Занятие 23 (5 – 10 марта 2012 г.)
Тема: «ОСОБЕННОСТИ ОБМЕНА ГЛИЦИНА, СЕРИНА, СЕРУСОДЕРЖАЩИХ И АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ»
1. Пути синтеза аминокислот в организме. Источники атомов углерода и азота для биосинтеза аминокислот.
2. Обмен глицина и серина. Роль тетрагидрофолиевой кислоты в образовании и переносе одноуглеродных групп.
3. Обмен серосодержащих аминокислот. Участие метионина в реакциях трансметилирования.
4. Биосинтез креатина и креатинфосфата, биологическая роль. Образование и выделение креатинина. Клинико-диагностическое значение определения содержания креатина и креатинина в крови и моче.
5. Обмен ароматических аминокислот. Участие их в синтезе гормонов, медиаторов и пигментов. Особенности катаболизма фенилаланина и тирозина.
6. Врождённые нарушения обмена фенилаланина и тирозина (фенилкетонурия, алкаптонурия, альбинизм): основные симптомы, биохимическая диагностика, особенности диеты.
Раздел 23.1 Биосинтез аминокислот в тканях.
23.1.1. В организме человека возможен синтез заменимых аминокислот, к которым относятся: аланин, аргинин, аспартат, гистидин, глицин, глутамат, глутамин, пролин, серин, тирозин, цистеин. Недостаток в пище любой из этих аминокислот не будет сопровождаться её дефицитом в организме. Основными путями образования заменимых аминокислот являются: 1) трансаминирование α-кетокислот , 2) восстановительное аминирование α-кетокислот , 3) синтез с участием незаменимых аминокислот .
23.1.2. Трансаминирование (см. тему 21). Источниками атомов углерода в этих реакциях служат метаболиты гликолиза и цикла Кребса, источниками атомов азота – другие аминокислоты, чаще всего – глутамат (см. рисунок 23.1).
23.1.3. Восстановительное аминирование (см. тему 22). Источником атома азота аминогруппы является молекула аммиака, источником углерода - α-кетокислоты, чаще всего - α-кетоглутарат (см. рисунок 23.1).
Рисунок 23.1. Биосинтез заменимых аминокислот в тканях с использованием углеродного скелета глюкозы (одной звёздочкой показаны реакции трансаминирования, двумя – восстановительного аминирования).
23.1.4. Синтез с участием незаменимых аминокислот. Заменимая аминокислота тирозин может образоваться из незаменимой аминокислоты фенилаланина:
Фенилаланингидроксилаза - типичная цитохром P 450 -зависимая гидроксилаза со смешанной функцией: один атом кислорода включается в воду и другой в гидроксильную группу тирозина. Восстановителем служит кофактор тетрагидробиоптерин , который поддерживается в восстановленном состоянии НАДФН-зависимым ферментом дигидробиоптерин-редуктазой.
Заменимая аминокислота цистеин синтезируется при участии незаменимой аминокислоты метионина, которая используется как источник атома серы. После отдачи метильной группы в реакциях трансметилирования метионин превращается в гомоцистеин. При его взаимодействии с заменимой аминокислотой серин образуется цистатионин:
Цистатионин подвергается расщеплению с образованием цистеина и гомосерина, который подвергается дезаминированию в α-кетобутират:
Таким образом, фенилаланин и метионин, поступающие с пищей, частично используются для синтеза заменимых аминокислот. Поэтому суточная потребность в фенилаланине и метионине может быть существенно снижена при поступлении в организм дополнительных количеств тирозина и цистеина соответственно.
Раздел 23.2 Обмен серина и глицина. Образование и перенос одноуглеродных групп.
Главную роль в реакциях обмена серина и глицина играют ферменты, в состав которых в качестве кофермента входит тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК). ТГФК образуется в организме в результате восстановления фолиевой кислоты (витамина В с ).
фолиевая кислота
ТГФК
Реакционноспособными центрами в молекуле ТГФК являются атомы азота в положениях 5 и 10. Атомы водорода при N 5 и N 10 могут замещаться на различные одноуглеродные группы: метильную (-СН 3 ), метиленовую (-СН 2 -), метенильную (=СН-), формильную (-СН=О) и некоторые другие. Основными источниками одноуглеродных групп в клетке служат серин и глицин.
5,10-Метилен-ТГФК используется как донор метильной группы в реакциях биосинтеза тимидилового нуклеотида .
При окислении 5,10-метилен-ТГФК образуются 5,10-метенил-ТГФК и 10-формил-ТГФК. Эти производные ТГФК служат источниками атомов углерода в процессе биосинтеза пуриновых нуклеотидов (аденилового и гуанилового) .
При восстановлении 5,10-метилен-ТГФК образуется 5-метил-ТГФК. Это соединение интересно тем, что может поставлять метильную группу для регенерации метионина из гомоцистеина (см. далее).
23.2.3. Аминокислота глицин , помимо участия в синтезе белка и образовании различных одноуглеродных групп, является предшественником ряда специализированных биомолекул:
оба атома углерода и атом азота глицина могут включаться в структуру пуринового ядра (атомы С 4 , С 5 и N 7 );
глицин является главным предшественником порфиринов (простетической группы гемоглобина, миоглобина, цитохромов);
глицин участвует в синтезе креатина - предшественника креатинфосфата, участвующего в биоэнергетике мышечной и нервной ткани;
глицин входит в состав пептидного кофермента глутатиона;
участвует в образовании конъюгатов (гликохолевая кислота, гиппуровая кислота).