57

Предисловие

Белки составляют основу жизнедеятельности всех организмов, известных на нашей планете. Это сложноорганизованные орга–нические молекулы, которые имеют большую молекулярную массу и представляют собой биополимеры, состоящие из аминокислот. К биополимерам клетки также относятся нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК, которые являются результатом полимеризации нуклеотидов.

Метаболизм белков и нуклеиновых кислот включает их синтез из структурных компонентов аминокислот и нуклеотидов соответ–ственно и распад до указанных мономеров с последующей их деградацией до конечных продуктов катаболизма - СО₂, Н₂О,NН₃, мочевой кислоты и прочих.

Эти процессы химически сложно организованы и практически не существует альтернативных обходных путей, которые могли бы нормально функционировать при возникновении нарушений метаболизма. Известны наследственные и приобретенные заболевания, молекулярной основой которых являются изменения обмена аминокислот и нуклеотидов. Некоторые из них имеют тяжелые клинические проявления, но, к сожалению, в настоящее время не существует эффективных методов их лечения. Речь идет о таких заболеваниях, как подагра, синдром Леша-Нихана, ензимопатии аминокислотного обмена. В связи с этим детальное изучение обмена аминокислот и нуклеотидов в норме и их возможных нарушений имеет большое значение для формирования арсенала теоретических знаний, необходимых в практической деятельности врача.

При написании конспекта лекций «Метаболизм аминокислот и нуклеотидов» авторы не ставили перед собой задачу подробно описать все химические процессы и превращения аминокислот и нуклеотидов, которые любознательный студент может найти в любом учебнике по биохимии. Основной задачей было изложить материал так, чтобы сложные биохимические реакции воспринимались легко, доступно, понятно, с выделением главного. Для «сильных» студентов материалы лекций могут стать отправным пунктом в последующем, более глубоком изучении биохимических превращений. Для тех, кому биохимия не стала любимым предметом, лекции помогут сформировать основу биохимических знаний, необходимых при изучении клинических дисциплин. Авторы выражают надежду, что предлагаемый конспект лекций станет для студентов добрым помощником на пути к их будущей профессии.

Лекция 1

Тема. Метаболизм аминокислот: общие пути метаболизма. Синтез мочевины

План

1 Пути превращения аминокислот в тканях.

2 Трансаминирование аминокислот.

3 Дезаминирование аминокислот. Непрямое дезаминирование.

4 Декарбоксилирование аминокислот.

5 Обмен аммиака. Биосинтез мочевины. Некоторые клинические аспекты.

1 Пути превращения аминокислот в тканях

Аминокислоты - основной источник азота для организма млекопитающих. Они являются связующим звеном между процессами синтеза и распада азотсодержащих веществ, в первую очередь белков. За сутки в организме человека обновляется до 400 г белка. В целом период распада всех белков организма человека составляет 80 суток. Необратимо распадается четвертая часть белковых аминокислот (около 100 г). Эта часть возобновляется за счет пищевых аминокислот и эндогенного синтеза - синтеза заменимых аминокислот.

В клетках постоянно поддерживается определенный стационарный уровень аминокислот - фонд (пул) свободных аминокислот. Этот фонд обновляется за счет поступления аминокислот и используется для синтеза биологически важных химических компонентов клетки, т.е. можно выделить пути поступления и использования клеточного пула аминокислот.

Пути поступления свободных аминокислот, образующих аминокислотный фонд в клетке:

1 Транспорт аминокислот из внеклеточной жидкости - транспортируются аминокислоты, которые всасываются в кишечнике после гидролиза пищевых белков.

2 Синтез заменимых аминокислот - в клетке из промежуточных продуктов окисления глюкозы и цикла лимонной кислоты могут синтезироваться аминокислоты. К заменимым аминокислотам относятся: аланин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, пролин, глицин, серин.

3. Внутриклеточный гидролиз белков - это основной путь поступления аминокислот. Гидролитическое расщеп–ление тканевых белков катализируют лизосомальные протеазы. При голодании, онкологических и инфекцион–ных заболеваниях этот процесс усиливается.

Пути использования аминокислотного фонда:

1) Синтез белков и пептидов - это основной путь потребления аминокислот - 75-80% аминокислот клетки идет на их синтез.

2) Синтез небелковых азотсодержащих соединений:

- пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов;

- порфиринов;

- холина;

- креатина;

- меланина;

- некоторых витаминов и коферментов (НАД, КоА, фолиевая кислота);

- биогенных аминов (гистамин, серотонин);

- гормонов (адреналин, тироксин, трийодтиронин);

- медиаторов (норадреналин, ацетилхолин, ГАМК).

