Биологическая химия - часть 110

Значение этих реакций для тканей животных огромно, поскольку про-

дукты реакций используются для синтеза полиаминов – спермидина и спер-

мина.

445

Орнитин

Путресцин

S-аденозилметионин

S- метиладенозилгомоцистеамин

Ориитин

S-Аденозилметионин

Орнитинде-

карбонсилаза

Аденозилметионин

декарбоксилаза

Путресцин

S-Метиладенозилгомоцистеамин

Спермидин-

синтаза

Пропиламин

5'-Метилтио-

аденозин

Спермин-

синтаза

Спермидин

Пропиламин

5'-Метилтио-

аденозин

Спермин

СО

2

СО

2

СО

2

СО

2

Полиамины, к которым относят также диамин путресцин, играют

важную роль в процессах клеточного роста и дифференцировки, в ре-

гуляции синтеза ДНК, РНК и белка, стимулируя транскрипцию и трансля-

цию (см. далее), хотя конкретный механизм участия их в указанных

процессах не всегда ясен.

Таким образом, биогенные амины являются сильными фармаколо-

гически активными веществами, оказывающими разностороннее влияние на

физиологические функции организма. Некоторые биогенные амины нашли

широкое применение в качестве лекарственных препаратов.

Распад биогенных аминов. Накопление биогенных аминов может от-

рицательно сказываться на физиологическом статусе и вызывать ряд

существенных нарушений функций в организме. Однако органы и ткани, как

и целостный организм, располагают специальными механизмами обез-

вреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к окисли-

тельному дезаминированию этих аминов с образованием соответствующих

альдегидов и освобождением аммиака:

Ферменты, катализирующие эти реакции, получили название моноамин-

и диаминоксидаз. Более подробно изучен механизм окислительного дез-

аминирования моноаминов. Этот ферментативный процесс является не-

обратимым и протекает в две стадии:

R—CH

2

—NH

2

 + Е-ФАД + H

2

O –> R—CHO + NH

3

 + Е-ФАДН

2

 (1)

Е-ФАДН

2

 + O

2

 –

> Е-ФАД + Н

2

O

2

 (2)

Первая (1), анаэробная, стадия характеризуется образованием альде-

гида, аммиака и восстановленного фермента. Последний в аэробной фазе

окисляется молекулярным кислородом. Образовавшаяся перекись водорода

далее распадается на воду и кислород.  М о н о а м и н о к с и д а з а (МАО),

ФАД-содержащий фермент, преимущественно локализуется в митохонд-

риях, играет исключительно важную роль в организме, регулируя скорость

биосинтеза и распада биогенных аминов. Некоторые ингибиторы моно-

аминоксидазы (ипраниазид, гармин, паргилин) используются при лечении

гипертонической болезни, депрессивных состояний, шизофрении и др.

Обезвреживание аммиака в организме

В организме человека подвергается распаду около 70 г аминокислот в

сутки, при этом в результате реакций дезаминирования и окисления

биогенных аминов освобождается большое количество аммиака, явля-

ющегося высокотоксичным соединением. Поэтому концентрация аммиака

в организме должна сохраняться на низком уровне. Действительно, уровень

аммиака в крови в норме не превышает 60 мкмоль/л (это почти в 100 раз

меньше концентрации глюкозы в крови). В опытах на кроликах показано,

что концентрация аммиака 3 ммоль/л является летальной. Таким образом,

аммиак должен подвергаться связыванию в тканях с образованием не-

токсичных соединений, легко выделяющихся с мочой.

446

R-CH

2

-NH

2

 + H

2

O

O

2

R-CHO

 +

 NH

3

 + H

2

O

2

О д и н из путей связывания и обезвреживания аммиака в организме,

в частности в мозге, сетчатке, почках, печени и мышцах,– это биосинтез

глутамина (и, возможно, аспарагина). Глутамин и аспарагин выделяются

с мочой в небольшом количестве. Было высказано предположение, что они

выполняют скорее транспортную функцию переноса аммиака в неток-

сичной форме. Ниже приводится химическая реакция синтеза глутамина,

катализируемого глутаминсинтетазой *.

