Биохимия пособие Коновалова 2012
.pdfс и - SH |
+ Q |
C H ,SO,H |
CH,SO,H |
^-С В -С О О Н |
|
B,N— CH - COOH |
CO, CH;—щ |
цистеин |
цистеин-диокси- |
цистеиновая |
таурин |
|
геназа |
кислота |
|
Таурин используется в реакциях конъюгации с желчными кисло тами для увеличения их гидрофильности. Непосредственное декарбок- силирование цистеина, протекающее в организме с небольшой скоро стью, сопровождается образованием цистеамина.
CHj —S H |
_______________^ |
(JHJ — SH |
UN — CH — COOH |
‘ |
CH* -----NHj |
цистеин |
CO2 |
цистеамин |
|
Цистеамин оказывает защитное действие при лучевой болезни, однако его действие является непродолжительным, поэтому были син тезированы его производные, аналоги, которые нашли применение в терапии лучевых поражений.
В животных тканях с большой скоростью протекает декарбоксилированиё 3,4-диоксифенилаланина - производного фенилаланина. При этом образуется ДОФ-амин, оказывающий мощное сосудосужи вающее действие. ДОФ-амин является промежуточным продуктом в синтезе катехоламинов норадреналина и адреналина.
Ю1
H2N - CHСООН |
9н2 |
|
рн2 |
?Н2 |
H 2N - СН - COOH |
H2N - сн -соон |
CH2N H 2 |
||
Фенилаланин |
тирозин |
3,4-диоксифенилалаиин |
ДОФ-амин |
|
Под действием декарбоксилаз из диаминокарбоновых кислот обРязуются диамины: из орнитина - путресцин, лизина —кадаверин.
2 5 1
|
|
|
с н - ^ |
|
|
|
|
сн2 |
R b |
|
|
с ц |
сн2 |
|
Р * |
--------^ |
|
||
сн. |
|
\ . ГТ сн2 |
||
СНг |
^ |
с н , |
||
I 4 |
СОг |
|
|
( |
HjN —СН - ССЮН |
CHj—N1^ |
H2N - CH— СООН |
СН2 NtR |
|
орнитнн |
|
|||
|
путресцин |
Л И З И Н |
кадаверИн |
|
Путресцин является предшественником полиаминов - спермина и спермидина. Последние несут большой положительный заряд и лег ко ассоциируются с ДНК и РНК, стабилизируют структуру ДНК, сти мулируют синтез ДНК и РНК, влияют на процессы пролиферации. В сутки в организме взрослого человека образуется около 0,5 ммоль спермина. Фармакологические дозы полиаминов вызывают понижение температуры и артериального давления. Кроме этого они способны ингибировать ферменты.
Таким образом, биогенные амины, являясь сильными фармако логически активными веществами, влияют на различные функции ор ганизма. Знание их физиологического действия, механизмов их обра зования и обезвреживания является важным для врачей, так как их на копление может привести к ряду серьезных нарушений.
Обезвреживание аминов происходит под действием ферментов моноаминоксидаз (МАО) и диаминооксидаз (ДАО). Это сложные ферменты, локализованы в митохондриях. Простетическая группа МАО - ФАД, ДАО - пиридоксальфосфат и медь.
Амины подвергаются окислительному дезаминированию:
+ФАД |
Г |
+н2о Т |
CH2NH2------ 1----------СН= NH |
:= о+ NH3 |
|
ф а д *н 2 |
и м е н |
1н |
Ф +о2
ФАД + Н20 2
Образовавшиеся альдегиды далее окисляются в жирные кисло ты, которые окисляются до конечных продуктов.
В клинике широко используются антигистаминные препараты, димедрол, пипольфен, тавегил, супрастин, бикарфен, диазолин, кето- тифен, зиртек, гисманал, терфенадин.
Также используются фармпрепараты, ингибирующие моноаминооксидазы: ипрониазид, ниаламид, пиразидол, сиднофен, индопай> гармин, паргилин. Все они активные антидепрессанты и используют6* для лечения депрессивных состояний.
252
Лекция 26
ПРЕВРАЩЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ ПО РАДИКАЛУ. ОБМЕН СЕРОСОДЕРЖАЩИХ АМИНОКИСЛОТ
Основными путями превращения аминокислот являются три направления:
1.По аминогруппе (дезаминирование и переаминирование).
2.По СООН-группе (декарбоксилирование).
