Біологічна та біоорганічна хімія_Мардашко О.О._ изд. 2008-342 с._ОНМедУ-2012

дозі з утворенням амонійних солей (NH +H+ →

3. Синтез аргініносукцинату з цитруліну й

3

аспарагінової кислоти. Реакцію каталізує аргі-

NH +), захищаючи тим самим організм від втра-

4

нінсукцинатсинтетаза. У реакції витрачається

ти з сечею іонів Nа+, які у противному разі ви-

користовувалися б для підтримки фізіологічного

енергія однієї молекули АТФ, але двох макроер-

рівня рН крові й сечі при ацидозі.

гічних зв’язків. Слід зазначити, що аміногрупа

аспарагінової кислоти є джерелом другого ато-

Біосинтез сечовини

ма азоту в молекулі сечовини (перший атом азо-

ту — від NH ).

Основним механізмом знешкодження NH3 в

4. Розпад3

аргінінбурштинової кислоти на

організмі є біосинтез сечовини, який відбуваєть-

аргінін і фумарову кислоту під впливом фермен-

ся в печінці й складається з кількох етапів, які ра-

ту аргінінсукцинатліази.

зом становлять орнітиновий цикл сечовиноутво-

рення Кребса:

1. Синтез карбамоїлфосфату з NH (або глу-

NH2

COOH

3

таміну), СО2, фосфату (донором якого є АТФ) за

C O

H2N

CH

участю АТФ, N-ацетилглутамату і ферменту

+

+ ATФ

NH

CH2

- AMФ - PPi

карбамоїлфосфатсинтази. На даному етапі ви-

(CH2)3

COOH

трачаються 2 молекули АТФ. N-ацетилглутамат

Аспартат

є активатором даної реакції. Карбамоїлфосфат-

CH

NH2

синтетаза як простетичну групу містить біотин.

COOH

Цитрулін

Схема першого етапу:

NH2

COOH

NH2

COOH

NH3 (або глутамат) + CO2 + 2АТФ + НОН

C N

CH

C

NH

CH

Карбамоїлфос-

- 2АДФ - Рн

NH

CH2

NH

+ НCH

фатсинтетаза

N-ацетилглутамат

(CH2)3 COOH

(CH2)3

COOH

NH2

NH2

Фумарова

CH NH2

CH

кислота

C

O

OH

COOH

COOH

O

Аргініносукцинат

Аргінін

P

O

OH

Карбамоїлфосфат

5. Розпад аргініну на сечовину й орнітин під

Спочатку за участю однієї молекули АТФ СО2

впливом ферменту аргінази.

з’єднується з ферментом через біотин з утворен-

NH2

ням комплексу СО2-біотин-фермент. Потім СО2-

C NH

NH2

біотин-фермент реагує з NH3 і з другою молеку-

+ HOH

NH2

NH

лою АТФ (донор фосфату) з утворенням карба-

(CH2)3

+

C

O

моїлфосфату. Виявлено дві карбамоїлфосфатсин-

(CH2)3

CH

NH2

NH2

тетази — І та II. Карбамоїлфосфатсинтетаза І ло-

CH NH2

COOH

калізована в мітохондріях (переважно в печінці).

COOH

Як донор азоту цей фермент використовує тільки

Аргінін

Орнітин

Сечовина

NH3, регулюється й активізується N-ацетилглу-

Фумарат вступає в ЦТК, перетворюючись

таматом. Карбамоїлфосфатсинтетаза II локалізо-

вана в цитоплазмі швидко зростаючих тканин

там на малат, а потім — на оксалоацетат, який

(пухлин), як донор азоту використовує глутамін,

трансамінуванням із глутаміновою кислотою пе-

активність ферменту не залежить від N-ацетил-

ретворюється на аспарагінову кислоту, що зно-

глутамату.

ву може з’єднуватися з цитруліном, тобто всту-

2. Перенос карбамоїлу від карбамоїлфосфату

пати в орнітиновий цикл.

на орнітин з утворенням цитруліну і вивільнен-

Орнітин переходить із цитозолю у мітохондрії

ням фосфату. Каталізує реакцію фермент орні-

і може знову взаємодіяти з карбамоїлфосфатом,

тинкарбамоїлтрансфераза

тобто знову повторюється орнітиновий цикл

Кребса. Цикл синтезу сечовини має тісний зв’я-

NH2

NH2

NH2

зок із циклом трикарбонових кислот (рис. 11.3).

Сечовина виділяється з організму з сечею. У

C

O

OH

CH2

C O

+

процесі білкового обміну в людини за добу утво-

O

P

O

CH2

NH

OH

- H3PO4

рюється і виділяється з сечею близько 30 г сечо-

CH2

(CH2)3

вини — це 70 % усього азоту азотовмісних ком-

Карбамоїл-

CH

NH2

CH NH2

понентів сечі.

фосфат

COOH

COOH

Із сечею виділяється більша частина синтезо-

Орнітин

Цитрулін

ваної в організмі сечовини. Однак невелика

кількість її розщеплюється під впливом ферменту

Перші 2 етапи перебігають у мітохондріях пе-

уреази на СО2

і NH3, який використовується для

чінки. Утворений у мітохондріях цитрулін пере-

нейтралізації кислот і в деяких інших процесах.

ходить у цитоплазму клітини, де починається

Підвищення концентрації аміаку в крові на-

3-й етап.

