лимонной кислоты. Превращение глютамата в a-кетоглюторат с включением последнего в цикл Кребса – определяет катаболизм АК-т (а, соответственно, и белков), а использование a-кетоглютората для синтеза глютамата, который затем может использоваться и для синтеза белков – характеризует связь цикла Кребса с процессами анаболизма. Более широкое значение для метаболизма эта пара (a-оксоглуторат глутамат), по видимому играет, участвуя в метаболическом потоке азота, при этом a-оксоглутарат – главный акцептор азота, а глутамат – главный переносчик азота. Общий вид процесса трансаминирования:

R                     COOH                                      R                                   COOH

|             +        |                                                 |                 +                  | 

CH – NH₂      CH₂                                          C=O                                CH₂

|                       |                                                 |                                      |

COOH            CH₂                                          COOH                             CH₂ 

  АК                |                                      альфаоксо - кислота                |

                       C=O                                                                                  CH – NH₂                                            

                       |                                                                                          |  

                      COOH                                                                               COOH

Альфаоксоглютаровая                                                           глютаминовая            

              Кислота                                                                                 кислота       

Например, один из путей дальнейшего использования  глутамата – превращение его в глютамин,

COOH                                             CONH₂

|                                                       |

CH₂         AТФ     АДФ + Фк          CH₂

|                      +NH₃                         |

CH₂                                                CH₂

 |            глютаминсинтетаза         |

CH – NH₂                                      CH – NH₂

|                                                      |

COOH                                           COOH

Глютаминовая кислота               глютамин                                                               

а, глютамин, в свою очередь, может отдавать азот на синтез различных соединений (например, жиров и пиримидинов). Кроме того, в почках глютамин, под действием глютаминазы, может отдавать азот, который в виде NH₄OH принимает участие в ликвидации возникшего ацидоза. Второй путь использования глютамата – образование в результате реакции трансаминированирования со щавеливо-уксусной кислотой - аспартатата, который затем может использоваться на:

Синтез  полипептидов.

Источник  углерода и азота для пиримидинов.

Источник  углерода и азота  для синтеза  других АК (аспарагина, лизина, метиоонина, триптофана).

Донор азота для синтеза мочевины, в  форме которой, главным образом и выводится азот из организма.

Третий  путь – под влиянием глютамат ДГ глютаминовая кислота может окисляться до a-кетоглютарата и аммиака. Аммиак затем может использоваться в качестве источника азота в некоторых анаболических процессах (например, биосинтез глютамина, аспарагина, пиримидинов), либо выводится из организма в виде аммиака или мочевины. В каталитическом действии трансаминаз принимает участие в качестве ко-фермента пиридоксальфосфат. Это соединение принимает участие не только в реакциях трансаминирования, но и в других видах превращения аминокислот, например декарбоксилировании и рацемизации (L – аминокислота обратимо превращается в   Д - аминокислота). Пиридоксальфосфат – это метаболически активная форма витамина В6. Активной группирровкой является альдегидная группа, способная реагировать со свободной аминогруппой аминокислоты с образованием иминной связи  - шиффова основания.

             Н – С =О                

       НО                   СН₂ОРО₃Н₂    пиридоксальфосфат          

   

     Н₃С       N

     R                               H – C=O                                  R

      |                                        |                                        |     

      CH – NH₂          HO                   CH₂OPO₃H₂        CH             N=C – H               

      |                      H C          N                -H₂O               |        HO                   CH₂OPO₃H₂          

      COOH        фосфопиридоксаль                               COOH                 

     аминокислота                                                                  H₃C         N                     

                                                                                      Шиффово основание

     R                                                  R                                CH₂ – NH₂

      |                                                    |                                   |              

         C = N – CH₂          +H₂O            C=O         +   HO                    CH₂OPO₃H₂                                 

      OH                CH₂OPO₃H₂        |                    H₃O         N

         H₃C                                             COOH         фосфопиродоксамин                                

  СООН                                     альфа – оксокислота

Таким образом, аминогруппа перешла с  АК на фосфопиридоксамин. Далее фосфопиридоксамин реагирует с a-оксоглютаровой кислотой и реакция пойдет в обратном направлении до образования пиридоксальфосфата и глютаминовой кислоты.

При дефиците витамина В₆ возникают различного рода дерматиты, нарушение азотистого обмена.

Реакции трансаминирования характерны для  всех АК (исключение лизин  и треонин). Глютаминовую кислоту окисляет дальше глютамат-ДГ. Дезаминирование через стадию глютаминовой кислоты называют непрямым дезаминированием. При трансинировании не образуется аммиак. В клинике широко используют определение активности трансаминаз (особенно аланиновой и аспарагиновой) для проведения дифференциальной диагностики и уточнения прогноза ( желтухи и т.д.) .

Декарбоксилирование аминокислот.

Образование аминов путем удаления a-карбоксильной группы АК, в ходе пиридоксаль-фосфатзависимого декарбоксилирования, происходит во всех видах организмов. Ферменты, катализирующие этот процесс, называют декарбоксилазы, обладают различной степенью специфичности (для группы АК, например, ароматических; для отдельных АК, например, гистидина и т.д.). Общий вид процесса:

         R                                    R

         |                - CO₂            |

         CH – NH₂                     CH₂ – NH₂

         |                                       амин  

        COOH               

        аминокислота 

Кофермент – витамин В6. Механизм действия аналогичен реакциям трансаминирования.                                   

Образуется  комплекс фермент (декарбоксилаза) + ко-фермент (фосфопиродоксаль) + субстрат (АК) –  как и при трансаминировании  – после образования такого комплекса декарбоксилаза катализирует отщепление СО₂ и освобождается амин. Некоторые амины, образующиеся при декарбоксилировании АК, выполняют важные биологические функции, их иногда называют биогенные амины. Например, в клетках мозга из глутамата образуется ГАМК (гамма-аминомасляная кислота). Оба соединения относят к нейромедиаторам (т.е. соединениям, влияющим на передачу электрических потенциалов в синапсах  потенциалов нейрон-нейронных и нейрон-мышечных контактов). ГАМК ингибирует, а глутамат активирует передачу нервных импульсов. Гистидин при декарбоксировании превращается в гистамин. Большие количества гистамина выделяются из тучных клеток в ответ на присутствие аллергена. Кроме того, гистамин обладает сосудорасширяющим действием, участвует в формировании боли (усиленная его выработка при травмах может вызвать гистаминовый шок), стимулирует выработку желудочного сока и т.д.