3.По радикалу.
Первые два направления являются общими путями для всех аминокислот. Превращения по радикалу индивидуальны для определенных аминокислот, но имеют важное значение, так как образующиеся при этом метаболиты могут определять физиологическое состояние организма и обусловливать развитие патологических процессов при их нарушении.
Превращения по радикалу могут происходить путем:
1.Окислительно-восстановительных реакций:
-дегидрирования;
-окисления путем включения кислорода;
-гидроксилирования (превращения фенилаланина и тирозина).
2.Метилирования и трансметилирования.
1.Окислительно-восстановительные превращения аминокис
лот.
Путем дегидрирования происходит окисление цистеина. Цис теин - серосодержащая аминокисота. В молекулы белков входят три аминокислоты, содержащие серу: цистеин, цистин, метионин. Цистеин содержит высокореактивную SH-группу. При взаимодействии двух молекул (или остатков) цистеина образуется цистин, в котором остатки аминокислот связаны дисульфидной связью.
сн,—SH |
HS---?Н2 |
+НАД Ш Н + Н * |
|
сн,— S-—s—СН2 |
|
1 |
+ Н С.NHj |
|
|
1 |
Н CjN H 2 |
CjNH2 |
цистеин- |
Н |
CjNH2 |
||
соон |
1 |
редуктаза |
|
СООН |
|
соон |
|
|
СООН |
||
цистин
Дисульфидная связь между остатками цистеина образуется в од ной полипептидной цепи или между соседними полипептидными це пями, что имеет важное значение в формировании и стабилизации тре тичной и четвертичной структур белковой молекулы.
Многие ферменты в активном центре содержат SH-группы цис
253
теина, абсолютно необходимые для течения реакций. Окисление -1Т(1 групп приводит к инактиващии ферментов.
Свободный цистин в клетках имеется либо в незначительном ^ личестве, либо вообще отсутствует.
Остаток цистеина входит в состав трипептида глутатиона. При окислении его SH-группы образуется окисленная форма
глутатиона Gl—SH+G1-SH -» G1-S-S-G1, которая может восстанавлц. ваться глутатионредуктазой.
Глутатион играет важную роль в транспорте аминокислот через
клеточные мембраны, в создании окислительно-восстановительного потенциала в клетке, поддерживающего в восстановленной форме SH-
группы белков, ферментов. Глутатион является коферментом глутатионпероксидазы, осуществляющей обезвреживание пероксида и органических перекисей, образующихся при свободнорадикальном окисле нии органических молекул. Глутатион является коферментом глухатионинсулинтрансгидрогеназы, осуществляющей инактивацию инсу лина путем восстановления дисульфидных связей, соединяющих полипептидные цепи молекулы инсулина.
О
С—NH—CH—С В Ь -Й Н
СП» |
I |
| 2 |
С—NH—СН2-СООН |
СИ, |
II |
нс—N H 2
соон
глутатион
Путем конъюгации с глутатионом в цитозоле печени и почек происходит обезвреживание ароматических и алифатических ксено биотиков, солей тяжелых металлов, ртути при участии фермента глу- |
татион-S- алкилтрансферазы.
- При окислении цистеина (путем включения кислорода) обра зуется цистеиновая кислота, при декарбоксилировании которой возни кает таурин.
CH2- SH |
|
|
C H 2- SO2H |
CH2-so 3H |
|
снг-возЯ |
I |
+Oi |
|
I |
+[Ol I |
. |
|
H C - NH2 |
|
H € - N H 2 —L- ^ H C - N H 2 |
|
|
||
СООН |
диоксиге- |
СООН |
COOH |
|
|
|
|
наза |
|
|
|
|
та ури " |
|
|
|
цистеин- |
цистеиновая |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
сульфинат |
кислота |
|
|
|
254
Таурин участвует в образовании конъюгатов желчных кислот. Окислительно-восстановительные реакции происходят с участи
ем пиридинзависимых (с коферментом НАД или НАДФ) и флавиновых (с простатической группой ФМН или ФАД) ферментов.
Цистеинсульфиновая кислота, вступая в переаминирование с а- кетоглутаратом, превращается в p-сульфинилпируват, который далее распадается на пировиноградную кислоту и сульфит. Последний быст ро окисляется сульфитоксидазой в тканях и выводится с мочой в виде „етоксичных сульфатов и эфиросерных кислот.