зивається гіперамоніємією. Розрізняють вроджені

159

	Цитрулін		+ NH3
			Аспартат	Оксалоацетат	Ацетил-КоА
			+ АТФ
	Цикл			Малат
			- АМФ - ПФ
Карбамоїл-	синтезу			ЦТК	Цитрат
		Аргініно-
фосфат	сечовини
		сукцидат		Фумарат
					Ізоцитрат
Орнітин		Аргінін		Сукцинат
				Кетоглутарат
CO2 + NH3 + 2 АТФ
Глутамін	+ NH3		Глутамат	+ NH3

N-ацетил-

глутамат

Сечовина

Рис. 11.3. Зв’язок циклу синтезу сечовини і циклу трикарбонових кислот

і набуті гіперамоніємії: вроджені пов’язані з вро-

Лізин входить до складу білків, є незамінною

дженими порушеннями синтезу кожного з 5 фер-

амінокислотою (не синтезується в тканинах тва-

ментів орнітинового циклу; набута гіперамоніє-

рин і людини). Значну кількість лізину містять

мія спостерігається при захворюваннях печінки

такі білки, як протаміни й гістони, які з’єднують-

внаслідок ослаблення біосинтезу сечовини у ге-

ся з нуклеїновими кислотами й разом утворюють

патоцитах.

складні білки — нуклеопротеїни.

Особливий інтерес представляє обмін аргіні-

ну. Ця амінокислота, як і лізин, входить до скла-

11.4. СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ШЛЯХИ

ду протамінів і гістонів. При гідролізі аргініну за

участю аргінази утворюються сечовина й орні-

ОБМІНУ АЦИКЛІЧНИХ

тин. Аргінін є субстратом для утворення оксиду

І ЦИКЛІЧНИХ АМІНОКИСЛОТ.

нітрогену.

БІОСИНТЕЗ ГЛУТАТІОНУ

До того ж аргінін разом із гліцином і метіоні-

ТА КРЕАТИНУ. ЕНЗИМОПАТІЇ

ном необхідні для біосинтезу важливої для м’язів

АМІНОКИСЛОТНОГО ОБМІНУ

сполуки — креатину.

Особливості обміну

Обмін і біологічна роль креатинфосфату

Синтез креатину перебігає в 2 етапи:

діаміномонокарбонових кислот

1. Перенос амідинової групи від аргініну на

Крім загальних шляхів обміну амінокислот

гліцин з утворенням глікоціаміну (гуанідинаце-

(дезамінування, трансамінування, декарбокси-

тату) і орнітину. Каталізує реакцію фермент

лювання), існують індивідуальні шляхи обміну

гліцинамідинотрансфераза. Ця реакція перебігає

майже всіх амінокислот. У процесі індивідуаль-

переважно в нирках.

них перетворень амінокислот можуть утворюва-

тися продукти реакції, що відіграють важливу

NH2

NH2

NH2

роль в обміні речовин і у фізіологічних функціях

C

NH

NH2

організму. До цих амінокислот належать аргінін,

C

NH

(CH2)3

NH

лізин, орнітин і цитрулін.

+

CH2

NH

+

CH NH2

Цитрулін у складі білків не виявлений, утво-

(CH2)3

COOH

CH2

COOH

рюється з орнітину і є проміжним продуктом біо-

CH

NH2

COOH

синтезу сечовини.

COOH

Орнітин у складі білків також не виявлений.

Аргінін

Гліцин

Гуанідинацетат Орнітин

Утворюється з аргініну в процесі біосинтезу сечо-

2. Перенос метильної групи від активної фор-

вини або біосинтезу креатину.

ми метіоніну S-аденозилметіоніну на гуанідин-

+ НОН

Аргінін

Сечовина + Орнітин

ацетат з утворенням креатину. Цей етап синте-

зу креатину відбувається в печінці. Гуанідин-

+ Гліцин

Гуанідинацетат + Орнітин

ацетат із нирок течією крові переноситься в печін-

160

ку, де метилюється в креатин. Каталізує реакцію фермент гуанідинацетатметилтрансфераза, що містить як кофермент S-аденозилметіонін.

	NH2				NH2
C			NH	+ (-CH3)	C	NH
	NH				N	CH3
	CH2				CH2
	COOH				COOH
ГуанінацетатГуандиноцет					Креатин

Креатин із печінки течією крові надходить у м’язову тканину (у незначній кількості — в інші тканини). Таким чином, починається синтез креатину у нирках, завершується у печінці, а зосереджується майже повністю у м’язах.

OH

NH2

NH

P

O

C

NH

C

NH OH

+ АТФ

N

CH3

N

CH3

- АДФ

CH2

CH2

COOH

COOH

Креатин

Креатинфосфат

NH2

NH

+ АДФ

C

NH

C

NH

N

CH3

N

CH3 О

- АТФ

- НОН

CH2

CH2

О

COOH

C

Креатин Креатинін

Біологічна роль цього явища полягає в тому, що креатин, взаємодіючи з АТФ під впливом ферменту креатинфосфокінази, перетворюється на креатинфосфат, який є макроергом, що містить амідинфосфатний макроергічний зв’язок. Він нагромаджується у м’язах (причому кількість його зростає при тренуванні м’язів до фізичного навантаження) і являє собою сполуку, яка в умовах інтенсивної м’язової роботи може взаємодіяти з АДФ за участю креатинфосфокінази з утворенням АТФ і креатину, тобто реакція перебігає у зворотному напрямку.

