Министерство здравоохранения Республики Беларусь
УО «Гомельский государственный медицинский университет»
Кафедра биологической химии
Реферат
Аргинин
Подготовила студентка л-206 группы Курмаз В.А.
Проверила Мышковец Н.С.
Гомель 2013
Общие сведения и классификация
H2N - C - NH - CH2- CH2- CH2- CH – COOH
║ │
NH NH2
α-амино-Δ -гуанидилвалериановая кислота, 2-амино-5-гуанидилпентановая кислота, аргинин (АРГ)
Аргинин (2-амино-5-гуанидинпентановая кислота) — алифатическая основная α-аминокислота. Оптически активна, существует в виде L- и D- изомеров. L-Аргинин входит в состав пептидов и белков, особенно высоко содержание аргинина в основных белках — гистонах и протаминах (до 85 %).
Классификация
1. По радикалу
-полярная, заряжена положительно при рН=7
-алифатическая
-диаминомонокарбоновая
2. По классу аминоацил-тРНК синтетаз-1
3. По путям биосинтеза - семейство глутамата
По характеру катаболизма
-глюкогенная
-частично заменимая
Пути образования и поступления в организм
Аргинин — заменимая аминокислота для взрослых, а для детей является незаменимой. У детей и подростков, у пожилых и больных людей уровень синтеза аргинина часто недостаточен. Аргинин встречается во многих продуктах питания, как животного, так и растительного происхождения. Биосинтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла. Его эндогенный синтез осуществляется главным образом под действием аргининсукцинатсинтазы и аргининсукцинатлиазы из цитруллина, который синтезируется в слизистой тонкого кишечника как конечный продукт глутаминового или глутаматного метаболизма и током крови почти весь доставляется в почки, где при участии аспартата в цикле мочевой кислоты превращается в аргинин. Последний через почечные вены поступает в циркуляцию и разносится к различным клеткам и тканям организма. Синтез аргинина также возможен из орнитина и пролина, но он выражен слабо.
Количество аргинина, синтезируемого у взрослого человека (примерно 2 грамма в день), достаточно, чтобы обеспечить его физиологические потребности в нормальных условиях.
орнитин цитруллин Орнитин-карбомоилтрансфераза
аспартат
мочевина аргиназа
Аргининосукцинат синтетаза
аргининосукцинат аргининосукцинатлиаза
Аргинин
фумарат
Пищевые источники
Источники поступления аргинина в организм: шоколад, орехи (кокос, арахис, грецкие орехи), семечки подсолнуха и кунжута, молочные продукты, желатин, мясо, овсяная крупа, соевые бобы, пшеничная мука, пшеница, зародыши пшеницы, хлеб из непросеянной муки и все продукты, богатые белком. В протаминах (простейших белках) аргинин содержится в количестве до 90%.
Продукт |
Белок |
Аргинин |
А/Б |
Свинина сырая |
20,95 г |
1394 мг |
6,7 % |
Сырое филе лосося |
20,42 г |
1221 мг |
6,0 % |
Сырое куриное филе |
21,23 г |
1436 мг |
6,8 % |
Куриное яйцо |
12,57 г |
820 мг |
6,5 % |
Коровье молоко, 3,7 % жирности |
3,28 г |
119 мг |
3,6 % |
Кедровые орехи |
13,69 г |
2413 мг |
17,6 % |
Грецкие орехи |
15,23 г |
2278 мг |
15,0 % |
Тыквенные семечки |
30,23 г |
5353 мг |
17,7 % |
Пшеничная мука г/п |
13,70 г |
642 мг |
4,7 % |
Кукурузная мука |
6,93 г |
345 мг |
5,0 % |
Рис нешлифованный |
7,94 г |
602 мг |
7,6 % |
Гречишный хлеб |
13,25 г |
982 мг |
7,4 % |
Горох сушеный |
24,55 г |
2188 мг |
8,9 % |
Метаболизм
Схема обмена
Значительные количества аргинина расходуются на синтез креатина, который является субстратом креатинкиназной ферментативной системы, ответственной в клетке за депонирование и транспорт энергии в виде креатинфосфата от источников ее образования к местам использования. Взрослый организм в результате спонтанного, без участия ферментов,расщепления ежедневнотеряет 1–2 г креатина, на синтез которого требуется 1,75–3,5 г аргинина . Поэтому для восполнения клеточного фонда креатина, необходимо дополнительное поступление его или аргинина из экзогенных источников.
