Биологическая химия - часть 108

лизина в молекуле ферментного белка, что приводит к формированию

пиридоксальфосфатного комплекса.

Существование представленного механизма реакции трансаминирова-

ния доказано разнообразными методами, включая методы спектрального

анализа по идентификации промежуточных альдиминных и кетиминных

производных пиридоксальфосфата.

Роль трансаминаз и реакций трансаминирования в обмене аминокислот.

Чрезвычайно широкое распространение трансаминаз в животных тканях,

у микроорганизмов и растений, их высокая резистентность к физическим,

химическим и биологическим воздействиям, абсолютная стереохимическая

специфичность по отношению к L-аминокислотам, а также высокая ка-

талитическая активность в процессах трансаминирования послужили пред-

метом детального исследования роли этих ферментов в обмене амино-

кислот. Ранее было указано, что при физиологических значениях рН среды

активность оксидазы L-аминокислот резко снижена. Учитывая это об-

стоятельство, а также высокую скорость протекания реакции трансами-

нирования, А.Е. Браунштейн выдвинул гипотезу о возможности существо-

вания в животных тканях непрямого пути дезаминирования аминокислот

через реакции трансаминирования, названного им трансдезаминированием.

Основой для выдвижения этой гипотезы послужили также данные

Г. Эйлера о том, что в животных тканях из всех природных аминокислот

с высокой скоростью дезаминируется только L-глутаминовая кислота

в реакции, катализируемой высокоактивной и специфической глутамат-

дегидрогеназой.

Согласно гипотезе, получившей экспериментальное подтверждение, все

или почти все природные аминокислоты (исключение составляет метионин)

сначала реагируют с α-кетоглутаровой кислотой в реакции трансами-

нирования с образованием глутаминовой кислоты и соответствующей

кетокислоты. Образовавшаяся глутаминовая кислота затем подвергается

непосредственному окислительному дезаминированию под действием глу-

таматдегидрогеназы. Схематически механизм трансдезаминирования мож-

но представить в следующем виде:

Суммарная реакция при этом следующая:

R

1

—CH(NH

2

)—COOH + НАД

+

 + Н

2

O –> R

1

—СО—СООН + НАДН

2

 + NH

3

.

Поскольку обе реакции (трансаминирование и дезаминирование глу-

таминовой кислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза

по существу любой аминокислоты, если в организме имеются соответст-

вующие α-кетокислоты. Известно, что организм животных и человека не

наделен способностью синтеза углеродных скелетов (α-кетокислот), так

называемых незаменимых аминокислот; этой способностью обладают

только растения и многие микроорганизмы.

Механизм, при помощи которого в живых организмах осуществляется

синтез природных аминокислот из α-кетокислот и аммиака, был назван

437

α-Кетоглутарат

L-Глутамат

Трансаминаза

Глутаматдегидро-

геназа

R

1

–

CH(NH

2

)–COOH

R

1

–

CO–COOH

НАДН + H

+

 +

 NH

3

НАД

+

 + H

2

O

Рис. 12.4. Центральная роль трансаминаз L-аминокислот и глутаматдегидрогеназы

в биосинтезе и распаде аминокислот в тканях животных.

АМК - аминокислоты; α-КГ - α-кетоглутарат.

А.Е. Браунштейном трансреаминированием. Сущность его сводится к вос-

становительному аминированию α-кетоглутаровой кислоты с образованием

глутаминовой кислоты (реакцию катализирует НАДФ-зависимая глута-

матдегидрогеназа, работающая в режиме синтеза) и к последующему

трансаминированию глутамата с любой α-кетокислотой. В результате

образуется L-аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте, и

вновь освобождается α-кетоглутаровая кислота, которая может акцеп-

тировать новую молекулу аммиака. Роль реакций трансаминирования как

в дезаминировании, так и в биосинтезе аминокислот может быть пред-

ставлена в виде схемы:

Таким образом, трансаминазы катализируют опосредованное через

глутаматдегидрогеназу дезаминирование природных аминокислот (черные

стрелки) и биосинтез аминокислот (красные стрелки). В более упрощенной

форме роль этих ключевых ферментов азотистого обмена представлена на

рис. 12.4.

Получены доказательства существования в организме теплокровных

животных еще одного механизма непрямого (опосредованного) дезами-

нирования L-аминокислот, при котором Глу, Асп и АМФ выполняют роль

системы переноса NН

2

-группы; гидролитическое дезаминирование АМФ

приводит к образованию инозинмонофосфата (ИМФ) и аммиака:

L-AMK —> Глу —> Асп —>

 АМФ

 —>

 NH

3

 +

 ИМФ

438

Белки тканей

Мочевина

L-AMK

NН

3

Трансаминазы

α-Кетокислоты

α-КГ

L-Глу

Глу-дегидро-

геназа

Трансаминаза

L-аминокислота

α-Кетокислота

Пиридоксаль-

фосфат

Пиридоксаминфосфат

L-глутамат

Иминоглутарат

α-Кетоглутарат

Глутаматдегидрогеназа

НАД

+

НАДФ

+

НАДФН+ Н

+

НАДН + Н

+

Н

2

О

NH

3

Возможно, что в аналогичной системе в качестве промежуточного

переносчика NH

2

-группы вместо АМФ участвует НАД.

