Окислення амінокислот реакція. Амінокислоти - номенклатура, отримання, хімічні властивості

Основна частина амінокислот, які утворюються в кишечнику з білків, надходить у кров (95%) і невелика частина - в лімфу. За ворітної вени амінокислоти потрапляють в печінку, де витрачаються на біосинтез різних специфічних білків (альбумінів, глобулінів, фібриногену). Інші амінокислоти потоком крові розносяться до всіх органів і тканин, транспортуються всередину клітин, де вони використовуються для біосинтезу білків.

Невикористані амінокислоти окислюються до кінцевих продуктів обміну. Процес розщеплення тканинних білків каталізує тканинними ферментами - протеиназами - Катепсин (часто їх називають тканинними протеазами).

Співвідношення між амінокислотами в білках, які розпадаються і синтезуються, різний, тому частина вільних амінокислот повинна бути перетворена в інші амінокислоти або окислена до простих сполук і виведена з організму.

Отже, в організмі існує внутрішньоклітинний запас амінокислот, які в значній мірі поповнюється за рахунок процесів взаємоперетворення амінокислот, гідролізу білків, синтезу амінокислот і надходження їх з позаклітинної рідини. У той же час завдяки синтезу білків і інші реакції (утворення сечовини, пуринів і т.п.) постійно відбувається видалення вільних амінокислот з позаклітинної рідини.

Шляхи обміну амінокислот в тканинах.

В основі різних шляхів обміну амінокислот лежать три типи реакцій: по аминной і карбоксильної груп і по бічному ланцюзі. Реакції по аминной групі включають процеси дезаминирования, переаминирования, амінування, По карбоксильної групі - декарбоксилирование. Безазотисті частина вуглецевого скелета амінокислот піддається різним перетворенням з утворенням сполук, які потім можуть включатися в цикл Кребса для подальшого окислення.

Шляхи внутрішньоклітинного перетворення амінокислот складні і перехрещуються з багатьма іншими реакціями обміну, в результаті чого проміжні продукти обміну амінокислот можуть служити необхідними попередниками для синтезу різних компонентів клітин і бути біологічно активними речовинами.

Катаболізм амінокислот у ссавців (і у людини) відбувається, в основному, в печінці і трохи слабкіше в нирках.

Дезамінування амінокислот.

Суть дезаминирования полягає в розщепленні амінокислот під дією ферментів на аміак і безазотистих залишок (жирні кислоти, оксикислоти, кетокислот). Дезамінування може йти в вигляді відновного, гидролитического, окисного і внутримолекулярного процесів. Останні два типи превалюють у людини і тварин.

Окислювальне дезамінування підрозділяється на дві стадії. Перша стадія є ферментативної, вона закінчується утворенням нестійкого проміжного продукту - імінокіслоти (карбонові кислоти, що містять іміногрупи (\u003d NH), яка в другій стадії спонтанно в присутності води розпадається на аміак і aльфа-кетокислоту. Ферменти, які каталізують цей процес, містять в якості простетичної групи (органічні з'єднання небілкової природи) НАД (никотинамидадениндинуклеотид) або ФАД (флавінаденіндінуклеотід).

В організмі людини найбільш активно протікає дезаминирование глутамінової кислоти під дією ферменту глутаматдегідрогенази, Яка знаходиться в мітохондріях клітин всіх тканин. В результаті цього процесу утворює альфа-кетоглутарова кислота, яка бере участь у багатьох процесах обміну речовин.

Трансамінування (переаминирование) амінокислот.

Обов'язковою умовою трансаминирования є участь дикарбонових амінокислот (глутамінової та аспарагінової), які у вигляді відповідних їм кетокислот - альфа-кетоглутаровой і щавелевоуксусной можуть взаємодіяти з усіма амінокислотами, за винятком лізину, треоніну і аргініну.

При Переамінування відбувається безпосередній перенесення аміногрупи з амінокислоти на кетокислоту, а кетогрупи - з кетокислот на амінокислоту без звільнення при цьому аміаку. Цей процес протікає в кілька етапів. Реакцію каталізують ферменти, що відносяться до класу трансфераз, їх простетичної групою є фосфорпірідоксаль-фосфорний ефір вітаміну В6. Процес переаминирования широко поширений в живій природі. Його особливість - легка оборотність.

Реакції переаминирования грають велику роль в обміні речовин. Від них залежать такі найважливіші процеси, як біосинтез багатьох замінних амінокислот з відповідних їм кетокислот, розпад амінокислот, об'єднання шляхів вуглеводного і амінокислотного обміну, коли з продуктів розпаду глюкози, наприклад, піровиноградної кислоти, може утворитися амінокислота аланін і навпаки.

Відновне амінування.

Цей процес протилежний дезамінуванню. Він забезпечує зв'язування аміаку кетокислоту з утворенням відповідних амінокислот. Відновне амінування каталізується добре функціонуючої ферментної системою, що забезпечує амінірованіе aльфа-кетоглутаровой або щавелевоуксусной кислоти з утворенням глутамінової або аспарагінової кислоти.

При знешкодженні аміаку неорганічними і органічними кислотами відбувається утворення амонійних солей. Цей процес здійснюється в нирках. Утворилися амонійні солі виводяться з організму з сечею і потом.

Декарбоксилирование амінокислот.

Процес декарбоксилирования каталізується декарбоксилаз, специфічними для кожної амінокислоти, простетичної групою яких служить пиридоксальфосфат. Ці ферменти відносяться до класу ЛіАЗ. Процес декарбоксилирования, який полягає в відщепленні від амінокислот СО 2 з утворенням амінів, можна показати на наступною схемою:

Механізм реакції декарбоксилювання амінокислот відповідно до загальної теорії пірідоксалевого каталізу зводиться до утворення пиридоксальфосфат-субстратного комплексу в активному центрі ферменту.

Таким шляхом з триптофану утворюється триптаміну, з гідроксітріптофана - серотонін. З амінокислоти гістидину утворюється гістамін. З глутамінової кислоти при декарбоксилюванні утворюється гамма-аміномасляна кислота (ГАМК).