3) Синтез глюкозы с использованием углеродных скелетов гликогенных аминокислот (глюконеоге–нез).

4) Синтез липидов с использованием ацетильных остатков углеродных скелетов кетогенных аминокислот.

5) Окисление до конечных продуктов обмена (СО₂, Н₂О, NH₃) - это один из путей обеспечения клетки энергией - до 10% общих энергетических потребностей. Все аминокислоты, которые не используются в синтезе белков и других физиологически важных cоединений, подвергаются расщеплению.

Существую общие и специфические пути метаболизма аминокислот. К общим путям катаболизма аминокислот относятся:

1) трансаминирование;

2) дезаминирование;

3. декарбоксилирование.

2 Трансаминирование аминокислот

Трансаминирование аминокислот - основной путь дезаминирования аминокислот, который происходит без образования свободного NH₃. Это обратимый процесс переноса NH₂–группы с аминокислоты на –кетокислоту. Процесс открыли А.Е. Браунштейн и М.Б. Крицман (1937).

В трансаминировании могут принимать участие все аминокислоты, кроме треонина, лизина, пролина и гидроксипролина.

Реакция трансаминирования в общем виде выглядит следующим образом:

СООН СООН СООН СООН

НС — NH₂ + C = O  C = O + НС — NH₂

R₁ R₂ R₁ R₂

аминокислота -кетокислота

Ферменты, которые катализируют реакции этого типа, называются аминотрансферазами (трансаминаза–ми). В организме человека функционируют аминотрансфе–разы L–аминокислот. Акцептором аминогруппы в реакции являются -кетокислоты – пируват, оксалоацетат, -кето–глутарат. Наиболее распространенные аминотрансферазы – АлАТ (аланинаминотрансфераза), АсАТ (аспартатамино–трансфераза), тирозинаминотрансфераза.

Реакция, которую катализирует фермент АлАТ, представлена ниже:

СООН СООН CООН СООН

│ │ АлАТ │ │

НСNH₂ + C = O  C = O + HCNH₂

│ │ │ │

CH₃ CH₂ CH₃ CH₂

Ала │ ПВК │

CH₂ CH₂

│ │

COOH COOH

-кетоглутарат глу

Реакцию, которую катализирует фермент АсАТ, схематически можно изобразить следующим образом:

Асп + -кетоглутарат  Оксалоацетат + Глу.

Кофермент трансаминаз – пиридоксальфосфат (В₆) – входит в состав активного центра фермента. В процессе трансаминирования кофермент выполняет роль перенос–чика аминогруппы, и происходит взаимопревращение двух коферментных форм ПАЛФ(пиридоксаль–5–ф) и ПАМФ (пиридоксамин–5–ф):

+ NH₂–группа

Палф  памф.

- NH₂–группа

Трансаминирование активно протекает в печени. Это позволяет регулировать концентрацию любых амино–кислот в крови, в том числе и поступивших с пищей (за исключением тре, лиз, про). Благодаря этому оптимальная смесь аминокислот переносится с кровью во все органы.

Некоторые клинические аспекты

В ряде случаев может происходить нарушение трансаминирования аминокислот:

1) при гиповитаминозе В₆;

2) при лечении туберкулеза антагонистами трансами–аз – фтивазидом и его аналогами;

3) при голодании, циррозе и стеатозе печени наблюда–ется недостаток синтеза белковой части трансами–наз.

Для диагностики имеет значение определение активности аминотрансфераз в плазме крови. При патологических состояниях происходит усиление цитолиза в том или ином органе, что сопровождается повышением активности этих ферментов в крови.

Отдельные трансаминазы находятся в различных тканях в неодинаковом количестве. АсАТ больше в кардиомиоцитах, печени, скелетных мышцах, почках, поджелудочной железе. АлАТ – в рекордном количестве в печени, в меньшей степени - в поджелудочной железе, миокарде, скелетной мускулатуре. Следовательно, повышение активности АсАТ в крови более характерно для инфаркта миокарда (ИМ), а повышение активности АлАТ может свидетельствовать о цитолизе в гепатоцитах. Так, при остром инфекционном гепатите в крови активность АлАТ >АсАТ; но при циррозе печени -АсАТ >АлАТ. Незначительное повышение активности АлАТ имеет место также при ИМ. Поэтому определение активности сразу двух трансаминаз является важным диаг–ностическим тестом. В норме соотношение активностей АсАТ/АлАТ (коэффициент де Ритиса) составляет 1,330,42. При ИМ величина этого коэффициента резко возрастает, у больных инфекционным гепатитом, напротив, происходит снижение этого показателя.