Reakcja utleniania aminokwasów. Aminokwasy - nazewnictwo, produkcja, właściwości chemiczne

Większość aminokwasów, które powstają w jelitach z białek, dostaje się do krwi (95%), a niewielka część do limfy. Przez żyłę wrotną aminokwasy dostają się do wątroby, gdzie są zużywane na biosyntezę różnych specyficznych białek (albumin, globulin, fibrynogenu). Pozostałe aminokwasy są transportowane krwią do wszystkich narządów i tkanek, transportowane do komórek, gdzie są wykorzystywane do biosyntezy białek.

Niewykorzystane aminokwasy są utleniane do końcowych produktów przemiany materii. Proces rozkładu białek tkankowych jest katalizowany przez enzymy tkankowe - proteinazy - katepsyny (często nazywane proteazami tkankowymi).

Stosunek aminokwasów w rozkładanych i syntetyzowanych białkach jest inny, dlatego część wolnych aminokwasów musi zostać przekształcona w inne aminokwasy lub utleniona do prostych związków i wydalona z organizmu.

Tak więc w organizmie zachodzi wewnątrzkomórkowa podaż aminokwasów, która jest w dużej mierze uzupełniana w wyniku procesów wzajemnej konwersji aminokwasów, hydrolizy białek, syntezy aminokwasów i ich pobierania z płynu pozakomórkowego. Jednocześnie w wyniku syntezy białek i innych reakcji (tworzenie mocznika, puryn itp.) wolne aminokwasy są stale usuwane z płynu pozakomórkowego.

Szlaki metabolizmu aminokwasów w tkankach.

Trzy rodzaje reakcji leżą u podstaw różnych szlaków metabolizmu aminokwasów: wzdłuż grup aminowych i karboksylowych oraz wzdłuż łańcucha bocznego. Reakcje aminowe obejmują procesy deaminacja, transaminacja, aminacja, w grupie karboksylowej - dekarboksylacja. Wolna od azotu część szkieletu węglowego aminokwasów ulega różnym przekształceniom z wytworzeniem związków, które następnie można włączyć w cykl Krebsa do dalszego utleniania.

Szlaki wewnątrzkomórkowej konwersji aminokwasów są złożone i przecinają się z wieloma innymi reakcjami metabolicznymi, w wyniku czego produkty pośrednie metabolizmu aminokwasów mogą służyć jako niezbędne prekursory do syntezy różnych składników komórek i być substancjami biologicznie czynnymi.

Katabolizm aminokwasów u ssaków (i ludzi) zachodzi głównie w wątrobie i nieco słabiej w nerkach.

Deaminacja aminokwasów.

Istotą deaminacji jest rozszczepianie aminokwasów pod wpływem enzymów na amoniak i pozostałości wolne od azotu (kwasy tłuszczowe, hydroksykwasy, ketokwasy). Deaminacja może przebiegać w postaci procesów redukcyjnych, hydrolitycznych, oksydacyjnych i wewnątrzcząsteczkowych. Te dwa ostatnie typy są powszechne u ludzi i zwierząt.

Deaminacja oksydacyjna dzieli się na dwa etapy. Pierwszy etap jest enzymatyczny, kończy się wytworzeniem nietrwałego produktu pośredniego - iminokwasów (kwasy karboksylowe zawierające grupę imino (= NH), który w drugim etapie samorzutnie rozkłada się w obecności wody na amoniak i alfa-ketokwas Enzymy katalizujące ten proces zawierają jako grupę protetyczną (związki organiczne o charakterze niebiałkowym) NAD (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy) lub FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy).

W ludzkim ciele najbardziej aktywny deaminacja kwas glutaminowy przez enzym dehydrogenaza glutaminianowa, który znajduje się w mitochondriach komórek wszystkich tkanek. W wyniku tego procesu powstaje kwas alfa-ketoglutarowy, który bierze udział w wielu procesach metabolicznych.

Transaminacja (transaminacja) aminokwasów.

Warunkiem transaminacji jest udział aminokwasów dikarboksylowych (glutaminowego i asparaginowego), które w postaci odpowiednich ketokwasów - alfa-ketoglutarowego i szczawiooctowego mogą wchodzić w interakcje ze wszystkimi aminokwasami, z wyjątkiem lizyny, treoniny i argininy .

Podczas transaminacji grupa aminowa jest bezpośrednio przenoszona z aminokwasu do ketokwasu, a grupa ketonowa z ketokwasu do aminokwasu bez uwalniania amoniaku. Proces ten przebiega w kilku etapach. Reakcja jest katalizowana przez enzymy należące do klasy transferaz, ich grupą protetyczną jest ester fosforopirydoksalowo-fosforowy witaminy B 6. Proces transaminacji ma charakter powszechny. Jego cechą jest łatwa odwracalność.

Reakcje transaminacyjne odgrywają ważną rolę w metabolizmie. Tak ważne procesy jak biosynteza wielu nieistotnych aminokwasów z odpowiednich ketokwasów, rozpad aminokwasów, ujednolicenie szlaków metabolizmu węglowodanów i aminokwasów, kiedy z produktów rozkładu glukozy może powstać aminokwas alanina, na przykład od nich zależy kwas pirogronowy i odwrotnie.

Aminacja redukcyjna.

Ten proces jest przeciwieństwem deaminacji. Zapewnia wiązanie amoniaku z ketokwasami z wytworzeniem odpowiednich aminokwasów. Aminacja redukcyjna jest katalizowana przez dobrze działający układ enzymatyczny, który aminuje kwas alfa-ketoglutarowy lub szczawiooctowy, tworząc kwas glutaminowy lub asparaginowy.

Podczas neutralizacji amoniaku kwasami nieorganicznymi i organicznymi powstają sole amonowe. Ten proces zachodzi w nerkach. Powstałe sole amonowe są wydalane z organizmu wraz z moczem i potem.

Dekarboksylacja aminokwasów.

Proces dekarboksylacji jest katalizowany przez dekarboksylazy specyficzne dla każdego aminokwasu, którego prostą grupą jest fosforan pirydoksalu. Enzymy te należą do klasy liaz. Proces dekarboksylacji, polegający na eliminacji CO 2 z aminokwasów z wytworzeniem amin, obrazuje poniższy schemat:

Zgodnie z ogólną teorią katalizy pirydoksalu mechanizm reakcji dekarboksylacji aminokwasów sprowadza się do powstania kompleksu pirydoksalu fosforan-substrat w centrum aktywnym enzymu.

W ten sposób tryptamina powstaje z tryptofanu, a serotonina z hydroksytryptofanu. Histamina powstaje z aminokwasu histydyny. Z kwasu glutaminowego powstają formy dekarboksylacji kwas gamma-aminomasłowy (GABA).

Aminy powstałe z aminokwasów nazywane są aminami biogennymi, ponieważ mają silny biologiczny wpływ na organizm. Aminy biogenne wykazują działanie fizjologiczne w bardzo niskich stężeniach. Tak więc wprowadzenie histaminy do organizmu prowadzi do rozszerzenia naczyń włosowatych i zwiększenia ich przepuszczalności, zwężenia dużych naczyń, skurczu mięśni gładkich różnych narządów i tkanek oraz zwiększonego wydzielania kwasu solnego w żołądku. Ponadto histamina bierze udział w przenoszeniu podniecenia nerwowego.