Аміни, утворені з амінокислот, називають біогенними амінами, так як вони надають на організм потужний біологічний ефект. Біогенні аміни виявляють фізіологічну дію в дуже малих концентраціях. Так, введення в організм гістаміну призводить до розширення капілярів і підвищення їх проникності, звуження великих судин, скорочення гладких м'язів різних органів і тканин, підвищення секреції соляної кислоти в шлунку. Крім того, гістамін бере участь у передачі нервового збудження.

Серотонін сприяє підвищенню кров'яного тиску і звуження бронхів; його малі дози пригнічують активність центральної нервової системи, у великих дозах ця речовина надає стимулюючу дію. У різних тканинах організму велику кількість гістаміну і серотоніну знаходяться в пов'язаної, неактивній формі. Біологічна дія вони виявляють тільки у вільній формі.

Гамма-аміномасляна кислота (ГАМК) накопичується в мозковій тканині і являє собою нейрогуморальний інгібітор-медіатор гальмування центральної нервової системи.

Великі концентрації цих сполук можуть становити загрозу для нормального функціонування організму. Однак в тварин тканинах є аміноксідаза, що розщеплює аміни до відповідних альдегідів, які потім перетворюються в жирні кислоти і розпадаються до кінцевих продуктів.

«Обмін амінокислот в тканинах» - це третя стаття з циклу «Обмін білків в організмі людини». Перша стаття - « Розщеплення білків в травному тракті ». Друга стаття «

У першому розділі даної глави вже охарактеризована необхідність і основна стратегія розщеплення амінокислот. Вона пояснюється неможливістю запасання амінокислот про запас і неможливістю їх виведення з клітин цілком. Надлишкові амінокислоти використовуються організмами як метаболічну паливо: Їх вуглецеві скелети при перебудовах певного роду можуть залучатися до біосинтез жирних кислот, глюкози, кетонових тіл, изопреноидов і ін., А також окислюватися в ЦТК, забезпечуючи клітину енергією. Слід зазначити, що багато мікроорганізмів, зокрема аеробні бактерії, здатні використовувати окремі амінокислоти в якості єдиного джерела енергії та вуглецю. У анаеробних мікроорганізмів, при відсутності в клітинах циклу трикарбонових кислот, виробився інший механізм: катаболізм амінокислот в парах, коли одна з них служить донором електронів, а друга-акцептором. Важливо, що в такому процесі відбувається утворення АТР.

Крім вуглецевих скелетів, при деградації амінокислот утворюється аміни азот, який на відміну від вуглецю не придатний для отримання енергії за рахунок окислення, і більш того, є токсичним для клітин. Тому ті аміногрупи, які не можуть повторно використовуватися в біосинтезі, перетворюються в сечовину (або інші речовини) і виводяться з організму.

Нижче будуть розглянуті основні типи реакцій, в які можуть вступати амінокислоти: реакції по a-аміногрупи, карбоксильної групі і бічного ланцюга.

Розщеплення амінокислот по аминогруппе . Ці процеси представлені в основному реакціями трансаминирования і дезамінування по a-аміногрупи. Реакції трансамінування вже були розглянуті в розділі, що стосується біосинтезу амінокислот. Вони катализируются трансаміназ (амінотрансфераз), відмінною рисою яких є використання пиридоксальфосфата (похідне вітаміну В6) як простетичної групи. Найбільше значення в процесах деградації амінокислот мають глутамат-трансаминаза і аланін-трансаминаза. Ці ферменти виконують роль «воронок», які збирають аміногрупи від різних амінокислот і включають їх до складу глутамату і аланіну. У тварин ці дві амінокислоти служать переносниками накопичується амінного азоту з тканин в печінку. У печінки аминогруппа аланина переноситься аланінтрансамінази на a-кетоглутарат з утворенням глутамату:

Таким чином, більшість аминогрупп різних амінокислот виявляється в складі глутамату, який легко піддається дезамінуванню.

Реакції дезаминирования амінокислот призводять до звільнення NH 2-групи у вигляді аміаку і здійснюються трьома різними шляхами. Розрізняють окислительное, гидролитическое і пряме дезамінування (рис. 16.12). Найбільш поширеним типом є окислювальне дезамінування, Яке здійснюється по a-аміногрупи і каталізується в основному глутаматдегідрогеназа - типовим для печінки ферментом. Незвичайним властивістю цього ферменту є здатність використовувати як NAD, так і NADP як коферментів. Активність глутаматдегідрогенази регулюється аллостеріческого активаторами (ADP, GDP) і інгібіторами (ATP, GTP).

Окислювальне дезамінування здійснюється в дві стадії з утворенням імінокіслоти як проміжний продукт, який спонтанно гідролізується, перетворюючись на кетокислоту і аміак (рис. 16.12). Обидві реакції оборотні, і їх константи рівноваги близькі до одиниці. Раніше (рис. 16.3) було показано, як в ході зворотної реакції аміак включається до складу глутамату. Можна вважати, що реакція освіти і дезамінування глутамату є центральною реакцією в процесі метаболізму аміаку.

У багатьох організмів окислювальне дезамінування здійснюється за допомогою дегідрогеназ, що використовують флавіновие кофактор (FMN, FAD). Ці ферменти називають оксидазами амінокислот. Вони характеризуються широкої субстратної специфічністю: одні специфічні до L-амінокислот, інші - до їх D-аналогам. Вважається, що ці ферменти вносять невеликий вклад в обмін аминогрупп.

гидролитическому дезамінуванню схильні до деякі амінокислоти, з протеіногенних - аспарагін і глутамін. При їх дезаминировании утворюються відповідно аспартат і глутамат. Цей процес правильніше називати дезамідірованіем, оскільки він здійснюється за рахунок амидной групи (рис. 16.12). У рідкісних випадках таким шляхом відщеплюється і aаміногруппа амінокислоти, тоді утворюються аміак і оксикислота.

В результаті прямого (внутримолекулярного) дезаминирования виникають ненасичені сполуки. Прямому дезамінуванню зазвичай піддається гистидин, а також серин. Однак первинна ферментативна атака серина призводить до відщеплення молекули води (фермент-серінгідратаза), і в цьому перетворенні бере участь бічна гідроксильна група серину. Спонтанного дезамінування в даному випадку піддається нестабільне проміжне з'єднання - аміноакрілат. Продуктом сумарною реакції є піруват, і цей тип дезаминирования викликається перебудовою в бічному ланцюзі амінокислоти.

