Специализированные пути обмена аминокислот

Двадцать основных аминокислот организма человека, которые присутствуют в тканях или в составе белков, либо в свободном состоянии, метаболизируется в специфических биохимических путях. В процессе катаболизма от аминокислот удаляется аминогруппа в реакциях дезаминирования или трансаминирования, в результате чего образуется углеродный скелет, который трансформируется в метаболиты, которые могут превращаться в глюкозу, жирные кислоты, кетоновые тела или окисляться в цикле трикарбоновых кислот. Углеродный скелет 20 основных аминокислот превращается всего в семь молекул: пируват, ацетил CoA, ацетоацетил CoA, a-кетоглутарат, сукцинил CoA, фумарат, оксалоацетат.
Аминокислоты, которые метаболизируются в ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА называются кетогенная, потому что они являются предшественниками кетоновых тел и жирных кислот. Аминокислоты, которые деградируют до пирувата, a-кетоглутарата, сукцинил-КоА, фумарата или оксалоацетата называются глюкогенных аминокислотами, поскольку данные метаболиты цикла трикарбоновых кислот и пируват могут превращаться в фосфоэнолпируват и дальше к глюкозе. В организме человека и животных отсутствуют биохимические пути синтеза глюкозы из ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА.

Из 20 аминокислот только лейцин и лизин является чисто кетогенная аминокислотами. Изолейцин, фенилаланин, триптофан и тирозин является одновременно и кетогенная и глюкогенных. Остальные 14 аминокислот является глюкогенных.
Аланин принадлежит к заменимым глюкогенных аминокислот. В организме синтезируется путем трансаминирования из пировиноградной кислоты (фермент – аланинаминотрансфераза). Катаболизируется аланин в обратной реакции, превращаясь в пируват, который декарбоксилируется в ацетил-КоА.

Глутаминовая кислота образуется из a-кетоглутаровой кислоты в реакциях трансаминирования или в реакции восстановительного аминирования a-кетоглутарата. Катаболизм глутамата происходит в обратных реакциях трансаминирования и окислительного дезаминирования. В обоих случаях образуется a-кетоглутарат.Важливим метаболит глутаминовой кислоты является ?-аминомасляная кислота (ГАМК). ГАМК образуется в мозгу при декарбоксилировании глутамата. ГАМК является основным тормозным нейромедиатором центральной нервной системы.
Аспарагиновая кислота синтезируется в реакции трансаминирования с метаболита цикла трикарбоновых кислот оксалоацетата. Аспарагиновая кислота участвует в образовании пиримидиновых оснований, является важным продуктом азотистого обмена, резервом азота; обезвреживает аммиак, образующийся в процессе превращения белков.

Глицин синтезируется с помощью фермента серингидроксиметилтрансферазы с другой заменяющей аминокислоты – серина. Серин относится к глюкогенных заменимых аминокислот. Синтез серина с 3-фосфоглицерат, который является промежуточным метаболитом гликолиза, требует окисления 3-фосфоглицерат до 3-фосфогидроксипирувату, трансаминирования последнего глутаматом с образованием 3-фосфосерин и гидролиза последнего в серина. Серин превращается в пирувата цитозольного сериндегидратазою.

Треонин обычно метаболизируется до пирувата, однако промежуточный метаболит на этом пути может подвергаться тиолизу коэнзимом А с образованием ацетил-КоА и глицина. В другом метаболическом пути треониндегидратаза превращает треонин в a-кетобутирату.
В процессе метаболизма лизин превращается в ацетоацетил-КоА. Считается, что лизина присуща противовирусное действие, особенно в отношении вирусов, вызывающих герпес и острые респираторные инфекции. Лизин участвует в формировании коллагена, его используют в восстановительный период после операций и травм. Лизин улучшает усвоение кальция из крови и его транспорт в костную ткань, повышает иммунный ответ организма, в частности, активность нейтрофилов, снижает уровень триглицеридов в плазме крови. Лизин является предшественником для синтеза карнитина.

Аргинин синтезируется в цикле мочевины из аминокислоты орнитина и также поступает в организм с белками пищи. Во время роста в молодом возрасте и при некоторых патологических состояниях (например, эндотелиальной дисфункции) эндогенной продукции аргинина для организма недостаточно, поэтому он относится к частично заменимых аминокислот. Гидролизуется аргинин под действием аргиназы в орнитина и мочевины. С аргинина образуются такие важные метаболиты как оксид азота, креатинфосфат, спермин.