Serotonina zwiększa ciśnienie krwi i zwęża oskrzela; jej małe dawki hamują aktywność ośrodkowego układu nerwowego, w dużych dawkach substancja ta działa pobudzająco. W różnych tkankach organizmu duże ilości histaminy i serotoniny znajdują się w postaci związanej, nieaktywnej. Wykazują działanie biologiczne tylko w postaci wolnej.

Kwas gamma-aminomasłowy (GABA) gromadzi się w tkance mózgowej i jest neurohumoralnym inhibitorem-mediatorem hamowania ośrodkowego układu nerwowego.

Duże stężenia tych związków mogą stanowić zagrożenie dla normalnego funkcjonowania organizmu. Jednak tkanki zwierzęce zawierają oksydazę aminową, która rozkłada aminy do odpowiednich aldehydów, które są następnie przekształcane w kwasy tłuszczowe i rozkładane na produkty końcowe.

„Metabolizm aminokwasów w tkankach” to trzeci artykuł z serii „Metabolizm białek w organizmie człowieka”. Pierwszy artykuł to „ Rozkład białek w przewodzie pokarmowym”. Drugi artykuł ”

W pierwszej części tego rozdziału została już opisana konieczność i podstawowa strategia rozkładu aminokwasów. Tłumaczy się to brakiem możliwości przechowywania aminokwasów do wykorzystania w przyszłości i niemożliwością całkowitego ich usunięcia z komórek. Nadmiar aminokwasów jest wykorzystywany przez organizmy jako paliwo metaboliczne: ich szkielety węglowe, podczas pewnego rodzaju przegrupowań, mogą brać udział w biosyntezie kwasów tłuszczowych, glukozy, ciał ketonowych, izoprenoidów itp., a także utleniać się w TCA, dostarczając komórce energii. Należy zauważyć, że wiele drobnoustrojów, w szczególności bakterie tlenowe, potrafią wykorzystywać poszczególne aminokwasy jako jedyne źródło energii i węgla. W mikroorganizmach beztlenowych, przy braku cyklu kwasów trikarboksylowych w komórkach, rozwinął się inny mechanizm: katabolizm aminokwasów parami, gdy jeden z nich służy jako donor elektronów, a drugi jako akceptor. Ważne jest, aby w tym procesie zachodziło tworzenie się ATP.

Oprócz szkieletów węglowych podczas degradacji aminokwasów powstaje azot aminowy, który w przeciwieństwie do węgla nie nadaje się do pozyskiwania energii poprzez utlenianie, a ponadto jest toksyczny dla komórek. Dlatego te grupy aminowe, których nie można ponownie wykorzystać w biosyntezie, są przekształcane w mocznik (lub inne substancje) i wydalane z organizmu.

Poniżej rozważymy główne typy reakcji, w które mogą wejść aminokwasy: reakcje na grupie a-aminowej, grupie karboksylowej i łańcuchu bocznym.

Rozszczepienie aminokwasów na grupie aminowej ... Procesy te są reprezentowane głównie przez reakcje transaminacji i deaminacji na grupie a-aminowej. Reakcje transaminacji zostały już omówione w części poświęconej biosyntezie aminokwasów. Są katalizowane przez transaminazy (aminotransferazy), których charakterystyczną cechą jest zastosowanie fosforanu pirydoksalu (pochodnej witaminy B6) jako grupy protetycznej. Największe znaczenie w procesach degradacji aminokwasów mają transaminaza glutaminianowa i transaminaza alaninowa. Enzymy te działają jak „lejki”, które zbierają grupy aminowe z różnych aminokwasów i włączają je do glutaminianu i alaniny. U zwierząt te dwa aminokwasy służą jako nośniki nagromadzonego azotu aminowego z tkanek do wątroby. W wątrobie grupa aminowa alaniny jest przenoszona przez transaminazę alaninową do a-ketoglutaranu z wytworzeniem glutaminianu:

Tak więc większość grup aminowych różnych aminokwasów zawarta jest w glutaminianie, który łatwo ulega dezaminacji.

Reakcje deaminacji aminokwasów prowadzą do uwolnienia grupy NH2 w postaci amoniaku i są prowadzone na trzy różne sposoby. Rozróżnij oksydacyjną, hydrolityczną i bezpośrednią deaminację (ryc. 16.12). Najczęstszym typem jest deaminacja oksydacyjna, który zachodzi na grupie a-aminowej i jest katalizowany głównie przez dehydrogenazę glutaminianową, typowy enzym wątrobowy. Niezwykłą właściwością tego enzymu jest możliwość wykorzystania zarówno NAD, jak i NADP jako koenzymów. Aktywność dehydrogenazy glutaminianowej regulują aktywatory allosteryczne (ADP, GDP) i inhibitory (ATP, GTP).

Deaminacja oksydacyjna odbywa się w dwóch etapach z utworzeniem iminokwasu jako produktu pośredniego, który hydrolizuje samorzutnie, przekształcając się w ketokwas i amoniak (ryc. 16.12). Obie reakcje są odwracalne, a ich stałe równowagi są bliskie jedności. Wcześniej (rys. 16.3) pokazano, jak podczas reakcji odwrotnej amoniak jest włączany do glutaminianu. Można uznać, że reakcja tworzenia i deaminacji glutaminianu jest reakcją centralną w procesie metabolizmu amoniaku.

W wielu organizmach deaminacja oksydacyjna jest przeprowadzana przez dehydrogenazy z wykorzystaniem kofaktorów flawiny (FMN, FAD). Enzymy te nazywane są oksydazami aminokwasowymi. Charakteryzują się szeroką specyficznością substratową: niektóre są specyficzne dla L-aminokwasów, inne dla ich D-analogów. Uważa się, że enzymy te w niewielkim stopniu przyczyniają się do wymiany grup aminowych.

Deaminacja hydrolityczna kilka aminokwasów jest wrażliwych, z tych proteinogennych - asparagina i glutamina. Podczas ich deaminacji powstają odpowiednio asparaginian i glutaminian. Proces ten jest bardziej poprawnie nazywany deamidacją, ponieważ odbywa się kosztem grupy amidowej (ryc. 16.12). W rzadkich przypadkach w ten sposób zostaje również rozszczepiona grupa aminowa aminokwasu, a następnie powstaje amoniak i hydroksykwas.

W rezultacie bezpośrednia (wewnątrzcząsteczkowa) deaminacja pojawiają się związki nienasycone. Histydyna, a także seryna są zazwyczaj bezpośrednio dezaminowane. Jednak główny enzymatyczny atak seryny prowadzi do eliminacji cząsteczki wody (enzymu hydratazy serynowej), a w przemianie tej uczestniczy boczna grupa hydroksylowa seryny. W tym przypadku niestabilny produkt pośredni, aminoakrylan, ulega samorzutnej dezaminacji. Produktem całej reakcji jest pirogronian, a ten rodzaj deaminacji jest spowodowany przegrupowaniem w łańcuchu bocznym aminokwasu.