Реакції амінокислот по карбоксильної групі . Перетворення по карбоксильної групі амінокислот можуть використовуватися організмами для деградації цих молекул, а також для перетворення в інші, необхідні клітці з'єднання, в першу чергу аміноаціладенілати і біогенні аміни. Освіта аміноаціладенілатов на підготовчій стадії синтезу білка вже було описано в розділі 3. біогенні аміни виникають в реакціях, що каталізуються декарбоксилаз амінокислот. Ці ферменти широко поширені у тварин, рослин і особливо у мікроорганізмів, причому відомо, що у патогенних мікроорганізмів декарбоксилази можуть служити факторами агресії, За допомогою яких збудник проникає в відповідні тканини. Декарбоксилази L-амінокислот, так само як трансамінази, використовують в якості простетичної групи пиридоксальфосфат.

Моноаміни (біогенні аміни) виконують в організмах різноманітні функції. Наприклад, етаноламін, що утворюється при декарбоксилюванні серина, є складовою частиною полярних ліпідів. При декарбоксилюванні цистеїну і аспартату утворюються відповідно цістеамін і b-аланін, які входять до складу такого важливого для клітин коферменту, як коензим А. Декарбоксилирование гистидина призводить до утворення гістаміну - медіатора, який бере участь в регуляції швидкості метаболічних процесів, діяльності залоз внутрішньої секреції, регуляції кров'яного тиску у тварин. Багато інших біогенні аміни виконують функції сигнальних речовин, зокрема широко поширених у тварин і людини нейромедіаторів.

Реакції амінокислот по бічному ланцюзі . Наскільки різноманітна структура радикалів амінокислот, настільки різноманітні і хімічні перетворення, яким вони можуть піддаватися. Серед цих різноманітних реакцій можна виділити ті, які дозволяють клітині отримувати з одних амінокислот інші. Наприклад, тирозин утворюється при окисленні ароматичного кільця фенілаланіну; гідроліз аргініну призводить до формування орнитина (див. цикл сечовини); розщеплення треонина супроводжується утворенням гліцину і т. п.

Крім цих реакцій, важливе значення мають перетворення бічних груп, пов'язані з виникненням фізіологічно активних речовин. Так, з тирозину утворюється гормон адреналін, з триптофану утворюються нікотинова кислота (вітамін РР, що входить до складу нікотінамідних коферментів) і індолілуксусная кислота (ростовое речовина), з цистеїну-меркаптурової кислоти (беруть участь у знешкодженні ароматичних сполук). Вже відзначалася можливість перетворення серину в піруват при дегідратації його бічного ланцюга і дезаминировании.

Таким чином, різноманітні хімічні перетворення амінокислот можуть призводити до утворення біологічно активних речовин з широким спектром дії і, крім того, до отщеплению аминогрупп у вигляді аміаку з формуванням вуглецевих скелетів. У наступному розділі буде розглянута доля аміаку і вуглецевих атомів розщеплених амінокислот.

Амінокислоти - гетерофункціональних сполук, які обов'язково містять дві функціональні групи: аміногрупу - NH 2 і карбоксильну групу -СООН, пов'язані з вуглеводневим радікалом.Общую формулу найпростіших амінокислот можна записати так:

Так як амінокислоти містять дві різні функціональні групи, які впливають один на одного, характерні реакції відрізняються від характерних реакцій карбонових кислот і амінів.

властивості амінокислот

Аміногрупа - NH 2 визначає основні властивості амінокислот, т. К. Здатна приєднувати до себе катіон водню по донорно-акцепторного механізму за рахунок наявності вільної електронної пари у атома азоту.

Група -СООН (карбоксильная група) визначає кислотні властивості цих сполук. Отже, амінокислоти - це амфотерні органічні сполуки. З лугами вони реагують як кислоти:

З сильними кіслотамі- як підстави-аміни:

Крім того, аминогруппа в амінокислоті вступає у взаємодію з входить до її складу карбоксильної групою, утворюючи внутрішню сіль:

Іонізація молекул амінокислот залежить від кислотного або лужного характеру середовища:

Так як амінокислоти в водних розчинах поводяться як типові амфотерні сполуки, то в живих організмах вони грають роль буферних речовин, що підтримують певну концентрацію іонів водню.

Амінокислоти являють собою безбарвні кристалічні речовини, що плавляться з розкладанням при температурі вище 200 ° С. Вони розчиняються у воді і нерозчинні в ефірі. Залежно від радикала R- вони можуть бути солодкими, гіркими або позбавленими смаку.

Амінокислоти поділяють на природні (виявлені в живих організмах) і синтетичні. Серед природних амінокислот (близько 150) виділяють Протеїногенні амінокислоти (близько 20), які входять до складу білків. Вони являють собою L-форми. Приблизно половина з цих амінокислот відносяться до незамінним, Т. К. Вони не синтезуються в організмі людини. Незамінними є такі кислоти, як валін, лейцин, ізолейцин, фенілаланін, лізин, треонін, цистеїн, метіонін, гістидин, триптофан. В організм людини ці речовини надходять з їжею. Якщо їх кількість в їжі буде недостатнім, нормальний розвиток і функціонування організму людини порушуються. При окремих захворюваннях організм не в змозі синтезувати і деякі інші амінокислоти. Так, при фенілкетонурії не синтезується тирозин. Найважливішим властивістю амінокислот є здатність вступати в молекулярну конденсацію з виділенням води і утворенням амидной угруповання -NH-СО, наприклад:

Отримані в результаті такої реакції високомолекулярні сполуки містять велику кількість амідних фрагментів і тому отримали назву полімамідов.

До них, крім названого вище синтетичного волокна капрону, відносять, наприклад, і енант, що утворюється при поліконденсації аміноенантовой кислоти. Для отримання синтетичних волокон придатні амінокислоти з розташуванням амино- і карбоксильної груп на кінцях молекул.

Поліаміди альфа-амінокислот називаються пептидами. Залежно від числа залишків амінокислот розрізняють дипептиди, трипептиди, поліпептиди. У таких з'єднаннях групи -NH-СО називають пептидними.

Частина амінокислот піддається розпаду і перетворюється в кінцеві продукти: С0 2, Н 2 0 і NH 3.