Креатинфосфат є швидким постачальником АТФ, що використовується при м’язових скороченнях. Концентрація його в скелетних м’язах хребетних тварин перевищує в 3–8 разів концентрацію АТФ, тому вміст АТФ у м’язах не зменшується в процесі їхнього скорочення, доки не вичерпається креатинфосфат. Запаси креатинфосфату в м’язах достатні для забезпечення їх енергією протягом 20–30 с інтенсивної м’язової роботи. Частина креатинфосфату піддається неферментативному дефосфорилуванню й перетворюється на креатинін, який може утворюватися безпосередньо з креатину шляхом відщеплення від нього молекули води. Креатинін як один із кінцевих продуктів білкового обміну виділяється з організму з сечею — 0,5– 2,5 г/добу.

Крім загальних шляхів обміну амінокислот (дезамінування, трансамінування, декарбоксилювання), характерних для всіх амінокислот, з’я- совані індивідуальні шляхи перетворення майже всіх амінокислот білкової молекули. Деякі з цих перетворень спричинюють утворення продуктів реакції, що відіграють вирішальну роль в обміні речовин і фізіологічних процесах організму.

Обмін гліцину і серину

Гліцин пов’язаний з різними метаболічними процесами більше, ніж будь-яка інша амінокислота. Так, він бере участь в утворенні тканинних білків, глюкози, ліпідів, гему, пуринових нуклеотидів, жовчних кислот (глікохолева, дезоксиглікохолева), входить до складу трипептиду глутатіону, що бере участь в окисно-віднов- них процесах, у знешкодженні у печінці продуктів гниття білків, що всмокталися з кишечнику (гіпурова кислота), необхідний для утворення креатину, з нього утворюється мурашина кислота.

Окисне дезамінування гліцину каталізує специфічна дезамінуюча дегідрогеназа — гліциноксидаза. У результаті дезамінування гліцин перетворюється на гліоксилову кислоту, яка надалі в тканинах окиснюється до щавлевої кислоти або мурашиної кислоти і СО2. Щавлева кислота виводиться з організму з сечею у вигляді її солей

— оксалатів. Мурашина кислота далі може піддаватися відновленню за участю НАДФН+Н+ і тетрагідрофолієвої кислоти (ТГФК) у формільне похідне тетрагідрофолієвої кислоти — N5,N10- CH2CH–ТГФК, що служить донором оксиметильних груп (–СН2–ОН) у реакціях перетворення гліцину на серин.

Глутатіон Піруват Фосфоліпіди Цистеїн Білки

Мурашина	СЕРИН	Глюконео-
кислота		генез
Гіпурова	ГЛІЦИН	Синтез гему
кислота		Креатин
Метилен-ТГФК	ТРЕОНІН	Жовчні
(синтез метіоніну,		кислоти
пуринових
нуклеотидів,
тимідилової к-ти)

			O	2
	CH2 NH2 + O2 + HOH		C	+1/2O
				+
			H
	COOH	- NH3 - HOH		- 1/2O2
			COOH CO
Гліцин				2
		Гліоксалат
				+
				H
				+
				H
			НАДФ
			+

CООH Оксалат

COOH

H

COOH + N5N10–CH2–OH-тетра-

гідрофолат

Оксиметил-ТГФК

Форміат

161

CH2–COOH

+ ТГФК

СO2 + NH3 + Метилен-ТГФК

CH2

SH

+ O2

CH2 SO2H

+ 1/2O2

CH2

SO3H

NH2

CH

NH2

CH

NH2

CH

NH2

CH2–COOH

+ Метилен-ТГФК

CH2–CH–COOH

COOH

COOH

COOH

Цистеїн

Цистеїн-

Цистеїнова

NH2

- HOH - ТГФК

OH NH2

сульфінова

кислота

Гліцин

Серин

кислота

- CO2

Отже, сама амінокислота гліцин і продукт її

O C

NH

CH

CH2 SH

Цистеїн

CH2

SO3H

розпаду — мурашина кислота використовують-

ся для біосинтезу серину.

CH2

C

O

CH2

NH2

При декарбоксилюванні серин перетворюєть-

CH2

NH

Гліцин

Таурин

ся на коламін (етаноламін), який, приєднуючи

CH NH2

CH2

метильні групи від S-аденозилметіоніну, перетво-

COOH

COOH

рюється на холін. Серин, коламін і холін входять

до складу фосфоліпідів.

Глутамінова кислота

           

кислота

Глутатіон

Метаболізм серину

CH2

OH

OH

CH2

OH

CH

Дисульфідний зв’язок, що утворився, є одним

CH2

+3(-CH3)

+

3

із видів хімічних зв’язків у білковій молекулі, які

CH

NH2

CH2

N

CH3

-CO2

NH

CH

стабілізують її структуру. Цистеїн входить до

COOH

2

2

CH3

Серин

Етаноламін

Холін

складу активних центрів деяких ферментів, що

дістали у зв’язку з цим назву — тіолові фермен-

Дезамінування серину відбувається шляхом де-

ти. До них належать гліцеральдегідфосфатдегід-

гідратації за участю ферменту сериндегідратази:

рогеназа, гексокіназа та ін.