Неорганический сульфат и его эфиры являются главными про дуктами метаболизма серы. На долю неорганического сульфата прихо дится около 80% всей серы в суточной моче. Остальная часть прихо дится на долю сульфатных эфиров различных метаболитов (стероидов, оксиароматических соединений, олигосахаридов и др.).
О важности окисления сульфита в сульфат в ходе нормального метаболизма человека свидетельствуют нарушения обмена у детей, в печени и почках которых отсутствует сульфитоксидаза. В их моче со держатся большие количества тиосульфата и сульфита, но практически отсутствует сульфат. Начиная с рождения, у этих детей проявляются выраженные неврологические нарушения, которые прогрессивно на растают и в возрасте 9 месяцев завершаются гибелью. Можно пола гать, что патологический эффект обусловлен накоплением сульфита и (или) продуктов его превращения.
Важной серосодержащей аминокисотой является метионин, ко торый участвует в реакциях метилирования субстратов в активной форме - в виде S-аденозилметионина (S-AM). При этом S- аденозилметионин превращается в S-аденозилгомоцистеин (S-АГ).
Образовавшийся S-аденозилгомоцистеин далее распадается на аДенозин и гомоцистеин.
255
гомоцистеин аденозин
Гомоцистеин может:
1. Вновь метилироваться и превращаться в метионин под дей ствием гомоцистеинметилтрансферазы. Коферментом фермента явля ется метилкобаламин. Донором метальной группы является 5- метилТГФК (активная форма витамина фолиевой кислоты).
СООН
I
ОН
N3 4
н
кислота
птерндии
5-метилтетрагидроф олиевая кислота
|
|
гомоцистеин- |
|
S — С Н 3 |
|
|
|
|
| |
J |
|
C H ,-S H |
метилтрансфераза |
С Н 2 |
|
||
С Н 2 |
|
(СНз-В12) |
* |
L |
|
+ 5-метил-ТГФК |
с н 2 |
|
|||
I |
нс—i\H2 |
||||
Н С — N H 2 |
|
||||
I |
|
|
|
СООН |
|
СООН |
|
|
|
|
|
гомоцистеин
+ ТГФК тетрагидрофолиевая кислота
5-метилТГФК превращается в тетрагидрофолиевую кислоту.
2. |
Однако основным путем превращения гомоцистеина явля |
||||||||||
ется взаимодействие с серином, в результате чего образуется цисте- |
|||||||||||
C H 2- S H |
г н п н |
ЦН£Т*" |
CHi'S |
|
СН2 |
|
рн пн |
|
|||
I |
j |
L |
|
I * |
цкстатионазаУ“ 2 ^ и |
|
втт |
||||
СН2 |
| |
тионннснн- |
CH2 |
H C ^ |
^ |
^ |
H |
|
, J N H |
||
|
|
таза |
H C - |
N H 2 |
соон |
|
|
—NH2 i |
„ |
||
НС—NH^H^ _ N H 2 _ |
|
н с |
|||||||||
СООН |
с о о н |
*Н2о' |
I |
|
|
|
1 |
zCOOH |
|||
соон |
|
|
|
COOH |
|
|
|||||
гомоцистеин серин |
цистатионин |
|
гомосерин |
|
цистеян |
||||||
256
Таким образом, источником серы для цистеина может служить только незаменимая аминокислота метионин. Если организм получает достаточное количество метионина, то не возникает дополнительной потребности в цистеине.
При наследственных дефектах генов, отвечающих за синтез фер ментов, участвующих в обмене метионина, гомоцисгеина, цистина, возникают заболевания, проявляющиеся нарушением метаболизма этих аминокислот.
Известны три наследственных нарушения метаболизма цистина: цисгинурия, цистатионинурия и гомоцистинурия. Цистинурия харак теризуется высокой экскрецией с мочой цистина в результате дефекта транспортной системы почек - его недостаточной канальциевой реаб-
сорции.
Цистатионинурия наблюдается при дефиците витамина Вб, так как цистатионинсинтаза, катализирующая синтез цистатионина, и цистатионаза, катализирующая его распад, содержат пиридоксальфосфат. Цистатионинурия может быть также при недостаточности фер мента N5 - метилтетрагидрофолат-гомоцистеин-метилтрансферазы. Возникающий при этом избыток гомоцистеина приводит к накоплению цистатионина.