Розпад починається з реакцій, загальних для більшості амінокислот. До них відносяться:

а) декарбоксилювання - відщеплення від амінокислот карбоксильної групи у вигляді вуглекислого газу:

Це перетворення амінокислот зазвичай протікає з дуже низькою швидкістю і амінів утворюється мало. Але деякі аміни, перебуваючи в дуже низькій концентрації, мають високу біологічну активність і впливають на різні функції організму. Прикладом такого аміну є гістамін, що утворюється з амінокислоти гістидину.

б) дезамінування - відщеплення аміногрупи у вигляді NH 3. У людини дезаминирование амінокислот йде окислювальним шляхом:

Дезамінування амінокислот також протікає з низькою швидкістю. І тільки одна амінокислота - глутамінова - дезамінується з високою скоростьювследствіе налічіяв організмі активного ферменту, що викликає дезамінування тільки цієї амінокислоти.

в) трансамінування (переамііірованіе) - реакція між амінокислотами і а-кетокислот. В ході цієї реакції її учасники обмінюються функціональними групами, в результаті чого амінокислота перетворюється в а-кетокислоту, а кетокислоту стає амінокислотою:

Трансаминирования піддаються всі амінокислоти. У цій реакції бере участь кофермент - фосфопиридоксаль, для утворення якого необхідний вітамін В6 - піридоксин.

Трансамінування - це головне перетворення амінокислот в організмі, так як його швидкість значно вище, ніж у реакцій декарбоксилювання і дезамінування.

Трансамінування виконує дві основні функції:

а) за рахунок трансаминирования одні амінокислоти можуть перетворюватися в інші. При цьому загальна кількість амінокислот не змінюється, але змінюється співвідношення між ними. З їжею в організм надходять чужорідні білки, у яких амінокислоти знаходяться в інших пропорціях в порівнянні з білками організму. Шляхом трансаминирования відбувається коригування амінокислотного складу організму.

б) є \u200b\u200bскладовою частиною непрямого (непрямого) дезаминирования амінокислот - процесу, з якого починається розпад більшості амінокислот. На першій стадії цього процесу амінокислоти вступають в реакцію трансамінування з а-кетоглутаровой кислотою (а-кетокислот). Амінокислоти при цьому перетворюються в а- кетокислот, а а-кетоглутарова кислота переходить в глутамінової кислоти (амінокислота). На другій стадії з'явилася глутамінова кислота піддається дезамінуванню, від неї відщеплюється NH 3 і знову утворюється а-кетоглутарова кислота.

Підсумкове рівняння непрямого дезамінування збігається з рівнянням прямого дезаминирования. Однак у непрямого дезамінування швидкість значно вище прямого, що обумовлено високою активністю ферментів, які каталізують обидві стадії цього процесу.

Звідси випливає, що реакцією, з якої починається розпад амінокислот, є трансамінування.

Утворилися а-кетокислот далі піддаються глибокому розпаду і перетворюються в кінцеві продукти С0 2 і Н 2 0. Для кожної з 20 кетокислот (їх утворюється стільки ж, скільки є видів амінокислот) є свої специфічні шляхи розпаду. Однак при розпаді деяких амінокислот в якості проміжного продукту утворюється піровиноградна кислота, з якої може бути синтез глюкози. Тому амінокислоти, з яких виникають такі кетокислот, отримали назву глюкогенние. Інші ж кетокислот при своєму розпаді не утворюють пірувату. Проміжним продуктом у них є ацетилкофермент А, з якого неможливо отримати глюкозу, але зате можуть синтезуватися кетонові тіла. Амінокислоти, що відповідають таким кетокислоту, називаються кетогенні.

Другий продукт непрямого дезамінування амінокислот - аміак. Для організму аміак є високотоксичним. Тому в організмі є молекулярні механізми його знешкодження.

Вопрос49. Знешкодження аміаку. синтез глутамінової кислоти (відновне амінування) - взаємодія α-кетоглутарата з аміаком. Реакція по суті протилежна реакції окисного дезамінування, проте в якості коферменту використовується НАДФН. Відбувається практично у всіх тканинах, крім м'язової, але має невелике значення, тому що для глутаматдегідрогенази субстратом є глутамінова кислота і рівновагу реакції зрушено в бік α-кетоглутарата,

Реакція синтезу глутамінової кислоти

синтез глутаміну - взаємодія глутамату з аміаком. Є головним способом збирання аміаку, найбільш активно відбувається в нервовій і м'язовій тканинах, в нирках, сітківці ока, печінки. Реакція протікає в мітохондріях.

Реакція синтезу глутаміну

Утворення великої кількості глутаміну забезпечує високі концентрації його в крові (0,5-0,7 ммоль / л).

Так як глутамин проникає через клітинні мембрани шляхом полегшеної дифузії, то він легко потрапляє не тільки в гепатоцити, але і в інші клітини, де є потреба в аминогруппах. Азот, стерпний глутамином, використовується клітинами для синтезу пуринового і піримідинового кілець, гуанозинмонофосфату (ГМФ), аспарагина, глюкозамін-6-фосфату (попередник всіх інших аминосахаров).

синтез аспарагина - взаємодія аспартату з аміаком. Є другорядним способом збирання аміаку, енергетично невигідний, тому що при цьому витрачаються 2 макроергічні зв'язку,

Реакція синтезу аспарагіну

синтез карбамоілфосфата в мітохондріях печінки - реакція є першою в процесі синтезу сечовини, Засоби для видалення аміаку з організму.

Питання: 49 Знешкодження аміаку.

Висока інтенсивність процесів дезамінування амінокислот в тканинах і дуже низький рівень аміаку в крові свідчать про те, що в клітинах активно відбувається зв'язування аміаку з утворенням нетоксичних сполук, які виводяться з організму з сечею. Ці реакції можна вважати реакціями знешкодження аміаку. У різних тканинах і органах виявлено кілька типів таких реакцій.

Основний реакцією зв'язування аміаку, що протікає у всіх тканинах організму, є

синтез глутаміну під дією глутамін-синтетази:

Глутамінсінтетаза локалізована в мітохондріях клітин, для роботи ферменту необхідний кофактор - іони Mg 2+. Глутамінсінтетаза - один з основних регуляторних ферментів обміну амінокислот і аллостеріческого відзначено зниження АМФ, глюкозо-6-фосфатом, а також Гли, Ала і Гіс.