Клиническое значение определения активности трансаминаз. Широкое

распространение и высокая активность трансаминаз в органах и тканях

человека, а также сравнительно низкие величины активности этих фер-

ментов в крови послужили основанием для определения уровня ряда

трансаминаз в сыворотке крови человека при органических и функциональ-

ных поражениях разных органов. Для клинических целей наибольшее

значение имеют две трансаминазы – аспартат-аминотрансфераза (AcAT)

и аланин-аминотрансфераза (АлАТ), катализирующие соответственно сле-

дующие обратимые реакции:

В сыворотке крови здоровых людей активность этих трансаминаз

в тысячи раз ниже, чем в паренхиматозных органах. Поэтому органические

поражения при острых и хронических заболеваниях, сопровождающиеся

деструкцией клеток, приводят к выходу трансаминаз из очага поражения

в кровь. Так, уже через 3–5 ч после развития инфаркта миокарда уровень

АсАТ в сыворотке крови резко повышается (в 20–30 раз). Максимум

активности обеих трансаминаз крови приходится на конец первых суток,

а уже через 2–3 дня при благоприятном исходе болезни уровень сы-

вороточных трансаминаз возвращается к норме. Напротив, при затяжном

процессе или наступлении повторного инфаркта миокарда наблюдается

новый пик повышения активности этих ферментов в крови. Этим объяс-

няется тот факт, что в клинике трансаминазный тест используется не только

для постановки диагноза, но и для прогноза и проверки эффективности

лечения *. При поражениях клеток печени, например при гепатитах, также

наблюдается гипертрансаминаземия (за счет преимущественного повыше-

ния уровня АлАТ), но она имеет более умеренный и затяжной характер,

а повышение активности трансаминазы в сыворотке крови происходит

медленно. При различного рода коронарной недостаточности (стенокардия,

пороки сердца и др., кроме инфаркта миокарда) гипертрансаминаземия или

не наблюдается, или незначительна. Определение активности трансаминаз

в сыворотке крови при заболеваниях сердца следует отнести к диффе-

ренциально-диагностическим лабораторным тестам. Повышение уровня

трансаминаз в сыворотке крови отмечено, кроме того, при некоторых

заболеваниях мышц, в частности при обширных травмах, гангрене ко-

нечностей и прогрессивной мышечной дистрофии.

Превращения α-кетокислот. Образовавшиеся в процессе дезаминиро-

вания и трансдезаминирования α-кетокислоты подвергаются в тканях жи-

вотных различным превращениям и могут вновь трансаминироваться

с образованием соответствующей аминокислоты. Это так называемый

синтетический путь превращения. Опыты с перфузией растворов α-кето-

кислот и аммиака через изолированную печень показали, что в оттекающей

из печени жидкости действительно имеются соответствующие исходным

* В настоящее время с диагностической целью в клинике внутренних болезней широко

используют наборы химических реактивов для быстрого (экспрессного) определения ак-

тивности трансаминаз в сыворотке крови.

439

Аспартат

 + α-Кетоглутарат

Оксалоацетат +

 Глутамат

Аланин

 + α-Кетоглутарат

Пируват +

 Глутамат

кетокислотам L-аминокислоты. Открыты, кроме того, гликогенные, кето-

генные и окислительные пути, ведущие к образованию соответственно

глюкозы, жирных кислот, кетоновых тел и компонентов цикла трикарбо-

новых кислот (ЦТК). Эти процессы можно представить в виде общей

сводной схемы:

Углеродные скелеты аминокислот могут включаться в ЦТК через

ацетил-КоА, пируват, оксалоацетат, α-кетоглутарат и сукцинил-КоА. Пять

аминокислот (Фен, Лиз, Лей, Трп, Тир) считаются «кетогенными», по-

скольку они являются предшественниками кетоновых тел, в частности

ацетоуксусной кислоты, в то время как большинство других аминокислот,

обозначаемых как «гликогенные», служат в организме источником угле-

водов, в частности глюкозы. Подобный синтез углеводов de novo уси-

ливается при некоторых патологических состояниях, например при са-

харном диабете, а также при гиперфункции коркового вещества над-

почечников и введении глюкокортикоидов (см. главу 8). Разделение амино-

кислот на «кетогенные» и «гликогенные» носит, однако, условный характер,

поскольку отдельные участки углеродных атомов Лиз, Трп, Фен и Тир

могут включаться и в молекулы предшественников глюкозы, например Фен

и Тир – в фумарат. Истинно «кетогенной» аминокислотой является только

лейцин.

Декарбоксилирование аминокислот

Процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО

2

получил название  д е к а р б о к с и л и р о в а н и я . Несмотря на ограниченный

круг аминокислот и их производных, подвергающихся декарбоксилиро-

ванию в животных тканях, образующиеся продукты реакции – биогенные

а м и н ы – оказывают сильное фармакологическое действие на множество

440

Ала, Гли,

Сер, Тре,

Цис

Глюкоза

Жирные кислоты

ПВК

Ацетил-КоА

Лей, Фен,

Трп

Ацетоацетил-КоА

Фен, Лиз,

Тир, Лей

Асп, Асн

ЩУК

Apг, Гис,
Про, Глн,

Глу

α-КГ

ЦТК

Иле, Вал,

Мет, Тре

Сукцинил-

КоА

СО

2

Н

2

О +

 Энергия