Биологическая химия - часть 109

физиологических функций человека и животных. В животных тканях уста-

новлено декарбоксилирование следующих аминокислот и их производных:

тирозина, триптофана, 5-окситриптофана, валина, серина, гистидина, глу-

таминовой и γ-оксиглутаминовой кислот, 3,4-диоксифенилаланина, цис-

теина, аргинина, орнитина, S-аденозилметионина и α-аминомалоновой

кислоты. Помимо этого, у микроорганизмов и растений открыто де-

карбоксилирование ряда других аминокислот.

В живых организмах открыты 4 типа декарбоксилирования амино-

кислот:

1. α-Декарбоксилирование, характерное для тканей животных, при ко-

тором от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, стоящая по

соседству с α-углеродным атомом. Продуктами реакции являются СО

2

и биогенные амины:

2. ω-Декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам. Например,

из аспарагиновой кислоты этим путем образуется α-аланин:

3. Декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования:

В этой реакции образуются альдегид и новая аминокислота, соот-

ветствующая исходной кетокислоте.

4. Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух мо-

лекул:

Эта реакция в тканях животных осуществляется при синтезе δ-амино-

левулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА (см. главу 13) и при

синтезе сфинголипидов, а также у растений при синтезе биотина.

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов про-

межуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они ката-

лизируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот,

отличающимися от декарбоксилаз α-кетокислот (см. главу 10) как бел-

ковым компонентом, так и природой кофермента. Декарбоксилазы амино-

кислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность дейст-

вия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ),

как и у трансаминаз.

Таким образом, в двух совершенно различных процессах обмена

441

аминокислот участвует один и тот же кофермент. Исключение составляют

две декарбоксилазы: гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus

и аденозилметионин-декарбоксилаза Е. coli, содержащие вместо ПФ остаток

пировиноградной кислоты *.

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот в соответствии

с общей теорией пиридоксалевого катализа (см. рис. 12.3) сводится к

образованию ПФ-субстратного комплекса, представленного, как и в реак-

циях трансаминирования, шиффовым основанием ПФ и аминокислоты:

Образование подобного комплекса в сочетании с некоторым оття-

гиванием электронов белковой частью молекулы фермента сопровождается

лабилизацией одной из трех связей при α-углеродном атоме, благодаря

чему аминокислота способна вступать в реакции трансаминирования (а),

декарбоксилирования (b) и альдольного расщепления (с).

Далее представлены отдельные примеры декарбоксилирования амино-

кислот, в частности тех, продукты реакции которых оказывают сильное

фармакологическое действие. Одним из хорошо изученных ферментов

является  д е к а р б о к с и л а з а  а р о м а т и ч е с к и х  а м и н о к и с л о т . Она не

обладает строгой субстратной специфичностью и катализирует декарбок-

силирование L-изомеров триптофана, 5-окситриптофана и 3,4-диоксифе-

нилаланина (ДОФА); продуктами реакций, помимо СО

2

, являются соот-

ветственно триптамин, серотонин и диоксифенилэтиламин (дофамин).

* Предполагают, что некоторые декарбоксилазы животных тканей, декарбоксилирующие,

например, S-аденозилметионин, фосфатидилсерин и аспартат, также содержат пируват.

442

АМК

Шиффово

основание

ПФ

Триптофан

5-Окситриптофан

3,4-Диоксифенилаланин

(ДОФА)

Триптамин

Серотонин

Дофамин

СO

2

СО

2

СО

2

Декарбоксилаза ароматических аминокислот получена в чистом виде

(мол. масса 112000), кофермент – ПФ. В больших количествах она со-

держится в надпочечниках и ЦНС, играет важную роль в регуляции

содержания биогенных аминов. Образующийся из 5-окситриптофана серо-

тонин оказался высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего

действия. Серотонин регулирует артериальное давление, температуру тела,

дыхание, почечную фильтрацию и является медиатором нервных процессов

в ЦНС. Некоторые авторы считают серотонин причастным к развитию

аллергии, демпинг-синдрома, токсикоза беременных, карциноидного син-

дрома и геморрагических диатезов.