Аргинин участвует также в синтезе полиаминов (путресцина, спермина, спермидина, агматина и др.), присутствующих во всех клетках в относительно больших, зачастую миллимолярных концентрациях. Особенно много полиаминов синтезируется клетками предстательной железы и выделяется с семенной жидкостью.
В настоящее время считается, что полиамины содействуют пролиферации и дифференцировке, игибируют апоптозклеток, что, возможно, связано со способностьюэтих соединений активировать растворимую гуанилатциклазу и повышать уровень цГМФ. Показано влияние полиаминов на состояние прооксидантноантиоксидантной системы организма. С одной стороны полиамины проявляют антиоксидантную активность, перехватывая радикалы и способствуя экспрессии соответствующих протекторных белков за счет взаимодействия с ДНК, а с другой — окисление полиаминов приводит к образованию избытка перекиси водорода, который приводит к развитию оксидативного стресса.
белки
семенной жидкости (до 80%) основной
путь обезвреживания аммиака в организме
(орнитиновый цикл) Синтез
креатина
аргинин
Синтез
полиаминов синтез
NO
используется
в организме как строительный (ядерные
белки протамины и гистоны) и энергетический
материал, а также функционирует как
сигнальная молекула Входит
в состав тафцина — тетрапептидас
выраженным иммуномодуляторным действием глюкоза
и гликоген
стимулирует
образование цитокинов Стимулирует
высвобождение из гипофиза гормона
роста и пролактина, а из поджелудочной
железы -глюкагона и инсулина активирует
углеводный и липидный обмен
В процессе декарбоксилирования аргинина образуется агматин. Недавние исследования показали, что агматин может быть нейромедиатором: он синтезируется в мозгу, сохраняется в синаптических везикулах определенных нейронов, высвобождается при деполяризации, связывается с адренорецепторами, блокирует NMDA рецепторные и связывающие другие лиганды катионные каналы, инактивируется агматиназой. Кроме того, агматин ингибирует NO-синтазы и индуцирует высвобождение некоторых пептидных гормонов.
Постоянный и довольно значительный расход аргинина в организме идет на синтез NO, который усиливается в условиях индукции соответствующей NO-синтазы при воспалительных процессах, сепсисе и др. патологиях.
При стрессовых состояниях, связанных с интенсификацией белкового и креатинового обмена, например, при больших физических нагрузках, инфекционных заболеваниях (в том числе септических состояниях), восстановлении после травм, заживлении ран при хирургических вмешательствах, ожогах, а также у детей в период интенсивного роста и некоторых наследственных заболеваниях, сопровождающихся дефицитом ферментов синтеза аргинина, аргинин становится незаменимым и обязательно должен в необходимых количествах поступать в организм извне с пищей, напитками, биодобавками или в виде инфузий.
Здесь уместно отметить, что пероральный путь поступления аргинина является менее эффективным в сравнении с инфузиями, так как эта высокополярная аминокислота плохо всасывается в кишечнике, ее значительная часть легко метаболизируется микрофлорой кишечника и не поступает в кровяное русло. Всасывание аргинина из пищеварительной системы особенно снижается при различных дисбактериозах, сопровождающихся уменьшением рН. Поэтому в последнее время для перорального потребления аргининапредлагаются различные его производные (LArginine AlphaKetoglutarate, Arginine Ethyl Ester и др.), которые почти полностью всасываются в кровяное русло, однако инфузия аргинина по-прежнему остается наиболее эффективным путемдоставки его в организм.
Аргинин используется в организме как строительный и энергетический материал, а также функционирует как сигнальная молекула. Он содержит положительно заряженную R-группу и в больших количествах входит в состав основных белков. Среди них ядерные белки протамины и гистоны, играющие исключительную роль в формировании структуры и регуляции функции генов, а также пептиды, такие как тафцин — тетрапептид с выраженным иммуномодуляторным действием.
Из аргинина, как глюкогенной аминокислоты, образуется D-глюкоза и гликоген.
Аргинин стимулирует образование ряда цитокинов, а также высвобождение из гипофиза гормона роста и пролактина, а из поджелудочной железы глюкагона и инсулина; активирует углеводный и липидный обмен.