Reakcje aminokwasów na grupie karboksylowej ... Przemiany na grupie karboksylowej aminokwasów mogą być wykorzystywane przez organizmy do degradacji tych cząsteczek, a także do przemian w inne związki niezbędne dla komórki, przede wszystkim aminoacyloadenylany i aminy biogenne. Powstawanie aminoacyladenylanów na etapie przygotowawczym syntezy białek zostało już opisane w rozdziale 3. Aminy biogeniczne powstają w reakcjach katalizowanych przez dekarboksylazy aminokwasowe. Enzymy te są szeroko rozpowszechnione u zwierząt, roślin, a zwłaszcza w mikroorganizmach, i wiadomo, że dekarboksylazy mogą służyć jako dekarboksylazy w patogennych mikroorganizmach. czynniki agresji, za pomocą którego patogen przenika do odpowiednich tkanek. Dekarboksylazy L-aminokwasów, jak również transaminazy, są stosowane jako grupa protetyczna fosforan pirydoksalu.

Monoaminy (aminy biogenne) pełnią w organizmach różne funkcje. Na przykład etanoloamina, powstająca podczas dekarboksylacji seryny, jest integralną częścią lipidów polarnych. Podczas dekarboksylacji cysteiny i asparaginianu powstają odpowiednio cysteamina i b-alanina, które są częścią tak ważnego dla komórek koenzymu, jak ciśnienie koenzymu A. u zwierząt. Wiele innych amin biogennych działa jako substancje sygnalizacyjne, w szczególności te szeroko rozpowszechnione u zwierząt i ludzi. neuroprzekaźniki.

Reakcje aminokwasowe łańcucha bocznego ... Równie różnorodna jest budowa rodników aminokwasowych, jak i przemiany chemiczne, którym mogą one podlegać. Wśród tych różnorodnych reakcji można wyróżnić te, które pozwalają komórce pozyskać inne z niektórych aminokwasów. Na przykład tyrozyna powstaje przez utlenienie pierścienia aromatycznego fenyloalaniny; hydroliza argininy prowadzi do powstania ornityny (patrz cykl mocznikowy); rozszczepieniu treoniny towarzyszy tworzenie glicyny itp.

Oprócz tych reakcji duże znaczenie mają przekształcenia grup bocznych związane z pojawieniem się substancji fizjologicznie czynnych. Tak więc z tyrozyny powstaje hormon adrenalina, z tryptofanu powstaje kwas nikotynowy (witamina PP, która wchodzi w skład koenzymów nikotynamidu) i kwas indolooctowy (substancja wzrostowa), z kwasów cysteinowo-merkapturowych (uczestniczą w neutralizacji związków aromatycznych). Zauważono już możliwość konwersji seryny do pirogronianu podczas odwodnienia jej łańcucha bocznego i deaminacji.

Tak więc różne przemiany chemiczne aminokwasów mogą prowadzić do powstania substancji biologicznie czynnych o szerokim spektrum działania, a ponadto do eliminacji grup aminowych w postaci amoniaku z tworzeniem szkieletów węglowych. W następnej części rozważymy los amoniaku i atomów węgla rozszczepionych aminokwasów.

Aminokwasy są związkami heterofunkcyjnymi, które koniecznie zawierają dwie grupy funkcyjne: grupę aminową - NH2 i grupę karboksylową -COOH połączoną z rodnikiem węglowodorowym.Ogólny wzór najprostszych aminokwasów można zapisać w następujący sposób:

Ponieważ aminokwasy zawierają dwie różne grupy funkcyjne, które wpływają na siebie nawzajem, charakterystyczne reakcje różnią się od charakterystycznych reakcji kwasów karboksylowych i amin.

Właściwości aminokwasów

Grupa aminowa - NH 2 determinuje podstawowe właściwości aminokwasów, ponieważ jest zdolna do przyłączenia do siebie kationu wodorowego przez mechanizm donor-akceptor dzięki obecności wolnej pary elektronów przy atomie azotu.

Grupa -COOH (grupa karboksylowa) determinuje kwasowe właściwości tych związków. Dlatego aminokwasy są amfoterycznymi związkami organicznymi. Reagują z zasadami jak kwasy:

Z mocnymi kwasami - jak zasady aminowe:

Ponadto grupa aminowa w aminokwasie oddziałuje z jego składową grupą karboksylową, tworząc sól wewnętrzną:

Jonizacja cząsteczek aminokwasów zależy od kwaśnego lub zasadowego charakteru podłoża:

Ponieważ aminokwasy w roztworach wodnych zachowują się jak typowe związki amfoteryczne, w organizmach żywych pełnią rolę substancji buforowych, utrzymujących określone stężenie jonów wodorowych.

Aminokwasy to bezbarwne substancje krystaliczne, które topią się z rozkładem w temperaturach powyżej 200°C. Są rozpuszczalne w wodzie i nierozpuszczalne w eterze. W zależności od rodnika R- mogą być słodkie, gorzkie lub bez smaku.

Aminokwasy dzielą się na naturalne (występujące w organizmach żywych) i syntetyczne. Wśród aminokwasów naturalnych (około 150) wyróżnia się aminokwasy proteinogenne (około 20), które wchodzą w skład białek. Są w kształcie litery L. Około połowa tych aminokwasów należy do niezastąpiony, ponieważ nie są syntetyzowane w ludzkim ciele. Niezbędne są kwasy takie jak walina, leucyna, izoleucyna, fenyloalanina, lizyna, treonina, cysteina, metionina, histydyna, tryptofan. Substancje te dostają się do organizmu człowieka wraz z pożywieniem. Jeśli ich ilość w pożywieniu jest niewystarczająca, zaburzony zostaje normalny rozwój i funkcjonowanie organizmu. W niektórych chorobach organizm nie jest w stanie syntetyzować innych aminokwasów. Tak więc z fenyloketonurią tyrozyna nie jest syntetyzowana. Najważniejszą właściwością aminokwasów jest zdolność wchodzenia w kondensację molekularną z uwolnieniem wody i tworzeniem grupy amidowej -NH-CO-, np.:

Otrzymane w wyniku takiej reakcji związki o dużej masie cząsteczkowej zawierają dużą liczbę fragmentów amidowych i dlatego nazywane są poliamidy.

Należą do nich, oprócz wyżej wspomnianego syntetycznego włókna nylonowego, na przykład enant, który powstaje podczas polikondensacji kwasu aminoenantowego. Aminokwasy z grupami aminowymi i karboksylowymi na końcach cząsteczek nadają się do produkcji włókien syntetycznych.

Nazywane są poliamidy aminokwasów alfa peptydy... W zależności od liczby reszt aminokwasowych, dipeptydy, tripeptydy, polipeptydy... W takich związkach grupy —NH —CO— nazywane są grupami peptydowymi.

Część aminokwasów ulega rozkładowi i przekształca się w produkty końcowe: C0 2, H 2 0 i NH 3.

