Биологическая химия - часть 106

Печень, кроме того, обеспечивает сбалансированный пул свободных амино-

кислот организма путем синтеза заменимых аминокислот и перераспре-

деления азота в результате реакций трансаминирования.

Как видно из схемы, всосавшиеся аминокислоты в первую очередь

используются в качестве строительного материала для синтеза специ-

фических тканевых белков, ферментов, гормонов и других биологически

активных соединений. Некоторое количество аминокислот подвергается

распаду с образованием конечных продуктов белкового обмена (СО

2

, Н

2

О

и NH

3

) и освобождением энергии. Подсчитано, что в организме взрослого

человека, находящегося на полноценной диете, образуется примерно

1200 кДж в сутки за счет окисления около 70 г аминокислот (помимо

пищевых, также эндогенных аминокислот, образующихся при гидролизе

тканевых белков). Это количество составляет около 10% от суточной

потребности организма человека в энергии. Количество аминокислот,

подвергающихся распаду, зависит как от характера питания, так и от

физиологического состояния организма. Например, даже при полном го-

лодании или частичном белковом голодании с мочой постоянно выделяется

небольшое количество азотистых веществ, что свидетельствует о непре-

рывности процессов распада белков тела. Аминокислоты, как и белки, не

накапливаются и не откладываются в тканях (наподобие жиров и глико-

гена), и у взрослого человека при нормальной обеспеченности пищевым

белком поддерживается довольно постоянная концентрация аминокислот

в крови (см. главу 16).

Использование аминокислот в синтезе белка подробно рассмотрено

в главе 14.

429

Амино-

кислоты

Углеводы

Липиды
Холин

Креатин
Пептиды (глутатион, ансерин, карнозин и др.)

Другие АМК

Порфирины (гем, Нb, цитохромы и др.)

Белки (ферменты, гормоны, антитела и др.)

Никотинамид, НАД

Производные аминокислот с гормональной

функцией (катехоламины, тироксин и др.)

Биогенные амины

Меланины

α-Кетокислоты (α-оксикислоты) –> СО

2

 + Н

2

О

Пурины, пиримидины

Аммиак

Мочевина

Транспорт аминокислот через клеточные

мембраны

Различная скорость проникновения аминокислот через мембраны клеток,

установленная при помощи метода меченых атомов, свидетельствует о

существовании в организме активной транспортной системы, обеспечи-

вающей перенос аминокислот как через внешнюю плазматическую мем-

брану, так и через систему внутриклеточных мембран. Несмотря на тща-

тельные исследования, проведенные в разных лабораториях, тонкие ме-

ханизмы функционирования активной системы транспорта аминокислот

пока не расшифрованы. Очевидно, таких систем существует несколько.

В частности, А. Майстером предложена оригинальная схема транспорта

нейтральных аминокислот через плазматическую мембрану, которая,

по-видимому, активна в почечных канальцах, слизистой оболочке кишеч-

ника и ряде других тканей. Сущность этой гипотезы можно представить

в виде схемы:

Предполагают, что главную роль в этом процессе играет мембранно-

связанный гликопротеин – фермент γ-глутамилтрансфераза, которая ката-

лизирует перенос γ-глутамильной группы от глутатиона или другого

γ-глутамильного пептида на транспортируемую аминокислоту. Комплекс

γ-глутамил–аминокислота после переноса через биомембрану распадается

внутри клетки (или внутри субклеточного образования) под действием

γ-глутамилциклотрансферазы на свободную аминокислоту и 5-оксопролин

(пироглутаминовая кислота), образование которого почти целиком сдви-

430

Аминокислота (вне клетки)

„Узнавание"

„Транслокация"

(1)

Носитель

γ-Глутамил-амино-

кислота

Цистеинил-глицин

γ-Глутамил-цистеинил-глицин

(глутатион)

„Освобождение"

(2)

Аминокислота

(внутри клетки)

Глицин

γ-Глутамилциклотрансфераза

Пептидаза

Глутатионсинтетаза

Цистеин

АДФ

 + Р

i

АТФ

5-Оксопролин

5-Оксопролиназа

АТФ АДФ

 + P

i

Глутаминовая

кислота

АДФ

 +

 P

i

γ-Глутамилцистеинсинтетаза

АТФ

„Восстановление"

(3),(4),(5)

γ-Глутамил-цистеин

гает реакцию расщепления комплекса вправо. Благодаря возможности

ресинтеза глутатиона, требующего затраты энергии АТФ, цикл может

повторяться многократно, транспортируя значительные количества амино-

кислот.

ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ ОБМЕН АМИНОКИСЛОТ

В ТКАНЯХ

Промежуточный метаболизм аминокислот белковых молекул, как и других

питательных веществ в живых организмах, включает катаболические (рас-

пад до конечных продуктов обмена), анаболические (биосинтез амино-

кислот) процессы, а также ряд других специфических превращений, со-

провождающихся образованием биологически активных соединений. Ус-

ловно промежуточный метаболизм аминокислот можно разделить на

общие пути обмена и индивидуальные превращения отдельных амино-

кислот (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Катаболизм аминокислот.

Общие пути обмена аминокислот

Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминиро-

вания, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацеми-

зации. Рассмотрим подробно первые четыре реакции, имеющие значение

для всех живых организмов. Реакции рацемизации характерны только для

микроорганизмов; открыты ферменты, катализирующие рацемизацию ряда

аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина

и α,ε-диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз

микроорганизмов сводится, вероятно, к синтезу D-изомеров аминокислот

для построения клеточной оболочки.

Дезаминирование аминокислот

Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отщеп-

ление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные систе-

мы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты реак-

ции. Во всех случаях NH

2

-группа аминокислоты освобождается в виде

аммиака.

431

Белки

пищи

Белки

тканей

Биогенные

амины

Глюконеоге-

нез

Глюкоза

α-Кето-

кислоты

ЦТК

Дыхание

Мочевина

Экскреция

СО

2

NH

3

СО

2

 + Н

2

O

Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кис-

лоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и боль-

шинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакций яв-

ляется окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гис-

тидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию.

Рассмотрим более подробно механизм окислительного дезаминиро-

вания аминокислот, протекающего в две стадии.

Первая стадия является ферментативной и завершается образованием

неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который на вто-

рой стадии спонтанно без участия фермента, но в присутствии воды

распадается на аммиак и α-кетокислоту. Следует указать, что оксидазы

аминокислот (L- и D-изомеров) являются сложными флавопротеинами,

содержащими в качестве кофермента ФМН или ФАД, которые выполняют

в этой реакции роль акцепторов двух электронов и протонов, отщеп-

ляющихся от аминокислоты. Оксидазы L-аминокислот могут содержать

как ФМН, так и ФАД, а оксидазы D-аминокислот – только ФАД в качестве

простетической группы. Схематически реакции окислительного дезами-

нирования аминокислот с участием коферментов могут быть представлены

в следующем виде:

Восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут

непосредственно окисляться молекулярным кислородом. При этом обра-

зуется перекись водорода, которая подвергается расщеплению под дейст-

вием каталазы на воду и кислород.

432

I. Восстановительное дезаминирование

II. Гидролитическое дезаминирование

III. Внутримолекулярное дезаминирование

IV. Окислительное дезаминирование

Оксидазы L- и

D-аминокислот

+2Н

+ NH

3

+H

2

O

+ NН

3

+

 NH

3

+

 1

/

2

O

2

+ NH

3

-2Н

Н

2

О

NH

3

ФАД

ФАДН

2

Н

2

O

+ NH

3