Гомоцистинурия наблюдается при дефекте гена цистатионинсинтазы. Неиспользованный в ходе метаболизма гомоцистеин экскретируется с мочой в виде гомоцистина, образующегося из гомоцисгеина. В тканях имеется высокая концентрация метионина и гомоцистеина. На рушается умственное развитие и развитие скелета.
Дефект метилентетрагидрофолатредуктазы также приводит к гомоцистинурии в результате повышения концентрации гомоцистеина и его выделения с мочой в виде гомоцистина при нормальном содержа нии метионина. Сопровождается нарушением умственного развития.
Лекция 27
МЕТИЛИРОВАНИЕ И ТРАНСМЕТИЛИРОВАНИЕ
Метилирование - введение метильной группы в молекулу суб страта.
Назначение метилирования:
1. Образование низкомолекулярных соединений - холина, адре налина, креатина, тимидиловых нуклеотидов.
2 Инактивация биологически активных веществ - катехоламиНов, гормонов.
257
3.Обезвреживание ксенобиотиков.
4.Созревание ДНК, всех видов РНК. В печени есть фермент полинуклеотидметилтрансфераза, она метилирует основания, входящие в состав нуклеиновых кислот. Метилированные основания (5,
метилурацил, 6-метиладенин): 1) служат маркерами специфических участков полинуклеотидных цепей и 2) защищают ДНК от воздействия ферментов, образующихся при попадании в клетку вирусов.
5. Возможно, при некоторых формах шизофрении повышено ме тилирование дофамина и серотонина (метионин может вызвать у хр0. нических шизофреников острые психотические реакции).
Несмотря на все усилия, которые предпринимались исследова телями в течение многих десятилетий, успехи в биологическом изуче нии шизофрении невелики. Анализировать данные трудно, потому что отсутствуют качественные или количественные критерии, по кото рым можно диагностировать шизофрению; более того, диагностиче ские стандарты часто различаются у разных психиатров и в разных странах.
Существует гипотеза о предрасположенности к стрессу. Стрессовые ситуации, которые преодолеваются большинством лю дей или приводят у них к "невротическим ” симптомам, у людей, пред расположенных генетически, могут вызвать шизофренический психоз. Вопрос состоит в том, какие генетически определяемые физиологиче ские изменения увеличивают риск заболевания шизофренией? Имею щиеся в настоящее время гипотезы сконцентрированы на аномалиях в метаболизме нейромедиаторов. Например, метионин может вызвать у хронических шизофреников острые психотические реакции. Воз можно, что у некоторых больных шизофренией патологически повы шено метилирование дофамина и метионин усиливает эту патоло гию, являясь источником метальных групп. Другими возможными кондидатами на роль эндогенных психотоксинов являются метилирован ные производные серотонина.
Трансметилирование - это транспорт метальной группы от ис точника метальных групп к субстрату метилирования с помощью Д°' норов или переносчиков метальных групп.
Источниками метальных групп служат серин, холин, бетаин. Переносчиками или донорами метальных групп для субстр3'
тов служат активная форма фолиевой кислоты - тетрагидрофолиева» кислота (ТГФК) и активная форма метионина - 8-аденозилметиониИ (S-AM).
258
|
|
Схема трансметилирования |
||
cep l |
I ТГФК |
ТГФК КЛ S-AM [\Л субстрат |
||
|
|
+2H |
|
|
гли |
метилен |
метил |
S-АГ |
субстрат СН 3 |
|
ТГФК |
ТГФК |
| |
|
|
|
|
холин, бетаин |
|
Строение фолиевой кислоты
ОН
птеридин |
ПАБК |
L-глутаминовая кислота |
5,6,7,8-тетрагидрофолиевая кислота (ТГФК)
Метильная группа переносится в 5-ом положении — 5-метил ТГФК, но ТГФК может переносить и другие одноуглеродные фрагмен ты: N5N10метилен ТГФК (-СН г-); N5N!0метенил ТГФК (-СН=) и др.
В большинстве процессов биосинтеза донором метальной груп пы служит S-AM. Метильная группа S-AM активируется под дей ствием положительного заряда соседнего атома серы, поэтому ее реакционная способность значительно выше, чем у 5-метил ТГФК. В результате S-AM является универсальным донором метальных групп Для самых разнообразных субстратов метилирования.'Получает ме тальную группу S-AM от небольшого числа молекул - главным обра зом, от 5-метил ТГФК, реже - от холина и бетаина.
259