CH2

OH

CH3

CH3

Цистеїн є основною частиною трипептиду

+ HOH

глутатіону (Г-SH), до складу якого, крім цистеї-

NH2

C

NH

C

O

CH

ну, входять глутамінова кислота і гліцин. Глу-

- HOH

- NH3

COOH

COOH

COOH

татіон може перебувати в окисненій і відновленій

Серин

Піруват

формі, віддаючи або приєднуючи два атоми

Гліцин також перетворюється на піруват, але

Гідрогену. Біологічна роль глутатіону полягає в

такому. При окисненні SH-груп активних цент-

через серин. Піруват, що утворився, окиснюєть-

рів ферментів вони втрачають свою активність.

ся з вивільненням енергії. Отже, гліцин може пе-

Глутатіон сприяє збереженню SH-груп цих фер-

ретворюватися: 1) на щавлеву кислоту, що виво-

ментів у відновленій формі. Окиснений глутаті-

диться з організму з сечею; 2) на мурашину кис-

он відновлюється під дією глутатіонредуктази,

лоту, а за участю останньої утворюється фор-

використовуючи атоми Гідрогену НАДФ+Н+.

мільне похідне ТГФК, оксиметильні групи якого

- 2Н

використовуються на біосинтез серину; 3) через

Глу–SH + HS–Глу

Глу–S–S–Глу

серин із гліцину можуть утворюватися коламін,

+ 2Н

холін, піруват. Серин може перетворюватися:

Глутатіон відновлений

Глутатіон окиснений

1) на коламін і холін; 2) на піруват.

Обмін сірковмісних амінокислот

З іншого боку, глутатіон може пригнічувати

У молекулі білка виявлено три сірковмісні амі-

функцію деяких білків. Наприклад, за участю

атомів Гідрогену відновленого глутатіону відбу-

нокислоти —

цистеїн, цистин і метіонін, метабо-

вається розрив дисульфідних зв’язків між двома

лічно тісно пов’язані між собою. У тканинах лег-

поліпептидними ланцюгами інсуліну. Цистеїн

ко перебігає ферментативна окисно-відновна ре-

піддається окисненню в цистеїнсульфінову кисло-

акція між цистеїном і цистином. Каталізує реак-

ту, яка може використовуватися у двох напрям-

цію фермент цистинредуктаза, коферментом якої

ках:

є НАД+:

1.

Піддаватися трансамінуванню з α -кетоглу-

Метаболізм цистеїну

таровою кислотою з утворенням глутамату і

β -сульфінілпірувату, що потім переходить у піру-

Біосинтез білка

Метіонін

Глутатіон

ват і SO2. Двоокис сірки перетворюється на

сульфіт (SO32-), що окиснюється в тканинах до

Формування

Цистеїн

Коензим А

сульфатів, які виводяться з сечею. Сульфатна кис-

структур білка

лота в печінці знешкоджує токсичні речовини,

Цистин

Піруват

що утворюються в товстому кишечнику при

гнитті білків. Піруват окиснюється з вивільнен-

ням енергії.

Цистеїнсульфінова кислота

2. Окиснення цистеїнсульфінової кислоти до

цистеїнової кислоти. Цистеїнова кислота може

Цистеїнова кислота

піддаватися декарбоксилюванню до таурину,

який входить до складу жовчних кислот (тауро-

Таурин

холевої, дезокситаурохолевої).

162

Обмін метіоніну

Амінокислота метіонін є головним донором метильних груп для синтезу різних біологічно важливих сполук. Перенос метильних груп від метіоніну на інші речовини називається трансметилюванням. Каталізують цей процес ферменти метилтрансферази, коферментом яких є S-адено- зилметіонін. Він утворюється в результаті взаємодії метіоніну з АТФ.

		Трансметилювання
	Синтез		Синтез
	адреналіну	Метіонін	ацетилхоліну
	Синтез		Синтез
	креатину		фосфатидил-
			холіну

Гомоцистеїн

Серин Цистатіонін

Піруват Цистеїн

СХЕМА МЕТАБОЛІЗМУ S-АДЕНОЗИЛМЕТІОНІНУ

-ТГФК

Метіонін

+АТФ

+N5-CH -ТГФК

-PPi+Pi

3

S-CH3

Гомоцистеїн

S-Аденозил-

метіонін

-Аденозин

+R

+H2O

- R-CH3

S-Аденозилгомоцистеїн

O

O

H2N

CH

OH

H2N

CH

OH

NH2

C

C

N

CH2

CH2

N

CH2

+ATP + HOH

CH2

N

N

- PPi - Pi

S

S+

CH

CH3

CH3

2 O

OH OH

Метіонін

S Аденозилметіонін

S-Аденозилметіонін є донором метильних груп у реакціях трансметилування при синтезі холіну, креатину, ансерину, N-метилнікотинаміду, адреналіну. Віддаючи метильну групу, метіонін перетворюється на гомоцистеїн, який може використовуватися так:

1. Знову перетворюється на метіонін, приєднуючи метильну групу від N5-метил-ТГФК:

	Гомоцистеїн	N5 метил-ТГФК	Метіонін
		- ТГФК

N5-метил-ТГФК є донором метильної групи тільки в даній реакції. В інших реакціях трансметилування донором метильних груп є звичайно метіонін.

2.Основний шлях перетворення гомоцистеїну

—участь у синтезі цистеїну. При цьому гомоцистеїн взаємодіє з серином з утворенням цистатіоніну. Далі цистатіонін піддається гідролізу до гомосерину і цистеїну.