Rozkład zaczyna się od reakcji wspólnych dla większości aminokwasów. Obejmują one:

a) dekarboksylacja – odszczepienie grupy karboksylowej od aminokwasów w postaci dwutlenku węgla:

Ta konwersja aminokwasów zwykle przebiega z bardzo małą szybkością i wytwarzanych jest niewiele amin. Jednak niektóre aminy, będąc w bardzo niskich stężeniach, wykazują wysoką aktywność biologiczną i wpływają na różne funkcje organizmu. Przykładem takiej aminy jest histamina, która pochodzi od aminokwasu histydyny.

b) deaminacja – eliminacja grupy aminowej w postaci NH3. U ludzi deaminacja aminokwasów zachodzi w sposób oksydacyjny:

Deaminacja aminokwasów również zachodzi z małą szybkością. I tylko jeden aminokwas - glutaminowy - ulega deaminacji w szybkim tempie ze względu na obecność w organizmie aktywnego enzymu, który powoduje deaminację tylko tego aminokwasu.

c) transaminacja (transaminacja) – reakcja między aminokwasami a a-ketokwasami. W trakcie tej reakcji jej uczestnicy wymieniają się grupami funkcyjnymi, w wyniku czego aminokwas przekształca się w a-ketokwas, a ketokwas staje się aminokwasem:

Wszystkie aminokwasy podlegają transaminacji. W reakcji tej bierze udział koenzym - fosfopirydoksal, do powstania którego potrzebna jest witamina B6 - pirydoksyna.

Transaminacja jest główną konwersją aminokwasów w organizmie, ponieważ jej szybkość jest znacznie wyższa niż w przypadku reakcji dekarboksylacji i deaminacji.

Transaminacja ma dwie główne funkcje:

a) w wyniku transaminacji niektóre aminokwasy mogą zostać przekształcone w inne. W tym przypadku całkowita liczba aminokwasów nie zmienia się, ale zmienia się stosunek między nimi. Wraz z pożywieniem do organizmu dostają się obce białka, w których aminokwasy występują w innych proporcjach w porównaniu z białkami ustrojowymi. Za pomocą transaminacji dostosowuje się skład aminokwasowy organizmu.

b) jest integralną częścią pośredniej (pośredniej) deaminacji aminokwasów – procesu, od którego zaczyna się rozpad większości aminokwasów. W pierwszym etapie tego procesu aminokwasy wchodzą w reakcję transaminacji z kwasem a-ketoglutarowym (a-ketokwasem). W tym przypadku aminokwasy są przekształcane w a-ketokwasy, a kwas a-ketoglutarowy w kwas glutaminowy (aminokwas). W drugim etapie powstający kwas glutaminowy ulega deaminacji, odszczepia się z niego NH3 i ponownie tworzy się kwas a-ketoglutarowy.

Ostateczne równanie deaminacji pośredniej pokrywa się z równaniem deaminacji bezpośredniej. Szybkość deaminacji pośredniej jest jednak znacznie wyższa niż deaminacji bezpośredniej, co wynika z dużej aktywności enzymów katalizujących oba etapy tego procesu.

Wynika z tego, że reakcją, od której rozpoczyna się rozpad aminokwasów, jest transaminacja.

Powstałe a-ketokwasy ulegają dalszemu głębokiemu rozkładowi i przekształcają się w produkty końcowe C0 2 i H 2 0. Dla każdego z 20 ketokwasów (jest ich tyle, ile rodzajów aminokwasów) istnieją określone sposoby rozkładu. Jednak wraz z rozpadem niektórych aminokwasów kwas pirogronowy powstaje jako produkt pośredni, z którego możliwa jest synteza glukozy. Dlatego aminokwasy, z których powstają takie ketokwasy, nazywane są glukogenami. Inne ketokwasy nie tworzą pirogronianu podczas swojego rozkładu. Ich produktem pośrednim jest acetylokoenzym A, z którego nie można uzyskać glukozy, ale można zsyntetyzować ciała ketonowe. Aminokwasy odpowiadające tym ketokwasom nazywane są ketogenicznymi.

Drugim produktem pośredniej deaminacji aminokwasów jest amoniak. Dla organizmu amoniak jest wysoce toksyczny. Dlatego organizm posiada molekularne mechanizmy do jego neutralizacji.

Pytanie49. Neutralizacja amoniaku. synteza kwasu glutaminowego (aminacja redukcyjna) - oddziaływanie α-ketoglutaranu z amoniakiem. Reakcja jest zasadniczo przeciwieństwem reakcji deaminacji oksydacyjnej, ale NADPH jest używany jako koenzym. Występuje prawie we wszystkich tkankach z wyjątkiem mięśni, ale ma niewielkie znaczenie, ponieważ dla dehydrogenazy glutaminianowej korzystnym substratem jest kwas glutaminowy, a równowaga reakcji jest przesunięta w kierunku α-ketoglutaranu,

Reakcja syntezy kwasu glutaminowego

synteza glutaminy – oddziaływanie glutaminianu z amoniakiem. Jest to główna metoda usuwania amoniaku, najaktywniej występuje w tkankach nerwowych i mięśniowych, w nerkach, siatkówce oka i wątrobie. Reakcja zachodzi w mitochondriach.

Reakcja syntezy glutaminy

Powstawanie dużej ilości glutaminy zapewnia wysokie jej stężenie we krwi (0,5-0,7 mmol/l).

Ponieważ glutamina przenika przez błony komórkowe poprzez ułatwioną dyfuzję, łatwo dostaje się nie tylko do hepatocytów, ale także do innych komórek, w których występuje potrzeba grup aminowych... Azot przenoszony przez glutaminę jest wykorzystywany przez komórki do syntezy pierścieni purynowych i pirymidynowych, monofosforanu guanozyny (GMF), asparaginy, glukozamino-6-fosforanu (prekursor wszystkich innych aminocukrów).

synteza asparaginy - oddziaływanie asparaginianu z amoniakiem. Jest to wtórna metoda pozyskiwania amoniaku, niekorzystna energetycznie, ponieważ w tym przypadku zużywane są 2 połączenia wysokoenergetyczne,

Reakcja syntezy asparaginy

synteza fosforanu karbamoilu w mitochondriach wątroby - reakcja jest pierwszą w procesie syntezy mocznik, środki do usuwania amoniaku z organizmu.

Pytanie: 49 Neutralizacja amoniaku.

Wysoka intensywność procesów deaminacji aminokwasów w tkankach oraz bardzo niski poziom amoniaku we krwi wskazują, że komórki aktywnie wiążą amoniak tworząc nietoksyczne związki, które są wydalane z organizmu z moczem. Reakcje te można uznać za reakcje neutralizacji amoniaku. W różnych tkankach i narządach stwierdzono kilka rodzajów takich reakcji.

Główną reakcją wiązania amoniaku zachodzącą we wszystkich tkankach organizmu jest

synteza glutaminy przez syntetazę glutaminy:

Syntetaza glutaminy zlokalizowana jest w mitochondriach komórek, do działania enzymu niezbędny jest kofaktor – jony Mg 2+. Syntetaza glutaminy jest jednym z głównych enzymów regulatorowych metabolizmu aminokwasów i jest hamowana allosterycznie przez AMP, glukozo-6-fosforan, a także przez Gly, Ala i Gis.

Glutamina jest łatwo transportowana przez błony komórkowe poprzez ułatwioną dyfuzję (dla glutaminianu możliwy jest tylko transport aktywny) i dostaje się do krwi z tkanek. Głównymi tkankami dostarczającymi: i glutaminy są mięśnie, mózg i wątroba. Glutamina jest transportowana przez krwioobieg do jelit i nerek.