Глутамин легко транспортується через клітинні мембрани шляхом полегшеної дифузії (для глутамату можливий тільки активний транспорт) і надходить з тканин в кров. Основними тканинами-постачальникам: і глутаміну служать м'язи, мозок і печінку. З потоком крові глутамін транспортується в кишечник і нирки.

У клітинах кишечникапід дією ферменту глутамінази відбувається гидролитическое звільнення амідного азоту у вигляді аміаку:

Утворився в реакції глутамат піддається трансамінування з пируватом. ос-Аміногрупа глутамінової кислоти переноситься до складу аланина (рис. 9-10). Великі кількості аланіну надходять з кишечника в кров ворітної вени і поглинаються печінкою. Близько 5% утворився аміаку видаляється в складі фекалій, невелика частина через ворітну вену потрапляє в печінку, інші ~ 90% виводяться нирками.

Мал. 9-10. Метаболізм азоту глутаміну в кишечнику.

У ниркахтакож відбувається гідроліз глутаміну під дією глутамінази з утворенням аміаку. Цей процес є одним з механізмів регуляції кислотно лужної рівноваги в організмі і збереження найважливіших катіонів для підтримки осмотичного тиску. Глутамінази нирок значно активується при ацидозі, що утворюється аміак нейтралізує кислі продукти обміну і у вигляді амонійних солей виводиться з сечею (рис. 9-11). Ця реакція захищає організм від зайвої втрати іонів Na + і К +, які також можуть використовуватися для виведення аніонів і втрачатися. При алкалозі кількість глутамінази в нирках знижується.

У нирках утворюється і виводиться близько 0,5 г солей амонію в добу.

Високий рівень глутаміну в крові і легкість його надходження в клітини обумовлюють використання глутаміну в багатьох анаболічних процесах. Глутамин - основний донор азоту в організмі.Амідний азот глутаміну використовується для синтезу пуринових і піримідинових

Мал. 9-11. Метаболізм амідного азоту глутаміну в нирках.

нуклеотидів, аспарагина, аминосахаров та інших сполук (рис. 9-12).

Мал. 9-12. Шляхи використання глутаміну в організмі.

Ще однією реакцією знешкодження аміаку в тканинах можна вважати синтез аспарагинапід дією аспарагінсінтетази.

Існують 2 ізоформи цього ферменту - глутамінзавісімая і амміакзавісімая, які використовують різні донори амідних груп. Перша функціонує в тваринних клітинах, друга переважає в бактеріальних клітинах, але присутній і у тварин. Однак такий шлях знешкодження аміаку в клітинах людини використовується рідко і до того ж вимагає великих енергетичних витрат (енергію двох макроергічних зв'язків), ніж синтез глутаміну.

Найбільш значні кількості аміаку знешкоджуються в печінці шляхом синтезу сечовини.У першій реакції процесу аміак зв'язується з діоксидом вуглецю з утворенням карбамоілфосфата, при цьому витрачаються 2 молекули АТФ. Реакція відбувається в мітохондріях гепатоцитів під дією ферменту карбамоілфос-фатсінтетази I. карбамоілфосфатсінтетази II локалізована в цитоплазмі клітин усіх тканин і бере участь в синтезі гшрімідінових нуклеотидів (див. Розділ 10). Карбамоілфосфат потім включається в орнітіновий цикл і використовується для синтезу сечовини.

У мозку і деяких інших органах може протікати відновне амінування α -кетоглутаратапід дією глутаматдегідрогенази, що каталізує оборотну реакцію. Однак цей шлях знешкодження аміаку в тканинах використовується слабо, так як глутаматдегідрогеназа каталізує переважно реакцію дезаминирования глутамату. Хоча, якщо враховувати наступне утворення глутаміну, реакція вигідна для клітин, так як сприяє зв'язуванню відразу 2 молекул NH 3.

З м'язів і кишечника надлишок аміаку виводиться переважно у вигляді аланина. Цей механізм необхідний, так як активність глутаматдегідрогенази в м'язах невелика і непряме дезамінування амінокислот малоефективно. Тому в м'язах існує ще один шлях виведення азоту. Освіта аланина в цих органах можна представити наступною схемою (див. Схему нижче).

Аміногрупи різних амінокислот за допомогою реакцій трансамінування переносяться на піруват, основним джерелом якого служить процес окислення глюкози.

М'язи виділяють особливо багато аланіну в силу їх великої маси, активного споживання

схема

глюкози при фізичній роботі, а також тому, що частина енергії вони отримують за рахунок розпаду амінокислот. Утворився аланин надходить в печінку, де піддається непрямому дезамінуванню. Що виділився аміак знешкоджується, а піруват включається в глюконеогенез. Глюкоза з печінки надходить в тканини і там, в процесі гліколізу, знову окислюється до пірувату (рис. 9-13).

Освіта аланина в м'язах, його перенесення в печінку і перенесення глюкози, синтезованої в печінці, назад в м'язи складають глюкозо-аланіновий цикл,робота якого пов'язана з роботою глюкозо-лактатного циклу (див. розділ 7).

Сукупність основних процесів обміну аміаку в організмі представлена \u200b\u200bна рис. 9-14. Домінуючими ферментами в обміні аміаку служать глутаматдегідрогеіаза і глутамінсінтетаза.

Питання 50. Біологічна роль вітамінів. Основні причини гіповітамінозов.Біологіческая роль- вони входять до складу коферментів і простетичної груп ферментів, і отже використовуються організмом як будівельний матеріал при синтезі відповідних небілкових частин ферментов.Гіповітаміноз- специфічне захворювання протікають в легшій формі в порівнянні в авитаминозами, що викликається недостатнім вмістом окремих вітамінів в організме.Прічіни: Екзогенні (пов'язані з харчуванням) неправильне приготування їжі, приготування їжі з малим кол-вом вітамінів, одноманітне харчування. Ендогенні (пов'язані зі станом організму) захворювання шлунково-кишкового тракту і печінки, пригнічення мікрофлори кишечника, підвищена потреба у вітамінах (напр: вагітність)

50. Біологічна роль вітамінів, основні причини гіповітамінозу.

Біологічна роль вітамінів.

Вітаміни - це органічні сполуки з низкомолекулярной структурою. Надходять в організм, в основному, з їжею, так як організм їх синтезує в вкрай обмежених кількостях.

