Модуль V. Обмен белков и аминокислот
60. Источники и пути расходования аминокислот в тканях. Распад белков в тканях с участием протеасом и катепсинов.
Протеасомы. В 70-е годы XX в. появились доказательства того, что разрушение белков происходит не только в лизосомах. В конце 80-х годов двумя группами исследователей было показано, что белки разрушаются большими полипротеазными комплексами, которые были названы протеасомы. Сейчас известно, что каждая клетка человеческого тела содержит около 30 тыс. протеасом. Молекулярная масса органеллы - около двух миллионов дальтон. Каждая протеасомы состоит из трубкоподибнои и одной или двух регуляторных частей; последние расположены на одном или обоих концах органеллы. Трубкоподибна часть содержит четыре последовательно расположенных кольца, каждое из которых состоит из семи субъединиц, окружающих центральный канал протеасомы. Регуляторные части узнают и присоединяют белки, предназначенные для разрушения. Они обеспечивают раскрутки молекул белка и заталкивания их в центральный канал трубкоподибнои части, где протеазы разрезают их на фрагменты разной длины. Эти фрагменты впоследствии расщепляются другими энзимами до аминокислот, которые используются для синтеза новых белков.
В механизме распознавания белков, которые должны быть уничтожены в протеасомы, главную роль играет процесс, получивший название убиквитинации, то есть присоединение к белковых молекул белка убиквитина. Убиквитинация состоит из трех этапов и включает три энзимы: Е1, Е2 и ЕЗ. На первом этапе Е1 активирует убиквитин. На втором - с помощью Е1 активирован убиквитин присоединяется к Е2. Третий этап заключается в переносе активированного убиквитина с Е2 на белок с помощью ЭЗ. Существуют сотни различных энзимов ЕЗ, каждый из которых имеет родство с определенной последовательностью аминокислотных остатков белка и делает его мишенью убиквитинации.
Многочисленными исследованиями показано, что убиквитинация белков и последующее их разрушение в протеасомы обеспечивает нормальное течение многих процессов: регуляцию внутриклеточного метаболизма, иммунный надзор, освобождение от аномальных белковых молекул, деление клеток и межклеточное коммуникацию, развитие и рост организма, циркадные ритмы. Нарушение же механизмов убиквитинации (например, вследствие мутации белка ЕЗ) и замедление или блокировку разрушения белков в протеасомы является основой некоторых наследственных аномалий (в частности муковисцидоза), нейродегенеративных расстройств (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера), многих вирусных заболеваний, канцерогенеза.
Катепсины — протеазы, в основном внутриклеточные. Большинство катепсинов проявляют активность внутри лизосом, разрушая захваченные клеткой молекулы. По строению активного участка катепсины разделяют на цистеиновые, сериновые и аспартатные протеазы. Наиболее многочисленны катепсины, содержащие в своём активном сайте цистеин: это катепсины B, C, H, F, L, K, O, S, V/L2, X, W. К сериновым протеазам относятся катепсины A и G, к аспартатным — D и E.
Оптимальный pH для действия катепсинов =3.8. Их активность растёт в опухолевых клетках. Катепсины группы В — трипсиноподобные; группы D — действуют подобно пепсину, активируют другие катепсины. Катепсин группы G наиболее активен в полиморфноядерных лейкоцитах, действует подобно химотрипсину.
61. Дезаминирование аминокислот: прямое (окислительное и неокислительное) и непрямое. Биологическое значение процесса. Глутаматдегидрогеназа.
Дезаминирование АК — реакция отщепления α-аминогруппы от АК, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота и выделяется молекула аммиака.
Дезаминирование бывает прямым и непрямым.
Прямое дезаминирование АК
Прямое дезаминирование - это дезаминирование, которое происходит в 1 стадию с участием одного фермента. Прямому дезаминированию повергаются глу, гис, сер, тре, цис.
Существует 5 видов прямого дезаминирования АК:
окислительное;
неокислительное;
внутримолекулярное;
восстановительное;
гидролитическое.
Окислительное дезаминирование - самый активный вид прямого дезаминирования АК.
1. Глутаматдегидрогеназа (глу-ДГ) - олигомер, состоящий из 6 субъединиц (молекулярная масса 312 кД), содержит кофермент НАД+. Глу-ДГ катализирует обратимое дезаминирование глу, очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Глу-ДГ аллостерически ингибируют АТФ, ГТФ, НАДH2, активирует избыток АДФ. Индуцируется Глу-ДГ стероидными гормонами (кортизолом).
Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование α-иминоглутарата, затем — неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется α-кетоглутарат. При избытке аммиака реакция протекает в обратном направлении (как восстановительное аминирование α-кетоглутарата).
Глу + НАД+ + Н2О ↔ α-КГ + НАДН2 + NH3