Метионин принадлежит к незаменимым глюкогенных аминокислот. В клетках метионин используется для синтеза белков, а также является основным донором метильных (-СН3) групп в реакциях метилирования. При избытке метионина его углеродный скелет трансформируется в сукцинил-КоА, который подвергается катаболизма в цикле трикарбоновых кислот с образованием энергии или используется для глюконеогенеза. Метионин, а точнее его активное производное S-аденозилметионин, участвует в синтезе креатина – соединения, в виде креатинфосфата играет важную роль в энергообеспечении мышечного сокращения. Для синтеза креатина также необходимые аминокислоты глицин и аргинин. Креатинфосфат является формой хранения энергии в мышцах и нервной ткани. Креатинурия – это усиленное выделение креатина с мочой, встречается при лихорадке, голодании, сахарном диабете, травматических повреждениях мышц, мышечной дистрофии и гипертиреоидизме.
Цистеин синтезируется из аминокислоты метионина, которая поставляет -SH группу, и аминокислоты серина, которая предоставляет для синтеза углеродный скелет и аминогруппу. Основным метаболитом является цистеинсульфинова кислота, которая в дальнейшем трансаминуеться к неорганического сульфита и пировиноградной кислоты или превращается в гипотаурину и таурина. Важным путем метаболизма цистеина является синтез глутатиона. При отщеплении атомов водорода от тиоловых групп двух молекул цистеина образуется молекула цистина. Цистинурия – это наследственное заболевание, характеризующееся нарушением реабсорбции в почечных канальцах цистина, лизина, орнитина и аргинина.

Валин, лейцин и изолейцин – незаменимые аминокислоты. На первом этапе катаболизма один и тот же фермент катализирует трансаминирования всех трех аминокислот с образованием соответствующих разветвленных ?-кетокислот, которые в дальнейшем подвергаются окислительному декарбоксилированию, в результате чего образуются ацил-КоА тиоэфиры. Реакция окислительного декарбксилювання катализируется ферментным комплексом митохондрий – дегидрогеназы разветвленной цепи. Ацил-КоА тиоэфиры дегидрогенуються и образуются соответствующие ненасыщенные ацил-КоА тиоэфиры. С этого момента катаболизм каждой аминокислоты идет своим специфическим путем. Лейцин превращается в ацетоацетат и ацетил-КоА, изолейцин – на сукцинил-КоА и ацетил-КоА, катаболизм валина приводит к образованию сукцинил-КоА.

Фенилаланин принадлежит к незаменимым аминокислотам. Примерно три четверти фенилаланина, поступающего в организм, гидроксилируется ферментом фенилаланингидроксилазы с образованием тирозина, поэтому последний является заменимой аминокислотой. Гидроксилирования фенилаланина происходит в основном в печени, а также в почках. Образованный тирозин трансаминуеться ферментом тирозинаминотрансферазою, в результате чего образуется р-гидроксифенилпируват, который под влиянием 4-гидроксифенилпируватоксидазы в сложной реакции, включая окисление, декарбоксилирование, перемещения боковой цепи и гидроксилирования, превращается в гомогентизиновой кислоты. Ароматическое кольцо гомогентизиновой кислоты расщепляется гомогентизатоксидазою с образованием фумарилацетоацетату, который, в свою очередь распадается до фумарата и ацетоацетата. Недостаточность фенилаланингидроксилазы или тетрагидробиоптерину приводит к фенилкетонурии – наиболее распространенного наследственного заболевания. Поскольку фенилаланин не обращается в тирозин, происходит его аккумуляция в тканях и крови (гиперфенилаланинемия), в результате активируется альтернативный трансаминазний механизм метаболизма фенилаланина, что приводит к образованию большого количества фенилпирувату, который может частично превращаться в фениллактату и фенилацетат. Наиболее характеринимы клиническими симптомами при фенилкетонурии являются неврологические и психические расстройства, умственная отсталость, повышенная возбудимость, судороги, микроцефалия, гипопигментация волос и радужки, катаракта.

Тирозиноз. Отсутствие или дефицит тирозинаминотрансферазы приводит к развитию тирозинемии II типа, которая характеризуется гипертирозинемиею и тирозинуриею. Клинические проявления могут включать эрозии и бляшки роговицы, поражение кожи, замедление умственного развития. Серьезным заболеванием является тирозинемия I типа, вызываемая дефицитом фумарилацетоацетатгидролазы.
В этом случае имеют место поражения печени, дисфункция почечных канальцев, явления рахита, полинейропатия. Накопление фумарилацетоацетату, который является алкилирующие агенты, приводит к алкилирования ДНК и туморогенеза. Диета детей с такими недостатками должна содержать минимальное количество тирозина и фенилаланина.

Алкаптонурия – редкое наследственное метаболическое заболевание, развивающееся вследствие генетического дефекта гомогентизатоксидазы. Содержание гомогентизиновой кислоты увеличивается в крови и она выделяется с мочой. На воздухе гомогентизиновая кислота аутоокислюеться к соответствующему хинона, который полимеризуется с образованием пигмента черного цвета. При длительной болезни гомогентизиновая кислота в крови и тканях медленно окисляется до темного пигмента, который откладывается в хрящах, костях и других соединительнотканных структурах (охроноз).

Author: Олександр
Фанат своєї справи і просто крутий чувак.