W komórkach jelitowych pod wpływem enzymu glutaminazy następuje hydrolityczne uwalnianie azotu amidowego w postaci amoniaku:

Powstający w reakcji glutaminian ulega transaminacji pirogronianem. Grupa os-aminowa kwasu glutaminowego zostaje przeniesiona do składu alaniny (ryc. 9-10). Duże ilości alaniny przechodzą z jelit do krwiobiegu żyły wrotnej i są wchłaniane przez wątrobę. Około 5% powstałego amoniaku jest usuwane z kałem, niewielka część przez żyłę wrotną dostaje się do wątroby, pozostałe ~90% wydalane jest przez nerki.

Ryż. 9-10. Metabolizm azotu glutaminy w jelicie.

W nerkach glutamina jest również hydrolizowana przez glutaminazę do amoniaku. Proces ten jest jednym z mechanizmów regulacji równowagi kwasowo-zasadowej w organizmie oraz zachowania najważniejszych kationów dla utrzymania ciśnienia osmotycznego. Glutaminaza nerkowa jest istotnie indukowana w kwasicy, powstały amoniak neutralizuje kwaśne produkty przemiany materii i jest wydalany z moczem w postaci soli amonowych (ryc. 9-11). Ta reakcja chroni organizm przed nadmierną utratą jonów Na+ i K+, które mogą być również wykorzystane do eliminacji anionów i są tracone. W przypadku zasadowicy zmniejsza się ilość glutaminazy w nerkach.

W nerkach powstaje i wydalane jest około 0,5 g soli amonowych dziennie.

Wysoki poziom glutaminy we krwi oraz łatwość jej wnikania do komórek determinuje wykorzystanie glutaminy w wielu procesach anabolicznych. Glutamina jest głównym dawcą azotu w organizmie. Azot amidu glutaminy służy do syntezy puryn i pirymidyny

Ryż. 9-11. Metabolizm azotu amidowego glutaminy w nerkach.

nukleotydy, asparagina, aminocukry i inne związki (ryc. 9-12).

Ryż. 9-12. Sposoby wykorzystania glutaminy w organizmie.

Można rozważyć inną reakcję neutralizacji amoniaku w tkankach synteza asparaginy pod wpływem syntetazy asparaginowej.

Istnieją 2 izoformy tego enzymu - zależna od glutaminy i zależna od amoniaku, które są wykorzystywane przez różnych donatorów grup amidowych. Pierwsza działa w komórkach zwierzęcych, druga dominuje w komórkach bakteryjnych, ale występuje również u zwierząt. Jednak ten sposób neutralizacji amoniaku w komórkach człowieka jest rzadko stosowany, a ponadto wymaga większych nakładów energetycznych (energii dwóch wiązań wysokoenergetycznych) niż synteza glutaminy.

Największe ilości amoniaku są unieszkodliwiane w wątrobie przez: synteza mocznika. W pierwszej reakcji procesu amoniak wiąże się z dwutlenkiem węgla, tworząc fosforan karbamoilu, podczas gdy 2 cząsteczki ATP są zużywane. Reakcja zachodzi w mitochondriach hepatocytów pod działaniem enzymu syntetazy karbamoilofosforanowej I. Syntetaza karbamoilofosforanowa II jest zlokalizowana w cytozolu komórek wszystkich tkanek i bierze udział w syntezie nukleotydów gsrimidyny (patrz punkt 10). Fosforan karbamoilu jest następnie włączany do cyklu ornityny i wykorzystywany do syntezy mocznika.

W mózgu i niektórych innych narządach może być redukcyjna aminacja α -ketoglutaran pod działaniem dehydrogenazy glutaminianowej, która katalizuje reakcję odwracalną. Jednak ten sposób neutralizacji amoniaku w tkankach jest słabo wykorzystywany, ponieważ dehydrogenaza glutaminianowa katalizuje głównie reakcję deaminacji glutaminianu. Chociaż, jeśli weźmiemy pod uwagę późniejsze powstawanie glutaminy, reakcja jest korzystna dla komórek, ponieważ sprzyja wiązaniu 2 cząsteczek NH3 na raz.

Nadmiar amoniaku jest wydalany z mięśni i jelit głównie w postaci alaniny. Mechanizm ten jest konieczny, gdyż aktywność dehydrogenazy glutaminianowej w mięśniach jest niska, a pośrednia deaminacja aminokwasów nieskuteczna. Dlatego istnieje inny sposób na wydalanie azotu w mięśniach. Tworzenie alaniny w tych narządach można przedstawić na poniższym diagramie (patrz diagram poniżej).

Grupy aminowe różnych aminokwasów przenoszone są poprzez reakcje transaminacji do pirogronianu, którego głównym źródłem jest proces utleniania glukozy.

Mięśnie wydzielają szczególnie dużo alaniny ze względu na ich dużą masę, aktywną konsumpcję

Schemat

glukozy podczas pracy fizycznej, a także dlatego, że otrzymują część energii w wyniku rozpadu aminokwasów. Powstała alanina dostaje się do wątroby, gdzie ulega pośredniej deaminacji. Uwolniony amoniak jest nieszkodliwy, a pirogronian wchodzi w proces glukoneogenezy. Glukoza z wątroby dostaje się do tkanek i tam w procesie glikolizy jest ponownie utleniana do pirogronianu (ryc. 9-13).

Produkcja alaniny w mięśniach, jej transport do wątroby oraz transport glukozy syntetyzowanej w wątrobie z powrotem do mięśni cykl glukozowo-alaninowy, których praca jest związana z pracą cyklu glukozowo-mleczanowego (patrz punkt 7).

Zestaw głównych procesów wymiany amoniaku w organizmie pokazano na ryc. 9-14. Dominującymi enzymami w wymianie amoniaku są dehydrogenaza glutaminianowa i syntetaza glutaminowa.

Pytanie 50. Biologiczna rola witamin. Główne przyczyny hipowitaminozy Rola biologiczna - wchodzą w skład koenzymów i grup protetycznych enzymów, dlatego są wykorzystywane przez organizm jako budulec do syntezy odpowiednich niebiałkowych części enzymów Hipowitaminoza jest specyficzną chorobą występującą w łagodniejszej postaci w porównaniu do niedoborów witaminowych spowodowanych niedostateczną zawartością niektórych witamin w organizmie. Przyczyny: Niewłaściwe gotowanie egzogenne (żywieniowe), gotowanie z małą ilością witamin, monotonna dieta. Endogenne (związane ze stanem organizmu) choroby przewodu pokarmowego i wątroby, tłumienie mikroflory jelitowej, zwiększone zapotrzebowanie na witaminy (np. ciąża)

50. Biologiczna rola witamin, główne przyczyny hipowitaminozy.

Biologiczna rola witamin.

Witaminy to związki organiczne o niskocząsteczkowej budowie. Do organizmu dostają się głównie wraz z pożywieniem, gdyż organizm syntetyzuje je w niezwykle ograniczonych ilościach.

Rodzaje witamin:

Witaminy rozpuszczalne w wodzie (witaminy z grupy B: B 1, B 2, B 6, B 12, BC; C; PP; R; H). Witaminy te biorą udział w tworzeniu różnych koenzymów.

· Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach (A 1, D 2, D 3, K i E) biorą udział w definiowaniu i utrzymaniu funkcjonalności struktur subkomórkowych i błon komórkowych.

Przy znacznym niedoborze witamin wszystkie procesy w organizmie nie mogą przebiegać normalnie, co powoduje zaburzenia czynności narządów i ich układów.

Witamina A (retinol) jest potrzebna do utrzymania pięknej skóry, włosów i wszystkich błon śluzowych, prawidłowego funkcjonowania układu wzrokowego. Bez tego harmonijne kształtowanie ciała w okresie dojrzewania jest niemożliwe.

· Witamina B 1 (tiamina) koordynuje metabolizm węglowodanów, dostarcza organizmowi energii, wspomaga pracę układu nerwowego, pokarmowego i oddechowego.

· Witamina B 2 (ryboflawina) odpowiada za zdolność komórek do regeneracji, więc jeśli jej brakuje, nawet drobne pęknięcia skóry z trudem się goją. Jego funkcja jest niezastąpiona w procesach utleniania i syntezy w organizmie, a także w utrzymaniu funkcjonalności autonomicznej części układu nerwowego.

· Witamina B 6 (pirydoksyna) – uczestnik metabolizmu białek i tłuszczów, stymulujący wykorzystanie przez organizm naturalnych antyoksydantów w postaci nienasyconych kwasów tłuszczowych. Pewną część tej witaminy tworzy mikroflora jelitowa.

· Witamina B 12 (cyjanokobalamina) odgrywa ważną rolę w procesach hematopoezy i metabolizmu białek. Dzięki tej witaminie karoten jest wchłaniany przez organizm, przechodząc do witaminy A. Powstaje w jelicie grubym.

· Witaminy z grupy D biorą udział w metabolizmie wapniowo-fosforowym, wspierając zdrowie gruczołów dokrewnych. Z niedoborem dochodzi do naruszenia tworzenia się zębów i kości, wpływa na mięśnie, pogarsza się praca przewodu pokarmowego, CVS i NS.

· Witamina C jest ważnym składnikiem procesów redoks, który zapobiega powstawaniu nowotworów. Procesy hematopoezy i wchłaniania żelaza nie mogą się bez niego obejść. Jest potrzebny do wspomagania odporności.

· Witamina E (octan tokoferolu) – naturalny przeciwutleniacz wspomagający funkcje rozrodcze.

· Witamina PP – jeden z głównych regulatorów przemiany materii, bez którego większość tkanek i narządów ulega zmianom patologicznym.

Przyczyny hipowitaminowa.

Brak witamin w diecie, niezbilansowana dieta

Zniszczenie składników odżywczych w zawierającej je żywności w wyniku naruszenia warunków przechowywania lub w wyniku temperatury lub innej obróbki kulinarnej

· Działanie substancji antagonistycznych, które są zawarte w niektórych pokarmach i prowadzą do zniszczenia witamin, upośledzenia ich przyswajania (w szczególności białko jaja utrudnia przyswajanie biotyny).

Hipowitaminoza może być również spowodowana przyczynami endogennymi (wewnętrznymi):

Genetycznie uwarunkowane defekty układów enzymatycznych, funkcje transportowe zapewniające wchłanianie i dystrybucję witamin.

Przyjmowanie niektórych leków może również powodować niedobory witamin.

Zwiększone zapotrzebowanie człowieka na witaminy (ciąża i karmienie, okresy wzmożonego stresu fizycznego i psychicznego, intensywny wzrost w okresie dojrzewania i dzieciństwa).

51.B1, B2, B6, PP... Witamina B1 (tiamina). Służy do syntezy koenzymu difosforanu tiaminy, który jest niezbędny do tlenowego rozkładu węgla. Dzienne zapotrzebowanie to 2-3 mg witaminy B2 (ryboflawiny). Służy do syntezy koenzymów oddychania tkankowego – FAD i FMN, które biorą udział w przenoszeniu atomów wodoru w łańcuchu oddechowym mitochondriów. FAD (dinukleotyd flawinoadeninowy) to koenzym składający się z dwóch nukleotydów połączonych resztami kwasu fosforowego. Jeden z nukleotydów zawiera witaminę B2. Wraz z enzymami flawinowymi uczestniczy w przenoszeniu atomów wodoru w łańcuchu oddechowym mitochondriów. FMN (mononukleotyd flawiny) to koenzym, który strukturalnie jest nukleotydem zawierającym witaminę B2. Wraz z enzymami flawinowymi uczestniczy w przenoszeniu atomów wodoru w łańcuchu oddechowym mitochondriów. Witamina B6. (pirydoksyna). Służy do syntezy koenzymu fosfopirydoksalu, który bierze udział w transaminacji aminokwasów. Dzienne zapotrzebowanie to 2-3 mg. Witamina PP. (Nikotynamid). Służy do syntezy koenzymów NAD (dinukleotyd nikotynoamidoadeninowy): niezbędnych do przenoszenia atomów wodoru w łańcuchu oddechowym mitochondriów oraz NADP biorącego udział w cyklu pentozowym. Dzienne zapotrzebowanie to 15-25 mg.

Witaminy C i R.

Witamina C (kwas askorbinowy).

Rola biologiczna. Uczestniczy w reakcjach redoks. Rola witaminy C jest szczególnie duża w hydroksacji aminokwasów odpowiednio proliny i lizyny w oksyprolinie i oksylizynie w syntezie białka kolagenowego, a także w syntezie hormonu nadnerczy.

Szkorbut.

Źródła jedzenia - Owoce cytrusowe, czerwona papryka, porzeczki, jarzębina, żurawina, kiszona kapusta, igły sosnowe.

Dzienne zapotrzebowanie - 50-100 mg.

Witamina R.

Przepuszczalność witamin (rutyna)

Rola biologiczna . Wraz z witaminą C uczestniczy w reakcjach redoks, zmniejsza przepuszczalność ścian naczyń krwionośnych, ma właściwości antyoksydacyjne.

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminoza-krwotok

Źródła żywności - cytrusy, gryka, czerwona papryka, aronia, czarna porzeczka

Dzienne zapotrzebowanie - Nie zainstalowany.

Witaminy B12 i B6.

Witamina B12 (cyjanokobalamina).

Rola biologiczna - służy do syntezy koenzymów biorących udział w przenoszeniu grupy metylowej (-CH3), a następnie włączenia jej do syntetyzowanych substancji.

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminozy - Niedokrwistość

Źródła jedzenia - Wątroba, nerki, mięso, jajka, ser. Jest syntetyzowany przez mikroflorę jelitową, pod warunkiem spożycia kobaltu z pożywieniem.

Dzienne zapotrzebowanie - 2-3 mikrogramy.

Witamina B6.

Pirydoksyna

Rola biologiczna jest wykorzystywana do syntezy koenzymu fosfopirydoksalu, który bierze udział w transaminacji aminokwasów.

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminozy - Dermatid

Źródła jedzenia - wątroba, nerki, mięso, żółtko jaja. Jest syntetyzowany przez mikroflorę jelitową.

Dzienne zapotrzebowanie - 2-3 mg .

Witaminy rozpuszczalne w tłuszczach.