Обмін глутамінової й аспарагінової амінокислот

Обидві амінокислоти входять до складу різноманітних білків. Із глутамінової кислоти й NH3 утворюється глутамін — транспортна форма NH3 в організмі. Глутамін використовується для синтезу сечовини, пуринових нуклеотидів й інших сполук. Глутамінова кислота входить до складу ацетилглутамату (активатора карбамоїлфосфатсинтетази), трипептиду глутатіону, фолієвої кислоти.

Синтез сечовини			Трансамінування Глюконеогенез
Синтез карнозину				Синтез пуринових
і ансерину			Аспартат	і піримідинових
				нуклеотидів
Синтез креатину			Гомосерин, треонін
Утворення			Утворення	Малат
аспарагіну			оксалоацетату	аспартатний
і фумарату				човниковий
				механізм
			ЦТК
Дезаміну-			Карбамоїл-	Синтез
вання			фосфат	піримідинових
				і пуринових
Трансамінування			Глутамін	нуклеотидів
Транспорт
амінокислот				Глутатіон
ГАМК			Глутамат	Регуляція
Фолієва кислота			Орнітин	синтезу сечовини
Кетоглутарат			Пролін	Синтез
Сукциніл-		Окси-	Аргінін	глюкозаміну
КоА	пролін
Синтез гему		ЦТК

Глутамінова кислота бере участь у непрямому дезамінуванні амінокислот (трансдезамінуванні) і в синтезі амінокислот з α -кетокислот (трансреамінуванні).

163

При декарбоксилюванні глутамінової кислоти в головному мозку утворюється γ -аміномасля- на кислота (ГАМК) — один із медіаторів нервової системи. За участю ГАМК-трансамінази ГАМК перетворюється на напівальдегід бурштинової кислоти, що окиснюється в бурштинову кислоту, яка окиснюється в ЦТК із вивільненням енергії. Отже, глутамат на додаток до глюкози служить енергетичним матеріалом для тканини мозку.

Аспарагінова кислота також необхідна для синтезу пуринових нуклеотидів, бере участь у біосинтезі сечовини. При її декарбоксилюванні утворюється β -аланін, що посилює гальмування функції ЦНС, входить до складу пантотенової кислоти, коензиму А та інших сполук.

Обмін фенілаланіну і тирозину

Фенілаланін належить до незамінних амінокислот, тому що тканини тварин не здатні синтезувати його бензенове кільце. Тирозин є замінною амінокислотою при достатньому надходженні з їжею фенілаланіну.

В організмі вищих тварин і людини фенілаланін і тирозин використовуються в таких основних напрямках (рис. 11.4):

Катехоламіни

OH

OH

OH

+O

+O

OH

OH

CH2

CH2

-CO2

CH2

CH2

CH NH2

CH

NH2

CH NH2

CH2

NH2

COOH

COOH

COOH

Фенілаланін Тирозин ДОФА Дофамін

OH

CH2

O

O

N

CH

COOH

CH2

CH2

H

C

O

C

O

ДОФА-хінон

COOH

COOH

Феніл-

Гідрокси-

Меланін

піруват

феніл-

піруват

HO

COOH

CH3

OH

CH

+

C O

CH2

CH2

CH

CH2

COOH

COOH

COOH

COOH

ФенілоцетФеніл-

Гомоген-

Фумарова

Ацетооцтова

ацетат

тизинова

к-та

к-та

к-та

Рис. 11.4. Метаболізм фенілаланіну і тирозину

1.Фенілаланін перетворюється на тирозин шляхом гідроксилювання за участю ферменту фенілаланінгідроксилази, коферментом якого є НАДФ+. Він каталізує включення одного з атомів молекули кисню у створення гідроксильної групи, інший атом молекули кисню з’єднується з двома атомами Гідрогену з утворенням води. Ця реакція необоротна, тому синтез в організмі фенілаланіну з тирозину не відбувається.

2.Окиснення фенілаланіну й тирозину до

кінцевих продуктів (СО2 і Н2О) з розривом бензенового кільця. При цьому фенілаланін пере-

творюється на тирозин, а тирозин спочатку піддається трансамінуванню з α -кетоглутаро- вою кислотою, перетворюючись на гідроксифенілпіровиноградну кислоту. Далі гідроксифенілпіруват окиснюється до гідрохінонпірувату, який, декарбоксилюючись, перетворюється на гомогентизинову кислоту (гідрохіноноцтову). Бензенове кільце гомогентизинової кислоти розривається, за участю кисню і води вона перетворюється на фумарову й ацетооцтову кислоти, які піддаються відомим уже перетворенням у

ЦТК до CO2 і Н2О.

Уроджений дефект ферменту окиснення гомогентизинової кислоти до фумарату й ацетоацетату спричинює розвиток захворювання алькаптонурії. При цьому гомогентизинова кислота виділяється з сечею, що при стоянні набуває чорного кольору.

3.Фенілаланін також може піддаватися трансамінуванню до фенілпіровиноградної кислоти, яка декарбоксилюється до фенілоцтової кислоти. Вона є токсичною для організму, тому з’єднується з глутаміном з утворенням фенілацетилглутаміну — нетоксичної для організму сполуки, що виводиться з сечею.

Фенілаланін в основному перетворюється на тирозин за участю ферменту фенілаланінгідроксилази, а незначна кількість його перетворюється на фенілпіровиноградну кислоту. При патологічному стані фенілкетонурії (уроджене порушення обміну речовин) в організмі не синтезується фенілаланінгідроксилаза. Тому фенілаланін перетворюється на фенілпіровиноградну кислоту, що нагромаджується в крові й призводить до розумової відсталості.