Види вітамінів:

· Водорозчинні вітаміни (вітаміни групи В: В1, В2, В6, В12, ВС; С; РР, Р, М). Ці вітаміни беруть участь в утворенні різних коферментів.

· Жиророзчинні вітаміни (A 1, D 2, D 3, К і Е) беруть участь у визначенні та підтримці функціональності субклітинних структур і клітинних мембран.

При значному дефіциті вітамінів всі процеси в організмі не можуть протікати в нормальному режимі, що викликає порушення в діяльності органів і їх систем.

Вітамін А (ретинол) потрібен для підтримки гарної шкіри, волосся і всіх слизових, нормальної роботи зорової системи. Без нього неможливий гармонійний розвиток організму в період отроцтва.

· Вітамін В 1 (тіамін) координує вуглеводний обмін, що поставляє в організм енергію, підтримує роботу нервової, травної, дихальної системи.

· Вітамін В 2 (рибофлавін) відповідає за здатність клітин до відновлення, тому при його недоліку навіть маленькі шкірні тріщини гояться з працею. Незамінна його функція в процесах окислення і синтезу в організмі, а також у підтримці функціональності вегетативного відділу нервової системи.

· Вітамін В6 (піридоксин) - учасник обміну білків і жирів, що стимулює використання організмом природних антиоксидантів у вигляді ненасичених жирних кислот. Певна частка цього вітаміну утворюється мікрофлорою кишечника.

· Вітамін В 12 (ціанокобаламін) бере важливу участь в процесах кровотворення і білковому обміні. Завдяки цьому вітаміну каротин засвоюється організмом, переходячи в вітамін А. Утворюється в товстому кишечнику.

· Вітаміни групи D беруть участь в кальцієво-фосфорному обміні, підтримки здоров'я ендокринних залоз. При нестачі - відбувається порушення утворення зубів і кісток, уражаються м'язи, погіршується робота травної, серцево-судинної системи і НС.

· Вітамін С є важливим компонентом окислювально-відновних процесів, що перешкоджає утворенню пухлин. Без нього не обходяться процеси кровотворення, засвоєння заліза. Він потрібен для підтримки імунітету.

· Вітамін Е (токоферолу ацетат) - природний антиоксидант, що підтримує репродуктивні функції.

· Вітамін РР - один з основних регуляторів обміну речовин, при недоліку якого більшість тканин і органів зазнають патологічних змін.

Причини гіповітамінова.

· Брак вітаміну в раціоні, незбалансоване харчування

· Руйнування поживних речовин в містить їх їжі внаслідок порушень умов зберігання або в результаті температурної чи іншої кулінарної обробки

· Дія речовин-антагоністів, які містяться в тих чи інших продуктах і призводять до руйнування вітамінів, порушення їх засвоєння (зокрема, білок яйця ускладнює засвоєння біотину).

Гіповітаміноз також може бути обумовлений ендогенними (внутрішніми причинами):

Генетично обумовлені дефекти ферментних систем, транспортних функцій, що забезпечують всмоктування і розподіл вітамінів.

Прийом деяких лікарських препаратів також може викликати гіповітаміноз.

Збільшення потреби людини у вітамінах (вагітність і годування, періоди підвищеної фізичної та психічної навантаження, інтенсивний ріст в підлітковому і дитячому віці).

51. В1, В2, В6, РР. Вітамін В1. (Тіамін). Використовується для синтезу коферменту тіаміндифосфату, необхідного для аеробного розпаду вуглеводів. Добова потреба 2-3мг.Вітамін В2. (Рибофлавін). Використовується для синтезу коферментів тканинного дихання-ФАД і ФМН, що беруть участь в перенесенні атомів водню в дихальному ланцюзі мітохондрій. ФАД (флавінаденіндінуклеотід) - кофермент, що складається з двох нуклеотидів з'єднаних між собою залишками фосфорної кислоти. До складу одного з нуклеотидів входить вітамін В2. Спільно в флавіновими ферментами бере участь в перенесенні атомів водню в дихальному ланцюзі мітохондрій. ФМН (флавинмононуклеотид) - кофермент, що є за будовою нуклеотидів, що містить вітамін В2. Спільно з флавіновими ферментами бере участь в перенесенні атомів водню в дихальному ланцюзі мітохондрій. Вітамін В6. (Піридоксин). Використовується для синтезу коферменту фосфопірідоксаль, який бере участь в трансамінування амінокислот. Добова потреба 2-3мг. Вітамін РР. (Нікотинамід). Використовується для синтезу коферментів НАД (никотинамидадениндинуклеотида): необхідного для перенесення атомів водню в дихальному ланцюзі мітохондрій, і НАДФ бере участь в пентозном циклі. Добова потреба 15-25мг.

Вітаміни С і Р.

Вітамін С (аскорбінова кислота).

Біологічна роль. Бере участь в окисно-відновних реакціях. Особливо велика роль вітаміну С в гідроксірованіі амінокислот проліну і лізину відповідно в оксипроліну і оксілізін при синтезі білка колагену, а також в синтезі гормону надниркових залоз.

Цинга.

харчові джерела - Цитрусові, червоний перець, смородина, горобина журавлина, квашена капуста, хвоя.

добова потреба - 50-100 мг.

Вітамін Р.

Вітамін проникності (рутин)

біологічна роль . Спільно в вітаміном С приймає участь в окисно-відновних реакціях, знижує проникність стінок кровоносних судин, має антиоксидантні властивості.

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу-крововиливу

Харчові джерела- Цитрусові, гречка, червоний перець, чорноплідна горобина, чорна смородина

добова потреба - Не встановлена.

Вітаміни В12 і В6.

Вітамін В12 (Ціанокобаламін).

Біологічна роль-використовується для синтезу коферментів, які беруть участь в перенесенні метильної групи (-СН3), з подальшим включенням її в синтезовані речовини.

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу - анемія

харчові джерела - Печінка, нирки, м'ясо, яйця, сир. Синтезується мікрофлорою кишечника за умови надходження з їжею кобальту.

добова потреба - 2-3 мкг.

Вітамін В6.

піридоксин

Біологічна рольіспользуется для синтезу коферменту фосфопірідоксаль, який бере участь в трансамінування амінокислот.

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу - Дерматід

харчові джерела - печінку, нирки, м'ясо, яєчний жовток. Синтезується мікрофлорою кишечника.