Witamina A (retinol)

Rola biologiczna – uczestniczy w percepcji światła przez siatkówkę. Wpływa na funkcję barierową skóry, błon śluzowych oraz przepuszczalność błon komórkowych.

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminozy - Xerophthalmia (suchość rogówki), keratomalacja (zniszczenie rogówki), zmierzch lub „nocna ślepota”

Źródła żywności - olej z wątroby ryb morskich, wątroba wołowa i wieprzowa, żółtko jaja, marchew.

Dzienne zapotrzebowanie to 2-3 mg.

Witamina D (kalcyferol)

Rola biologiczna - uczestniczy we wchłanianiu jonów Ca w jelicie, ich transporcie przez krew oraz włączaniu ich w skład tkanki kostnej oraz w procesie kostnienia

Przejawem niedoboru witamin lub hipowitaminozy jest krzywica.

Źródła żywności: olej z wątroby ryb morskich, masło, oleje roślinne, jaja, mleko.

Dzienne zapotrzebowanie to 13-25 mcg dla dzieci i kobiet w ciąży, 7-12 mcg dla dorosłych.

Witamina E. (tokoferol).

Rola biologiczna - jest głównym przeciwutleniaczem organizmu, chroniącym wielonienasycone kwasy tłuszczowe wchodzące w skład błon biologicznych przed utlenianiem.

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminozy: u zwierząt doświadczalnych niepłodność, dystrofia mięśniowa.

Źródła żywności - zboża, oleje roślinne, mięso, masło.

Dzienne zapotrzebowanie to 5-10 mg.

Witamina K (filluchinon).

Rola biologiczna – uczestniczy w syntezie niektórych czynników krzepnięcia krwi (m.in. protrombiny)

Manifestacja niedoboru witamin lub hipowitaminozy - zwiększone krwawienie

Źródła żywności - wątroba, szpinak, marchew, kapusta. Zsyntetyzowany przez mikroflorę jelitową

Dzienne zapotrzebowanie to 100 mcg.

55. Ogólne mechanizmy działania hormonów.
Hormony to substancje organiczne, które wytwarzane są w gruczołach dokrewnych, transportowane są wraz z krwią do różnych narządów i działają regulująco na metabolizm i funkcje fizjologiczne w nich. Hormony są syntetyzowane w znikomych stężeniach.
Komórki hormonalne, które wykonują działanie hormonów (narządy docelowe), mają specjalne białka zwane receptorami hormonów. Białka te mają zdolność specyficznego wiązania się tylko z niektórymi hormonami, dlatego narządy docelowe selektywnie wydobywają z przepływającej krwi tylko te hormony, które są dla tego narządu niezbędne. Mechanizm ten pozwala hormonom ściśle selektywnie wpływać na niektóre narządy. Białka receptorowe znajdują się wewnątrz komórek lub osadzone w błonie komórkowej.
W przypadku niektórych hormonów (na przykład adrenaliny i glukagonu) takimi receptorami są związany z błoną (wbudowany w błonę komórkową) enzym cyklaza adenylowa. Dodatek hormonu do tego enzymu prowadzi do zwiększenia jego aktywności katalitycznej. Pod wpływem aktywowanej cyklazy adenylanowej ATP obecny wewnątrz komórek jest przekształcany w cykliczną formę AMP (cAMP). Powstały cAMP jest bezpośrednio zaangażowany w regulację metabolizmu komórkowego.
Komórki narządu docelowego zawierają enzymy, które niszczą wchodzące do nich hormony, a także cAMP, który ogranicza działanie hormonów w czasie i zapobiega ich akumulacji.
Czułość receptorów i aktywność enzymów rozkładających hormony może zmieniać się wraz z zaburzeniami metabolicznymi, zmianami parametrów fizykochemicznych organizmu (temperatura, kwasowość, ciśnienie osmotyczne) oraz stężeniem najważniejszych substratów powstających w chorobach, a także podczas wykonywania pracy mięśni. Konsekwencją tego jest wzmocnienie lub osłabienie wpływu hormonów na odpowiednie narządy.
Wewnątrzkomórkowe mechanizmy działania hormonów są zróżnicowane. Jednak nadal istnieją trzy główne mechanizmy związane z większością hormonów:
1. Wpływaj na tempo syntezy enzymów, przyspieszając ją lub spowalniając. W wyniku takiego działania w narządach docelowych stężenie niektórych enzymów wzrasta lub spada (zmiana szybkości reakcji enzymatycznych).
2. Wpływają na aktywność enzymów w narządach: w niektórych przypadkach są aktywatorami enzymów i zwiększają szybkość reakcji enzymatycznych, w innych mają właściwości hamujące i zmniejszają szybkość procesu enzymatycznego.

3. Wpływać na przepuszczalność błon komórkowych w stosunku do niektórych związków chemicznych. W efekcie do komórek dostaje się mniej lub więcej substratów reakcji enzymatycznych, co wpływa na szybkość procesów chemicznych.

Według struktury chemicznej dzielą się na:

1. Hormony o charakterze białkowym (białka i polipeptydy): hormony podwzgórza, hormony przysadki, kalcytonina tarczycy, hormon przytarczyc, hormony trzustki;

2. Hormony – pochodne aminokwasu tyrozyny: hormony tarczycy zawierające jod, hormony rdzenia nadnerczy;

3. Hormony o budowie steroidowej: hormony kory nadnerczy, hormony gruczołów płciowych.
Synteza i uwalnianie hormonów do krwi odbywa się pod kontrolą układu nerwowego. Kiedy organizm jest narażony na działanie jakichkolwiek czynników zewnętrznych lub gdy zachodzą zmiany we krwi i różnych narządach, odpowiednia informacja jest przekazywana przez nerwy doprowadzające (czuciowe) w ośrodkowym układzie nerwowym. W odpowiedzi na otrzymane informacje w podwzgórzu powstają substancje biologicznie czynne (hormony podwzgórza), które następnie dostają się do przysadki mózgowej i stymulują lub hamują w niej wydzielanie tzw. hormonów tropikalnych (hormonów przedniego płata). Hormony tropowe są wydzielane z przysadki do krwi, przenoszone do gruczołów dokrewnych i powodują w nich syntezę i wydzielanie odpowiednich hormonów, które następnie oddziałują na narządy docelowe. W ten sposób organizm ma pojedynczą regulację neuro-humoralną.
Wszystkie gruczoły dokrewne mają na siebie wzajemny wpływ. Wprowadzenie hormonów do organizmu nie tylko wpływa na funkcję gruczołu, który wytwarza wstrzykiwany hormon, ale może również mieć negatywny wpływ na stan całej regulacji nerwowej jako całości.

56. Hormony podwzgórza i przysadki mózgowej.

Podwzgórze.

Liberyny (czynniki uwalniające) - Chemiczna natura hormonu - białka

Stymuluje uwalnianie hormonów do krwi przedniego płata przysadki mózgowej.

Statyny (czynniki hamujące) - Chemiczna natura hormonu - białko

Hamują uwalnianie hormonów do krwi z przedniego płata przysadki mózgowej.

