Реакции дезаминирования

Отщепление аминогруппы у аминокислоты называют дезаминированием. Различают два типа реакций: прямое и непрямое дезаминирование. Имеется несколько типов прямого дезаминирования. Эти реакции генерируют свободный аммиак — токсическое соединение, подлежащее связыванию и обезвреживанию.

Прямое дезаминирование — это процесс непосредственного отщепления аммиака от аминокислоты. Такая реакция может катализироваться двумя типами ферментов — оксидазами и дегидрогеназами. Процесс окислительного дезаминирования (рис. 15.1) под действием оксидаз осуществляется следующим образом:

Рис. 15.1. Прямое окислительное дезаминирование аминокислот

Выделены ферменты, катализирующие окислительное дезаминирование с участием флавиновых коферментов. Эти ферменты обладают выраженной специфичностью к D- и L-аминокислотам. Они получили название оксидаз аминокислот из-за их способности взаимодействовать с молекулярным кислородом с образованием пероксида водорода. Особо высокой активностью в клетках обладают оксидазы D-аминокислот. Окислительное дезаминирование L-аминокислот при помощи оксидаз аминокислот у большинства млекопитающих обнаружено только в печени и почках. Некоторые из этих реакций не играют важной роли у человека, а некоторые аминокислоты дезаминируются при помощи специальных реакций.

Окислительное дезаминирование второго типа — под действием дегидрогеназ — это дезаминирование глутаминовой кислоты с образованием -кетоглутарата и аммиака:

Эта реакция протекает с участием НАД⁺ или НАДФ⁺. Фермент — глутаматдегидрогеназа присутствует в митохондриальном матриксе в высоких концентрациях и обладает высокой активностью. Аммиак, полученный в печеночных митохондриях, используется для синтеза мочевины.

Непрямое дезаминирование — это двухстадийный процесс отщепления аминогруппы в виде аммиака (рис. 15.2). Первая стадия — переаминирование аминокислоты с участием α-кетоглутарата с образованием глутаминовой кислоты. Вторая стадия — окислительное дезаминирование образовавшейся глутаминовой кислоты:

Рис. 15.2. Непрямое дезаминирование аминокислот

Аммиак, образующийся при дезаминировании аминокислот, является токсическим соединением. Существует несколько способов связывания аммиака с целью его обезвреживания.

Пути обезвреживания аммиака в организме:

1. Синтез глутамина. Реакция катализируется глутаминсинтетазой:

Распределение и субклеточная локализация. Реакция протекает в цитозоле клеток всех тканей, но особенно выражена в мозге, где аммиак наиболее токсичен, и мышцах, где обмен белков мышц сопровождается образованием значительных количеств аммиака.

Функции глутамина:

a) во всех тканях глутамин является донором азота для синтеза важных молекул, в частности, для пуринового и пиримидинового синтеза;

б) является нетоксичной формой транспорта аммиака из разных тканей к клеткам печени, где он превращается в мочевину;

в) в кишечнике служит источником энергии для энтероцитов;

г) в почках участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия. Гидролиз амидной группы в боковой цепи глутамина глутаминазой позволяет связывать протоны. Это особенно важно в условиях метаболического ацидоза.

2. Синтез мочевины. Печень — единственный орган, клетки которого содержат все ферменты синтеза мочевины и, следовательно, являются главным местом ее синтеза. Участвуют митохондриальные ферменты и ферменты цитозоля (рис. 15.1).

Энергетический баланс. 4 молекулы АТФ расходуется на синтез каждой молекулы мочевины

Рис. 15.3. Орнитиновый цикл мочевинообразования