Разностороннее участие аргинина в метаболизме, определяет широкий спектр его терапевтического действия и эффективность использования в составе диетических добавок. Он увеличивает мышечную массу, уменьшает объем жировой ткани, способствует нормализации состояния соединительной ткани. Аргинин, а также богатые им пептиды и белки, снижают рост патогенной микрофлоры. Являясь предшественником важных компонентов соединительной ткани: пролина и оксипролина, аргинин способствует заживлению ран, в том числе гнойных. Участвует в регенерации печени. Регулируя тонус гладкой мускулатуры, проницаемость и микроциркуляцию сосудов, аргинин снижает кровяное давление и ускоряет кровоток, что облегчает доставку кислорода к миокарду, головному мозгу,конечностям и др. органам. При достаточном поступлении в организм аргинин эффективно снижает уровень холестерина, способствует улучшению коронарной микроциркуляции, снижает риск возникновения инфарктов и инсультов, предохраняет жировое перерождение мышечной ткани у пожилых людей, предотвращает активное старение организма, замедляет рост опухолей. Остатки аргинина играют роль активного центра некоторых ферментов, служит источником образования аргининфосфата и других гуанидинфосфатов, а также гуанидиновых производных, входит в состав пептидного гормона вазопрессина, содержащегося в гипофизе человека. Он увеличивает размер и активность вилочковой железы, которая производит Т-лимфоциты, тем самым активно участвует в поддержании активности иммунной системы. Аргинин противодействует тромбообразованию, снижает уровень холестерина в крови и предупреждает развитие атеросклероза. У людей с гиперхолестеринемией, атеросклерозом и различными сердечнососудистыми заболеваниями, включая ишемический инсульт, а также животных, у которых моделировались эти состояния, длительное пероральное поступление или периодические инфузии аргинина существенно улучшают функцию эндотелия иклиническую симптоматику. Аргинин участвует в коммуникации между нервными клетками и улучшает память, увеличивает бодрость и снижает депрессию, укрепляет иммунитет, повышает резистентность к инфекционным заболеваниям и ранним стадиям канцерогенеза, скорость заживления ран, а также повышает потенцию и стимулирует сперматогонез. Положительный эффект инфузии аргинина отмечается при сепсисе. Через превращение в орнитиновом цикле аргинин участвует в обезвреживании аммиака в организме. Он снижает частоту апоптоза у клеток, подвергнутых повреждающим воздействиям. Потребности в аргинине возрастают при старении и физических нагрузках
Такую многоплановость действия аргинина многие исследователи относят к его способностипри введении в организм усиливать синтез оксида азота.
Физиологические и токсические функции NO реализуются в результате сложных химических превращений, основными участниками которых являются переходные металлы, тиолы, кислород, супероксид и другие радикалы. При этом реализуются прямые (через образование нитрозотиолов, нитрозильных комплексов гемового и негемового железа) и опосредованные другими активными формами азота пути действия NO; через реакции S-и N-нитрозирования, нитрования, окисления, дезаминирования и другие осуществляется регуляция метаболических процессов или реализуются токсические эффекты. Трудно представить, что NO-синтазы, имеющие высокое сродство к аргинину (Km у них находится в пределах микромолярных величин) испытывают в нем недостаток, поскольку его внутриклеточные концентрации исчисляются в миллимолях. Однако в последнее время показано, что введение аргинина может приводить к усилению синтеза NO в организме. Этот феномен, известный как «аргининовый парадокс», осуществляется при наличии в клетках определенных концентраций свободного асимметричного диметиларгинина (ADMA), который в условиях in vivo конкурирует с аргинином на уровне транспортера Y+ и/или NOсинтаз. При высоких уровнях ADMA, угнетающих эндотелиальную NO-синтазу, введение аргинина восстанавливает ее активность,нормализует функцию эндотелия и сосудистый тонус . С другой стороны, направленность действия аргинина, опосредуемая через ускорение эндогенного синтеза NO, может быть различной в зависимости от состояния организма. Так, при выраженных воспалительных процессах, которые сопутствуют тяжело протекающим заболеваниям, таким как синдром \системной воспалительной реакции и органной недостаточности, сепсис, атеросклероз, а также сопровождаются индукцией соответствующей формы NO-синтазы и развитием оксидативного стресса, введение аргинина может не только не оказать терапевтического действия на больного, но даже ухудшить его состояние за счет гиперпродукции пероксинитрита и других токсичных реактивных форм азота.
Аргинин является одним из ключевых метаболитов в процессах азотистого обмена (орнитиновом цикле млекопитающих).