4.Утворення пігментів. При цьому тирозин під дією ферменту тирозинази окиснюється до дигідроксифенілаланіну (ДОФА), який окиснюється дегідруванням до ДОФА-хінону. З нього утворюються пігменти меланіни, які забарвлюють волосся, шкіру, сітківку ока.

5.Утворення біогенних амінів. При цьому фенілаланін і тирозин піддаються декарбоксилюванню, перетворюючись відповідно на біогенні аміни — фенілетиламін і тирамін.

6.Утворення гормонів. Із тирозину утворюються гормони мозкового шару надниркових залоз (адреналін і норадреналін) і гормони щитоподібної залози — трийодтиронін і тетрайодтиронін (тироксин).

164

Обмін триптофану

Триптофан належить до незамінних амінокислот. Ця амінокислота необхідна для утворення таких важливих біологічно-активних речовин, як нікотинова кислота (вітамін РР) і серотонін. Синтез нікотинової кислоти з триптофану перебігає в кілька етапів:

1.Окиснення триптофану з розривом пірольної частини індольного кільця. Продуктом даної реакції є формілкінуренін.

2.Гідроліз формілкінуреніну до кінуреніну й мурашиної кислоти.

3.Гідроліз кінуреніну до антранілової кислоти й α -аланіну.

4.Перетворення антранілової кислоти через кілька проміжних продуктів на нікотинову кислоту.

У звичайних умовах близько 95 % триптофану окиснюється по кінуреніновому шляху і не більше 1 % — по серотоніновому.

Перетворення триптофану на серотонін відбувається у два етапи:

1.Гідроксилювання триптофану до 5-гідрок- ситриптофану за участю ферменту триптофан-5- гідроксилази.

2.Декарбоксилювання 5-гідрокситриптофану до серотоніну (5-гідрокситриптаміну). Серотонін

єодним із медіаторів нервової системи.

O

CH2

CH

COOH

C

CH2

CH COOH

+O2

O

NH2

NH

N

2

NH

- HCOOH

C

H

H

Формілкінуренін

Триптофан

CO

CH2

CH COOH

.....

COOH

NH2

NH2

--Ааланін

N

Кінуренін

Нікотинат

CH2

CH

COOH

HO

CH2 CH

COOH

NH2

NH2

N

N

- CO2

H

H

Триптофан

5-5Гідрокситриптофан-гідрокситрипт

HO

CH2

CH2

N

NH2

H

Серотонін

Метаболізм аргініну

Синтез сечовини

Синтез креатину

Утворення

Аргінін

Генерація NO

цитруліну

Аргінін — попередник оксиду азоту

Утворення оксиду азоту з аргініну здійснюється з використанням Ca2+-залежної NO-син- тази.

Ізофермент гуанілатциклази — цитозольний білок, який щільно асоційований з гемом (розчинний білок), активується оксидом нітрогену (II) і вазодилататорами — нітропохідними сполуками, такими як нітрогліцерин і нітропрусид (використовуються в лікуванні хвороб серця). Нітропохідні вазодилататори спонтанно розщеплюються, виділяючи NO. У серцевому м’язі цГМФ знижує силу серцевих скорочень за рахунок стимулювання іонних насосів, які зберігають низьку концентрацію Са2+ в цитозолі. Це розслаблення серцевого м’яза таке ж саме, як при дії нітрогліцерину, який використовується для полегшення стенокардії, болю, спричиненого скороченням серця, позбавленого О2 через те, що блокуються коронарні артерії. Оксид нітрогену — нестабільна сполука короткочасної дії — протягом кількох секунд після його утворення. Оксид нітрогену згодом піддається окисненню до нітрату або нітриту. Оскільки перетворення нітрогліцерину на NO відбувається повільно, то нітрогліцерин спричинює тривале (пролонговане) розслаблення серцевого м’яза.

O

O

H2N

CH

H2N

CH

C

OH

C

OH

CH2

CH2

CH2

+O2

+НАДФH +H+

CH2

CH2

CH2 + NO

+

-НАДФ

NH

NH

C NH

C

O

NH2

NH2

Аргінін

Цитрулін

Метаболізм гістидину

Карнозин

Білки

Гістидин

АнсеринГістамін (метилкарнозин)