добова потреба - 2-3 мг .

Жиророзчинні вітаміни.

Вітамін А (ретинол)

біологічна роль – бере участь в сприйнятті світла сітківкою ока. Впливає на бар'єрну функцію шкіри, слизових оболонок і на проникність клітинних мембран.

Прояв авітамінозу або гіповітаміноза- Ксерофтальмія (сухість рогової оболонки ока), кератомаляция (руйнування рогової оболонки), сутінкова або «куряча сліпота»

Харчові джерела-Жир печінки морських риб, яловича і свиняча печінка, яєчний жовток, морква.

Добова потреба -2-3 мг.

Вітамін D (кальциферол)

Біологічна роль - бере участь у всмоктуванні в кишечнику іонів Са, їх транспорті кров'ю і у включенні їх до складу кісткової тканини і в процесі окостеніння

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу - рахіт.

Харчові джерела: Жир печінки морських риб, вершкове масло, рослинні олії, яйця, молоко.

Добова потреба - 13-25 мкг для дітей і для вагітних, 7-12 мкг для дорослих.

Вітамін Е. (токоферол).

Біологічна роль-є головним антиоксидантом організму, що оберігає від окислення поліненасичених жирних кислот, що входять до біологічні мембрани.

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу: У експериментальних тварин-безпліддя, м'язова дистрофія.

Харчові джерела- злаки, рослинні масла, м'ясо вершкове масло.

Добова потреба-5-10мг.

Вітамін К (Філлюхінон).

Біологічна роль - бере участь в синтезі деяких факторів згортання крові (в тому числі протромбіну)

Прояв авітамінозу або гіповітамінозу - підвищена кровоточивість

Харчові джерела- Печінка, шпинат, морква, капуста. Синтезується мікрофлорою кишечника

Добова потреба -100 мкг.

55. Загальні механізми дії гормонів.
Гормони - органічні речовини, виробляються в залозах внутрішньої секреції, надходять з кров'ю в різні органи і надають в них регулюють вплив на метаболізм та фізіологічні функції. Синтезуються гормони в мізерно малих концентраціях.
У клітинах гормонів, в яких реалізується дії гормонів (органи - мішені), є особливі білки, звані рецепторами гормонів. Ці білки мають здатність специфічні зв'язується тільки з певними гормонами, і тому органи - мішені вибірково витягають з плинною крові лише ті гормони, які необхідні даному органу. Такий механізм дозволяє гормонам строго вибірково впливати на певні органи. Рецепторні білки знаходиться або всередині клітин, або вбудовані в клітинну мембрану.
Для деяких гормонів (наприклад, для адреналіну і глюкагону) таким рецепторів є мембранозв'язані (вбудовані в клітинну мембрану) фермент аденилатциклаза. Приєднання гормону до цього ферменту призводить до підвищення його каталітичної активності. Під дією активованої аденілатциклази всередині клітин наявні там АТФ перетворюється циклічну форму АМФ (цАМФ). Утворилися цАМФ безпосередньо бере участь в регуляція клітинного метаболізму.
У клітинах органів - мішеней міститься ферменти, що руйнують надходять в них гормони, а також цАМФ, що обмежує дію гормонів в часі і попереджає їх накопичення.
Чутливість рецепторів і активність ферментів, що розщеплюють гормони, може змінюватися при порушення метаболізму, зміни фізико-хімічних властивостей організму (температура, кислотність, осмотичний тиск) і концентрації найважливіших субстратів, що виникають при захворюваннях, а також при виконання м'язової роботи. Наслідком цього є посилення або ослаблення вплив гормонів на відповідні органи.
Внутрішньоклітинні механізми дії гормонів різноманітні. Але все ж можна виділити три головних механізму, притаманних більшості гормонів:
1. Чи впливають на швидкість синтезу ферментів, прискорюючи або сповільнюючи його. В результаті такого впливу в органах - мішенях підвищується або знижується концентрація певних ферментів (зміна швидкості ферментативних реакцій).
2. Чи впливають на активність ферментів в органах: в одних випадках вони є активаторами ферментів і підвищують швидкість ферментативних реакцій, в інших чинять інгібуючу властивість і знижують швидкість ферментативного процесу.

3. Чи впливають на проникність клітинних мембран по відношенню до певних хімічних сполук. В результаті цього в клітини надходить більше або менше субстратів для ферментативних реакцій, що позначається на швидкості хімічних процесів.

За хімічною будовою діляться на:

1. Гормони білкової природи (білки і поліпептиди): гормони гіпоталамуса, гормони гіпофіза, кальцитонін щитовидної залози, гормон паращитовидних залоз, гормони підшлункової залози;

2. Гормони - похідні амінокислоти тирозину: йодовмісні гормони щитовидної залози, гормони мозкового шару надниркових залоз;

3. Гормони стероїдного будови: гормони кори надниркових залоз, гормони статевих залоз.
Синтез і виділення гормонів в кров знаходиться під контролем НС. При впливі на організм будь-яких зовнішніх факторів або при виникненні змін у крові і в різних органах відповідна інформація передається по аферентні (чутливим) нервах в ЦНС. У відповідь на отриману інформацію в гіпоталамусі виробляються біологічно активні речовини (гормони гіпоталамуса), які потім надходять в гіпофіз і стимулюють або гальмують в ньому секрецію так званих гормонів тропів (гормони передньої долі). Гормони тропів виділяються з гіпофіза в кров, переноситься в залози внутрішньої секреції і викликають в них синтез і секрецію відповідних гормонів, які далі впливають на органи-мішені. Таким чином, в організмі є єдина нервово-гуморальна регуляція.
Всі залози внутрішньої секреції надають один на одного взаємний вплив. Введення в організм гормонів не тільки позначається на функції залози, що виробляє вводиться гормон, ну і може мати негативний вплив на стан всієї нервової регуляція в цілому.

56. Гормони гіпоталамуса і гіпофіза.

Гіпоталамус.

Ліберини (рилізинг чинники) - Хімічна природа гормону - білок

Стимулює виділення в кров гормонів передньої долі гіпофіза.

Статини (інгібуючі фактори) - Хімічна природа гормона- білок

Гальмують виділення в кров гормонів передньої долі гіпофіза.