Продукт декарбоксилазной реакции дофамин является предшествен-

ником катехоламинов (норадреналина и адреналина). Источником ДОФА

в организме является тирозин, который под действием специфической

гидроксилазы превращается в 3,4-диоксифенилаланин (см. главу 8). Тиро-

зин-3-монооксигеназа открыта в надпочечниках, ткани мозга и перифе-

рической нервной системы. Простетической группой тирозин-моноокси-

геназы, как и дофамин-монооксигеназы (последняя катализирует превра-

щение дофамина в норадреналин) является тетрагидробиоптерин, имеющий

следующее строение:

Физиологическая роль тирозин-3-монооксигеназы чрезвычайно велика,

поскольку катализируемая этим ферментом реакция определяет скорость

биосинтеза катехоламинов, регулирующих деятельность сердечно-сосудис-

той системы. В медицинской практике широко используются ингибиторы

декарбоксилазы ароматических аминокислот, в частности α-метилдофа

(альдомет), вызывающий снижение артериального давления.

В животных тканях с высокой скоростью протекает декарбоксилиро-

вание гистидина под действием специфической декарбоксилазы.

Гистамин оказывает широкий спектр биологического действия. По

механизму действия на кровеносные сосуды он резко отличается от других

биогенных аминов, так как обладает сосудорасширяющим свойством.

Большое количество гистамина образуется в области воспаления, что имеет

определенный биологический смысл. Вызывая расширение сосудов в очаге

воспаления, гистамин тем самым ускоряет приток лейкоцитов, способствуя

активации защитных сил организма. Кроме того, гистамин участвует

в секреции соляной кислоты в желудке, что широко используется в клинике

при изучении секреторной деятельности желудка (гистаминовая проба). Он

443

Гистидин

Гистамин

СО

2

имеет прямое отношение к явлениям сенсибилизации и десенсибилизации.

При повышенной чувствительности к гистамину в клинике используют

антигистаминные препараты (санорин, димедрол и др.), оказывающие

влияние на рецепторы сосудов. Гистамину приписывают также роль ме-

диатора боли. Болевой синдром – сложный процесс, детали которого пока

не выяснены, но участие в нем гистамина не подлежит сомнению.

В клинической практике широко используется, кроме того, продукт

α-декарбоксилирования глутаминовой кислоты – γ-аминомасляная кислота

(ГАМК). Фермент, катализирующий эту реакцию (глутаматдекарбокси-

лаза), является высокоспецифичным.

Интерес к ГАМК объясняется ее тормозящим действием на деятель-

ность ЦНС. Больше всего ГАМК и глутаматдекарбоксилазы обнаружено

в сером веществе коры большого мозга, в то время как белое вещество

мозга и периферическая нервная система их почти не содержат. Введение

ГАМК в организм вызывает разлитой тормозной процесс в коре (цент-

ральное торможение) и у животных приводит к утрате условных рефлексов.

ГАМК используется в клинике как лекарственное средство при некоторых

заболеваниях ЦНС, связанных с резким возбуждением коры большого

мозга. Так, при эпилепсии хороший эффект (резкое сокращение частоты

эпилептических припадков) дает введение глутаминовой кислоты. Как

оказалось, лечебный эффект обусловлен не самой глутаминовой кислотой,

а продуктом ее декарбоксилирования – ГАМК.

В животных тканях с высокой скоростью декарбоксилируются также два

производных цистеина – цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты. В

процессе этих специфических ферментативных реакций образуется таурин,

который используется в организме для синтеза парных желчных кислот (см.

главу 11).

Следует указать еще на два недавно открытых в тканях животных

фермента, катализирующих декарбоксилирование орнитина и S-аденозил-

метионина: орнитиндекарбоксилазу и аденозилметиониндекарбоксилазу.

444

Цистеинсульфиновая

кислота

Цистеиновая

кислота

Гипотаурин

Таурин

+

 СО

2

1/2O

2

СО

2

1/2O

2

CO

2