N

CH

CH

COOH

N

NH2

NH

H

O

C

CH2

CH2

Карнозин

N

CH

CH

COOH

N

NH2

NH

CH3

CH2

C

CH2

O

Ансерин

N

CH2 CH2 NH2

N

H

Гістамін

165

	Метаболізм α -аланіну						великої кількості пептидів, деякі з яких мають
			Білки				токсичну дію. Токсичні пептиди викликають
							зміни з боку клітин (цитоліз) і сприяють збільшен-
	Глутамат					Триптофан
							ню проникності капілярів.
			α -Аланін				У практичній медицині застосовують препа-
	Аспартат						рати гідролізатів білків і окремих амінокислот,
							серед яких:
	Сечовина	NH3 + Піруват				Глюкоза	Метіонін, а також гідролізати, що містять
							його у великих кількостях, застосовуються як
							ліпотропні фактори і для лікування білкової не-
	Гліцин					Валін	достатності при хронічних захворюваннях, для
	Серин					Лейцин	лікування хвороб печінки.
	Цистеїн					Ізолейцин	Цистеїн є замінною амінокислотою, може син-
	Ацетоацетат	Ацетил-КоА				Жирні	тезуватися в організмі з використанням метіоні-
							ну. Цистеїн бере участь в обміні речовин криш-
						кислоти
	Холестерин					Холін	талика ока. Зміни, що відбуваються при ката-
			ЦТК				ракті, пов’язані з порушенням вмісту цистеїну в
							кришталику. Тому пропонують застосовувати
							цистеїн для затримки розвитку катаракти і про-
	Природжені порушення обміну						яснення кришталика при початкових формах
							вікової, міопатичної, променевої та травматичної
	окремих амінокислот						катаракти.
							Широко використовуються в клініціглутамат
	Фенілкетонурія (фенілпіровиноградна оліго-						і аспартат (останній у вигляді калієвих і магні-
	френія) розвивається як результат втрати здат-						євих солей) — препарати «панангін» і «аспар-
	ності організму синтезувати фенілаланінгідрок-						кам».
	силазу, що каталізує перетворення фенілаланіну						У медичній практиці глутамат застосовують,
	на тирозин. Особливістю хвороби є різке уповіль-						головним чином, при лікуванні захворювань
	нення розумового розвитку дитини.						центральної нервової системи (нарівні з глутама-
	Алькаптонурія характеризується екскрецією з						том також кальцію глутамат), глутамін викорис-
	сечею великих кількостей гомогентизинової кис-						товують при кетонурії.
	лоти, окиснення якої на повітрі надає сечі темно-						Сьогодні розробляються препарати сумішей
	го забарвлення. Хвороба пов’язана з природже-						кристалічних амінокислот, особливо незамін-
	ною відсутністю в печінці та нирках оксидази го-						них, які в певних співвідношеннях застосову-
	могентизинової кислоти.						ються в чистому вигляді або як добавки до
	Альбінізм — природжена відсутність пігментів						інших лікарських засобів природного походжен-
	у шкірі, волоссі та сітківці. Метаболічний дефект						ня.
	пов’язаний з втратою меланоцитами здатності						Препарати гідролізатів білків. Шляхом
	синтезувати тирозиназу — фермент, що каталі-						кислотного або ферментативного гідролізу
	зує окиснення тирозину в діоксифенілаланін і ді-						різних білків одержують препарати гідролі-
	оксифенілаланінхінон, які є попередниками мела-						затів білків: гідролізин, гідролізат казеїну, це-
	ніну.						ребролізин, амінокровін, фібриносол, аміно-
	Хвороба «кленового сиропу», при якій поруше-						пептид. Це розчини амінокислот і найпрості-
	но декарбоксилювання лейцину, ізолейцину, ва-						ших пептидів, одержувані гідролізом білків
	ліну, тобто амінокислот із розгалуженим вугле-						тваринного або рослинного походження. Ці
	цевим ланцюгом, що призводить до нагрома-						препарати компенсують білкове голодування
	дження в крові амінокислот і α					-кетокислот, екс-	організму, забезпечують рівновагу і навіть
	креції їх із сечею, що має запах кленового сиро-						позитивний азотистий баланс у хворих після
	пу. Хвороба зустрічається рідко, виявляється в						операцій на шлунково-кишковому тракті, при
	ранньому дитячому віці й призводить до пору-						тяжких опіках.
	шення функції мозку і летального кінця, якщо не						Розчини кристалічних амінокислот. Полі-
	обмежити або повністю не виключити надхо-						амін є розчином кристалічних амінокислот, які
	дження з їжею лейцину, ізолейцину і валіну.						під час надходження до судинного русла
	Анафілактичний шок і анафілактичні реакції						відразу вступають у процеси синтезу. Вони
	зумовлені порушеннями обміну білків. Реакція						позитивно впливають на білковий обмін, за-
	антиген-антитіло призводить до активації L-						безпечують збільшення маси тіла, мають дез-
	гістидиндекарбоксилази і клітинних пептидів,						інтоксикаційну дію (знижують вміст аміаку за
	що посилює утворення гістаміну з гістидину. У						рахунок утворення нетоксичних метаболітів
	результаті надмірного синтезу гістаміну посилю-						глутаміну, сечовини). Амінокислотні суміші
	ються спазми гладкої мускулатури і підвищуєть-						протипоказані при порушенні функції нирок і
	ся проникність капілярів.						печінки, дегідратації (зневодненні), шоку, гос-
	Активація клітинних пептидаз спричинює						трих гемодинамічних порушеннях і вираженій
	посилений розпад клітинних білків і утворення						серцевій недостатності.

166

КОНТРОЛЬНІ ПИТАННЯ	6. Біосинтез сечовини: послідовність фермент-
	них реакцій біосинтезу, генетичні аномалії фер-
	ментів циклу сечовини.
1. Пул вільних амінокислот в організмі: шля-	7. Загальні шляхи метаболізму вуглецевих
хи надходження та використання вільних аміно-	скелетів амінокислот в організмі людини. Глюко-
кислот у тканинах.	генні та кетогенні амінокислоти.
2. Трансамінування амінокислот: реакції та їх	8. Біосинтез і біологічна роль креатину та
біохімічне значення, механізми дії амінотрансфе-	креатинфосфату.
раз у тканинах.	9. Глутатіон: будова, біосинтез і біологічні
3. Пряме та непряме дезамінування вільних	функції.
L-амінокислот у тканинах.	10. Спеціалізовані шляхи метаболізму цикліч-
4. Декарбоксилювання L-амінокислот в орга-	них амінокислот — фенілаланіну й тирозину.
нізмі людини. Фізіологічне значення утворених	11. Спадкові ензимопатії обміну циклічних
продуктів. Окиснення біогенних амінів.	амінокислот — фенілаланіну й тирозину.
5. Шляхи утворення та знешкодження аміаку	12. Обмін циклічної амінокислоти триптофану
в організмі.	та його спадкові ензимопатії.