Механизм этой синтетазной реакции, подробно изученный А. Майсте-

ром, включает ряд стадий. Синтез глутамина в присутствии глутамин-

синтетазы может быть представлен в следующем виде:

Биосинтез аспарагина протекает несколько отлично и зависит от при-

роды ферментов и донора аммиака. Так, у микроорганизмов и в животных

тканях открыта специфическая аммиакзависимая аспарагинсинтетаза, ко-

торая катализирует синтез аспарагина в две стадии:

а) Асп + Е + АТФ –> Е-аспартил~АМФ + PP

i

;

б) Е-аспартил~АМФ + NН

3

 –

> Асн + Е + АМФ.

В животных тканях содержится, кроме того, глутаминзависимая аспа-

рагинсинтетаза, которая для синтеза во второй стадии использует амидную

группу глутамина:

б) Е-аспартил~АМФ + Глн –> Асн + Е + АМФ + Глу.

Суммарная ферментативная реакция синтеза аспарагина может быть

представлена в следующем виде:

Асп + АТФ + NН

3

 (или Глн) –> Асн + АМФ + РР

i

 + (Глу).

* Конечные продукты обмена глутамина (гистидин, глюкозо-6-фосфат, АМФ, цАМФ

и др.), как и Гли, и Ала, оказались аллостерическими ингибиторами глутаминсинтетазы.

Фермент подвергается также ковалентной модификации путем аденилирования-деаденили-

рования (остаток Тир), и тогда он оказывается более чувствительным к аллостерическим

ингибиторам. Суммарный тормозящий эффект превышает действие одного какого-либо

ингибитора. Этот тип регуляции известен как согласованное ингибирование.

447

АТФ

АДФ

 + Р

i

NH

3

Глутамат

Глутамин

а) Глу + Е + АТФ –> Е-АДФ—Глу + Р

i

б) Е-АДФ—Глу + NН

3

 –>

 Глн + Е-АДФ

в) Е-АДФ –> Е + АДФ

а + б + в: Глу + АТФ + NН

3

 –>

 Глн

 + АДФ + Р

i

.

Видно, что энергетически синтез аспарагина обходится организму до-

роже, поскольку образовавшийся РР

i

 далее распадается на ортофосфат.

Часть аммиака легко связывается с α-кетоглутаровой кислотой бла-

годаря обратимости глутаматдегидрогеназной реакции. Если учесть свя-

зывание одной молекулы аммиака при синтезе глутамина, то нетрудно

видеть, что в организме имеется хорошо функционирующая система,

связывающая две молекулы аммиака:

Глутамин, кроме того, используется почками в качестве резервного

источника аммиака (образуется из глутамина под действием глутаминазы),

необходимого для нейтрализации кислых продуктов обмена при ацидозе

и защищающего тем самым организм от потери с мочой используемых для

этих целей ионов Na

+

.

Орнитиновый цикл мочевинообразования

Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является

биосинтез мочевины. Последняя выводится с мочой в качестве главного

конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена.

На долю мочевины приходится до 80–85% от всего азота мочи. Основным

и, возможно, единственным местом синтеза мочевины является печень.

Впервые Г. Кребс и К. Гензеляйт в 1932 г. вывели уравнения реакций

синтеза мочевины, которые представлены в виде цикла, получившего

в литературе название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.

Следует указать, что в биохимии это была первая циклическая система

метаболизма, описание которой почти на 5 лет опеределило открытие

Г. Кребсом другого метаболического процесса – цикла трикарбоновых

кислот (см. ранее). Дальнейшие исследования в основном подтвердили

циклический характер биосинтеза мочевины в печени. Благодаря иссле-

дованиям Г. Коена, С. Ратнер и сотр. были уточнены промежуточные

этапы и ферментные системы, катализирующие образование мочевины.

Таким образом, весь цикл мочевинообразования может быть пред-

ставлен следующим образом. На первом этапе синтезируется макроэрги-

ческое соединение  к а р б а м о и л ф о с ф а т – метаболически активная форма

аммиака, используемая в качестве исходного продукта для синтеза пи-

римидиновых нуклеотидов (соответственно ДНК и РНК) и аргинина

(соответственно белка и мочевины):

К настоящему времени открыты три разных пути синтеза карбамоил-

фосфата de novo, катализируемые тремя разными ферментами. Первую

необратимую реакцию катализирует регуляторный фермент – аммиакзави-

симая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.4.16):

448

α-Нетоглутарат

NH

3

Глутамат

NH

3

Глутамин

Пиримидины

ДНК

РНК

Карбамоилфосфат

Аргинин

Белки

Мочевина