Większość energii organizm otrzymuje w wyniku utleniania węglowodanów i tłuszczów obojętnych (do 90%). Reszta to ~10% z powodu utleniania aminokwasów. Aminokwasy są używane przede wszystkim do syntezy białek. Ich utlenianie następuje:

1) jeśli aminokwasy powstałe podczas odnowy białek nie są wykorzystywane do syntezy nowych białek;

2) jeśli do organizmu dostanie się nadmiar białka;

3) podczas postu lub cukrzycy, gdy nie ma węglowodanów lub gdy ich wchłanianie jest utrudnione, jako źródło energii wykorzystywane są aminokwasy.

We wszystkich tych sytuacjach aminokwasy tracą swoje grupy aminowe i są przekształcane w odpowiednie α-ketokwasy, które są następnie utleniane do CO2 i H2O. Częściowo to utlenianie zachodzi poprzez cykl kwasów trikarboksylowych. W wyniku deaminacji i utleniania powstaje kwas pirogronowy, acetylo-CoA, acetoacetylo-CoA, kwas α-ketoglutarowy, sukcynylo-CoA, kwas fumarowy. Niektóre aminokwasy można przekształcić w glukozę, podczas gdy inne w ciała ketonowe.

Sposoby neutralizacji amoniaku w tkankach zwierzęcych

Amoniak jest toksyczny, a jego nagromadzenie w organizmie może prowadzić do śmierci. Istnieją następujące sposoby neutralizacji amoniaku:

1. Synteza soli amonowych.

2. Synteza amidów aminokwasów dikarboksylowych.

3. Synteza mocznika.

Synteza soli amonowych zachodzi w ograniczonym stopniu w nerkach, jest to dodatkowe zabezpieczenie organizmu w kwasicy. Amoniak i ketokwasy są częściowo wykorzystywane do resyntezy aminokwasów oraz do syntezy innych substancji azotowych. Ponadto w tkankach nerek amoniak uczestniczy w procesie neutralizacji kwasów organicznych i nieorganicznych, tworząc z nimi sole obojętne i kwaśne:

R oznacza COOH + NH3 → R oznacza COONH 4;

H2SO4 + 2NH3 → (NH4)2SO4;

H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

W ten sposób organizm chroni przed utratą znacznej ilości kationów (Na, K, częściowo Ca, Mg) z moczem podczas wydalania kwasów, co mogłoby doprowadzić do gwałtownego obniżenia alkalicznej rezerwy krwi. Ilość soli amonowych wydalanych z moczem znacznie wzrasta wraz z kwasicą, ponieważ do neutralizacji kwasu stosuje się amoniak. Jednym ze sposobów wiązania i neutralizacji amoniaku jest wykorzystanie go do utworzenia wiązania amidowego między glutaminą a asparaginą. W tym przypadku glutamina jest syntetyzowana z kwasu glutaminowego pod działaniem enzymu syntetazy glutaminy, z kwasu asparaginowego przy udziale syntetazy asparaginy - asparaginy:

W ten sposób amoniak jest eliminowany w wielu narządach (mózgu, siatkówce oka, nerkach, wątrobie, mięśniach). Amidy kwasu glutaminowego i asparaginowego mogą również powstawać, gdy aminokwasy te znajdują się w strukturze białka, to znaczy nie tylko wolny aminokwas, ale także białka, których są częścią, mogą działać jako akceptor amoniaku. Asparagina i glutamina są dostarczane do wątroby i wykorzystywane w syntezie mocznika. Amoniak jest również transportowany do wątroby za pomocą alaniny (cykl glukozowo-alaninowy). Cykl ten przenosi grupy aminowe z mięśni szkieletowych do wątroby, gdzie są przekształcane w mocznik, a glukoza jest dostarczana do pracujących mięśni. W wątrobie glukoza jest syntetyzowana ze szkieletu węglowego alaniny. W pracującym mięśniu kwas glutaminowy powstaje z kwasu α-ketoglutarowego, który następnie przenosi grupę aminową - NH2 do kwasu pirogronowego, w wyniku czego syntetyzowana jest alanina, aminokwas obojętny. Schematycznie określony cykl wygląda tak:

Kwas glutaminowy + kwas pirogronowy ↔

↔ Kwas α-ketoglutarowy + alanina

Ryż. 10.1. Cykl glukoza-alanina.

Cykl ten pełni dwie funkcje: 1) przenosi grupy aminowe z mięśni szkieletowych do wątroby, gdzie są przekształcane w mocznik;

2) dostarcza pracującym mięśniom glukozę pochodzącą z krwi z wątroby, gdzie do jej tworzenia wykorzystywany jest szkielet węglowy alaniny.

Tworzenie mocznika- główny sposób neutralizacji amoniaku. Proces ten badano w laboratorium IP Pawłowa. Wykazano, że mocznik jest syntetyzowany w wątrobie z amoniaku, CO 2 i wody.

Mocznik jest wydalany z moczem jako główny produkt końcowy metabolizmu białek i aminokwasów. Mocznik stanowi do 80-85% całego azotu w moczu. Głównym miejscem syntezy mocznika w organizmie jest wątroba. Obecnie udowodniono, że synteza mocznika przebiega w kilku etapach.

Etap 1 - tworzenie fosforanu karbamoilu następuje w mitochondriach pod wpływem enzymu syntetazy fosforanu karbamoilu:

W kolejnym etapie syntetyzowana jest cytrulina z udziałem ornityny:

Cytrulina jest przenoszona z mitochondriów do cytozolu komórek wątroby. Następnie do cyklu wprowadzana jest druga grupa aminowa w postaci kwasu asparaginowego. Kondensacja cząsteczek cytruliny i kwasu asparaginowego następuje wraz z utworzeniem kwasu argininowo-bursztynowego.

Cytrulina asparaginowa arginina-bursztyn

kwas kwaśny

Kwas argininowo-bursztynowy dzieli się na argininę i kwas fumarowy.

Pod wpływem arginazy arginina ulega hydrolizie, tworząc mocznik i ornitynę. Następnie ornityna dostaje się do mitochondriów i może zostać włączona do nowego cyklu detoksykacji amoniaku, a mocznik jest wydalany z moczem.

Tak więc w syntezie jednej cząsteczki mocznika neutralizowane są dwie cząsteczki NH 3 i CO 2 (HCO 3), co ma również znaczenie dla utrzymania pH. Do syntezy jednej cząsteczki mocznika zużywane są 3 cząsteczki ATP, w tym dwie do syntezy fosforanu karbomoilu, jedna do tworzenia kwasu argininobursztynowego; kwas fumarowy może być konwertowany do kwasu jabłkowego i szczawiooctowego (cykl Krebsa), a ten ostatni w wyniku transaminacji lub aminowania redukcyjnego może być konwertowany do kwasu asparaginowego. Część azotu aminokwasowego jest wydalana z organizmu w postaci kreatyniny, która powstaje z kreatyny i fosforanu kreatyny.

Z całkowitego azotu w moczu mocznik stanowi do 80-90%, sole amonowe - 6%. Przy nadmiernym żywieniu białkiem udział azotu mocznikowego wzrasta, a przy niedostatecznym żywieniu białkiem spada do 60%.

U ptaków i gadów amoniak jest neutralizowany przez tworzenie kwasu moczowego. Obornik drobiowy w fermach drobiu jest źródłem nawozu zawierającego azot (kwas moczowy).