167

Розділ 4

МОЛЕКУЛЯРНА БІОЛОГІЯ. БІОХІМІЯ МІЖКЛІТИННИХ КОМУНІКАЦІЙ

Глава 12. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ БІОЛОГІЇ

	12.1. БІОХІМІЧНІ ФУНКЦІЇ	Дезоксирибонуклеїнові кислоти
	НУКЛЕОТИДІВ І НУКЛЕЇНОВИХ	Як і білки, ДНК мають первинну, вторинну і
	КИСЛОТ
		третинну структури.
	У 1868 р. швейцарський хімік Ф. Мішер упер-	Первинна структура ДНК — кількість, якість
		і порядок розташування залишків дезоксирибо-
	ше виділив з ядер лейкоцитів людини сполуки
	нового типу, до того часу невідомі, і дав їм на-	нуклеотидів у полінуклеотидному ланцюзі.
	зву нуклеїни (від лат. nucleus — ядро). Потім	Вторинна структура ДНК — це просторова
		організація полінуклеотидних ланцюгів у її мо-
	нуклеїни були одержані з ядерного матеріалу ба-
	гатьох організмів. Пізніше Ф. Мішер встановив,	лекулі. Методами рентгеноструктурного аналі-
	що нуклеїн є складною сполукою, яка скла-	зу доведено існування не менше чотирьох форм
	дається з кислого компонента з вмістом близько	ДНК, які дістали назву А-, В-, С- і Т-форм. Нині
	10 % фосфору (він був названий нуклеїновою	відомо, що між А- і В-формами ДНК здійснюють-
	кислотою) та білкового компонента. Так були	ся взаємні переходи. В-форма ДНК найбільше
	відкриті нуклеїнові кислоти і нова група склад-	відповідає моделі Дж. Уотсона і Ф. Кріка. Ці пе-
	них білків — нуклеопротеїнів.	реходи, які відбуваються під впливом розчин-
		ників або білків, очевидно, мають певний біоло-
	До середини 80-х рр. XIX ст. нуклеїни були
	знайдені у складі хромосом, у зв’язку з чим сфор-	гічний зміст. Вважається, що в А-формі ДНК ви-
	мувалося перше уявлення про їх важливу роль у	конує роль матриці в процесі транскрипції (син-
	передачі спадкових властивостей. Але воно не	тез РНК на молекулі ДНК), а в В-формі — роль
	одержало подальшого розвитку, оскільки переда-	матриці в процесі реплікації (синтез ДНК на мо-
	чу генетичних властивостей пов’язували з моле-	лекулі ДНК). Для більшості молекул ДНК харак-
	кулою білка. І тільки в 50-х рр. XX ст. були одер-	терна подвійна спіраль, однак ДНК може мати
	жані експериментальні докази дуже важливої	й інші форми. Так, деякі віруси містять однолан-
	ролі нуклеїнових кислот (ДНК) у явищах спад-	цюгову ДНК, зустрічаються також кільцеві фор-
	ковості (О. Евері, К. Мак-Леод, М. Мак-Карті,	ми ДНК (плазміди).
	Ф. Гриффітс, А. Херші, М. Чейз та ін.).	Третинна структура ДНК. Дослідження будо-
		ви ДНК показало, що лінійні двоспіральні або
		кільцеві форми ДНК у просторі утворюють спіра-
		лізовані й суперспіралізовані форми, тобто тре-
	Загальна характеристика	тинні структури. Третинна структура ДНК про-
		каріотів і еукаріотів має свої особливості, пов’я-
	будови нуклеїнових кислот
		зані з будовою та функціями їх клітин. Для тре-
	Нуклеїнові кислоти — це високомолекулярні	тинної структури ДНК вірусів і бактеріофагів
	органічні сполуки, утворені великою кількістю	характерна наявність специфічної суперспіралі-
	залишків мононуклеотидів (нуклеотидів), з’єдна-	зації одноабо дволанцюгових форм. Третинна
	них 3′,5′-фосфодіефірними зв’язками в полінуклео-	структура ДНК еукаріотичних клітин утво-
	тидні ланцюги, які виконують важливу роль у	рюється завдяки багаторазовій суперспіралізації
	збереженні й передачі генетичної інформації, бе-	молекули, однак, на відміну від прокаріотів,
	руть участь у біосинтезі та регуляції біосинтезу	вона реалізується у формі комплексів ДНК із
	специфічних білків живого організму.	білками.
	Нуклеотиди складаються з гетероциклічної	В еукаріотів майже вся ДНК знаходиться в
	основи, сполученої з вуглеводним залишком, ете-	хромосомах ядер, лише невелика її кількість
	рифікованим, у свою чергу, фосфорною кисло-	міститься в мітохондріях, а у рослин — ще й у
	тою.	пластидах. Сумарний матеріал хромосом — хро-

168