Більшу частину енергії організм отримує в результаті окислення вуглеводів і нейтральних жирів (до 90%). Іншу частину ~ 10% за рахунок окислення амінокислот. Амінокислоти, перш за все, використовуються для синтезу білка. Окислення їх відбувається:

1) якщо амінокислоти, які утворюються при оновленні білків не використовуються для синтезу нових білків;

2) якщо в організм надходить надлишок білка;

3) в період голодування або при цукровому діабеті, коли немає вуглеводів або їх засвоєння порушено, як джерело енергії використовуються амінокислоти.

У всіх цих ситуаціях амінокислоти втрачають свої аміногрупи і перетворюються в відповідні α-кетокислот, які потім окислюються до СО 2 і H 2 O. Частково це окислення йде через цикл трикарбонових кислот. В результаті дезамінування і окислення утворюються пировиноградная кислота, ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА, α-кетоглутарова кислота, сукцинил-КоА, фумарова кислота. Деякі амінокислоти можуть перетворюватися в глюкозу, а інші - в кетонові тіла.

Шляхи знешкодження аміаку в тканинах тварин

Аміак токсичний, і накопичення його в організмі може привести до смерті. Існують наступні шляхи знешкодження аміаку:

1. Синтез амонійних солей.

2. Синтез амідів дикарбонових амінокислот.

3. Синтез сечовини.

Синтез амонійних солей відбувається обмежено в нирках, це як додаткове захисне пристосування організму при ацидозу. Аміак і кетокислот частково використовуються для ресинтезу амінокислот і для синтезу інших азотистих речовин. Крім того, в тканинах нирок аміак бере участь в процесі знешкодження оргініческіх і неорганічних кислот, утворюючи з ними нейтральні і кислі солі:

R - COOH + NH 3 → R - COONH 4;

H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4) 2 SO 4;

H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

Цим шляхом організм захищається від втрати з сечею при виведеніікіслот знпачітельного кількості катіонів (Na, K, почасти Са, Mg), що могло б призвести до різкого зниження лужного резерву крові. Кількість амонійних солей, що виводяться із сечею, помітно підвищується при ацидозі, так як аміак використовується для нейтралізації кислоти. Одним із шляхів зв'язування і знешкодження аміаку є використання його для освіти амідного зв'язку глутаміну і аспарагина. При цьому з глутамінової кислоти під дією ферменту глутамінсінтетази синтезується глутамин, з аспарагінової кислоти за участю аспарагінсінтетази - аспарагин:

Цим шляхом відбувається усунення аміаку в багатьох органах (мозок, сітківка, нирки, печінку, м'язи). Аміди глутамінової та аспарагінової кислот можуть утворитися і тоді, коли ці амінокислоти знаходяться в структурі білка, тобто акцептором аміаку може бути не тільки вільна амінокислота, але і білки, до складу яких вони входять. Аспарагин і глутамін доставляються в печінку і використовуються в синтезі сечовини. Аміак переноситься в печінку і за допомогою аланина (глюкозо-аланіновий цикл). Цей цикл забезпечує перенесення аміногруп з скелетних м'язів в печінку, де вони перетворюються в сечовину, а працюючі м'язи отримують глюкозу. У печінці глюкоза синтезується з вуглецевого скелета аланина. У працюючому м'язі з α-кетоглутаровой кислоти утворюється глутамінова кислота, яка потім передає амінну групу - NH 2 піровиноградної кислоти, в результаті синтезується аланин - нейтральна амінокислота. Схематично вказаний цикл виглядає наступним чином:

Глутамінова кислота + пировиноградная кислота ↔

↔ α-кетоглутарова кислота + аланін

Мал. 10.1. Глюкозо-аланіновий цикл.

Цей цикл виконує дві функції: 1) переносить аміногрупи з скелетних м'язів в печінку, де вони перетворюються в сечовину;

2) забезпечує працюючі м'язи глюкозою, що надходить з кров'ю з печінки, де для її освіти використовується вуглецевий скелет аланина.

Освіта сечовини - основний шлях знешкодження аміаку. Цей процес вивчали в лабораторії І. П. Павлова. Показано, що сечовина синтезується в печінці з аміаку, CO 2 і води.

Сечовина виводиться з сечею в якості головного кінцевого продукту білкового, відповідно амінокислотного обміну. На частку сечовини доводиться до 80-85% всього азоту сечі. Головним місцем синтезу сечовини в організмі є печінка. Зараз доведено, що синтез сечовини відбувається в кілька етапів.

1 стадія - утворення карбамоілфосфата відбувається в мітохондріях під впливом ферменту карбомоілфосфат-синтетази:

На наступній стадії за участю орнитина синтезується цитрулін:

Цитрулін переходить з мітохондрій в цитозоль клітин печінки. Після цього в цикл вводиться друга аминогруппа в формі аспарагінової кислоти. Відбувається конденсація молекул цитруллина і аспарагінової кислоти з утворенням аргінін-бурштинової кислоти.

Цитрулін аспарагінова аргінін-бурштинова

кислота кислота

Аргінін-бурштинова кислота розщеплюється на аргінін і фумаровую кислоти.

Під дією аргінази аргінін гідролізується, утворюється сечовина і орнітин. Надалі орнітин надходить в мітохондрії і може включитися в новий цикл знешкодження аміаку, а сечовина виділяється з сечею.

Таким чином, в синтезі однієї молекули сечовини нейтралізується дві молекули NH 3 і CO 2 (HCO 3), що також має значення в підтримці рН. Для синтезу однієї молекули сечовини витрачається 3 молекули АТФ, в тому числі дві при синтезі карбомоілфосфата, одна для освіти аргінін-бурштинової кислоти; фумарова кислота може перетворюватися в яблучну і щавлевооцтову кислоти (цикл Кребса), а остання в результаті трансамінування або відновного амінування може перетворитися в аспарагиновую кислоту. Деяка частина азоту амінокислот виділяється з організму у вигляді креатиніну, який утворюється з креатину і креатинфосфату.

З усього азоту сечі на частку сечовини доводиться до 80-90%, амонійних солей - 6%. При надмірному харчуванні білком частка азоту сечовини зростає, а при недостатньому білковому годівлі знижується до 60%.

У птахів і рептилій - нейтралізація аміаку відбувається шляхом утворення сечової кислоти. Пташиний послід на птахофабриках - це джерело азотовмісного добрива (сечова кислота).