9. Обмен белков

259

NH CH COOH

NH CH COOH

NH CH

NH CH

2

CH3 NH CH2

2

2

2

2

2

CHOH

CHOH

CH2

CH2

CH2

+ CH3

+

O2

+ O2

- CO2

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

OH

норадреналин

адреналин

тирозин

дигидрокси-

дигидрокси-

	фенилаланин	фенилаланинамин
		(ДОФАМИН)
	(ДОФА)

Таким образом, в процессе превращений аминокислот могут возникнуть соединения, принимающие участие в регуляции обмена веществ. Это подчеркивает ведущую роль белкового обмена в общем обмене веществ в организме.

Итак, в результате превращений аминокислот по аминогруппе, по карбоксильной группе и по их радикалу возникают углекислота(СО2), аммиак (NН3), амины, карбоновые кислоты, кетокислоты и в некоторых случаях достаточно сложные вещества, относящиеся к тем или иным классам органическихве ществ. Если эти вещества не вовлекаются в процессы синтеза, то все они, за исключением углекислоты и аммиака, в конце концов подвергаются дальнейшей деструкции. Амины и диамины путем окислительного дезаминирования превращаются в карбоновые кислоты. Карбоновые кислоты, также как и кетокислоты, возникающие в процессе распада аминокислот, постепенно окисляются (путем β-окисления и в лимоннокислом цикле), образуя углекислый газ и воду. В углекислоту, воду и аммиак превращаются также все остальные органические вещества, получившиеся в результате превращений аминокислот. Следовательно, конечными продуктами распада аминокислот являются вода, углекислота и аммиак.

9.3. Обезвреживание аммиака. Орнитиновый цикл

Аммиак, накапливающийся в процессе дезаминирования аминокислот, является токсическим соединением. Токсичность аммиака обусловлена тем, что он участвует в восстановительном аминировании α-кетоглутаровой кислоты в митохондриях, тем самым способствуя удалению α-кетоглутаровой кислоты из лимоннокислого цикла. Это, в свою очередь, обусловливает нарушение тканевого дыхания и вызывает образование избыточного количества кетоновых тел из ацетил-КоА. Поэтому концентрация аммиака в организме поддерживается на низком уровне (в норме в крови уровень аммиака не превыша-

ет 1-2 мг/л.).

У подавляющего числа растительных и животных видов аммиак переводится в безвредные для организма азотистые соединения: аспарагин, глутамин

260	9. Обмен белков

и мочевину. У многих животных в том числе – млекопитающих, образование мочевины служит основным путем обезвреживания и выведения аммиака. Считается, что первичное связывание аммиака в момент его образования в клетке осуществляется, в основном, глутаминовой кислотой с образованием амида глутамина. Этот процесс катализируется специфическим ферментом– глутаминсинтетазой, относящейся к классу лигаз. Реакция синтеза амида сопряжена с распадом АТФ. Реакция имеет следующий вид:

NH2		CH COOH		NH2	CH COOH
						CH2
		CH2	+ NH3 + АТФ глутаминсинтетаза				+ АДФ + Ф
						CH2
		CH2
					CO NH2
		COOH
глутаминовая кислота				глутамин

У большинства организмов в результате реакций, сходной с реакцией, катализируемой глутаминсинтетазой, образуется также аспарагин. У некоторых организмов аспарагин синтезируется за счет использования амидной группы глутамина.

Реакции образования аспарагина и глутамина особенно широко представлены в растительном мире. Однако и у животных в мозге, печени, почках, мышцах, в сетчатке глаз происходит устранение аммиака путем образования глутамина, а также аспарагина.

Показано, что амидирование аспарагиновой и глутаминовой кислот может происходить и в том случае, если они находятся в связанном состоянии, например, в составе белковой молекулы, когда радикалы этих кислот свободны. Следовательно, белки организма (если в их состав входит глутаминовая и аспарагиновая кислоты) могут быть акцепторами аммиака, что обеспечивает немедленное связывание аммиака в любой точке, где он возникает в процессе обмена веществ.

Основной путь обезвреживания аммиака в организме состоит в образовании мочевины. Важнейшая роль в образовании мочевины принадлежит печени, на что впервые обратили внимание В.М. Ненцкий и И.П. Павлов. В печени животных (за исключением рептилий и птиц, у которых не синтезируется мочевина) найдены все ферменты, необходимые для синтеза мочевины.

Образование мочевины, в основном, происходит в митохондриях клеток печени. Новообразование мочевины идет также в растениях. Путь ее возникновения у животных и растений одинаков и получил название орнитинового цикла.

В основу современной теории биосинтеза мочевины легли работы Кребса, Когана и Ратнера.

9. Обмен белков

261

Вначале из аммиака и углекислоты при участии АТФ и фермента фосфотрансферазы – карбаматкиназы (ее также называют карбамилфосфатсинтетазой) синтезируется карбамилфосфат. Коферментом карбамилфосфатсинтетазы является биотин.

Внастоящее время считают, что аммиак поступает в орнитиновый цикл в виде свободного аммиака, образуясь в процессе окислительного дезаминирования глутаминовой кислоты в митохондриях . Полагают также, что аммиак частично может поставляться глутамином, который расщепляется в печени глутаминазой с образованием свободного аммиака. Необходимым активатором реакции образования карбамилфосфата являетсяN-ацетилглутаминовая кислота, выступающая как кофактор ферментной системы образования карбамилфосфата:

NH3	+ CO	+ H O + 2 АТФ карбамилфосфатсинтетаза				OH
			NH		CO O P		O + 2 АДФ + Ф
	2	2	2

OH

карбамилфосфат

Для образования одной молекулы карбамилфосфата в этой реакции требуется две молекулы АТФ. Карбамилфосфат – макроэргическое соединение.

Карбаминовая группировка от карбамилфосфата переносится под влиянием орнитинкарбамилтрансферазы на орнитин (на его d-аминогруппу), который всегда присутствует в организме. В итоге образуется цитруллин:

OH

H2N

CH COOH

H2N

CH COOH

OH

NH2

CO O P

O +

(CH )

орнитинкарбамилтрансфераза

(CH2)3

+ OH P

O

OH

2 3

NH2

NH

OH

карбамилфосфат

орнитин

C

O

NH2

цитруллин

Образующийся цитруллин вступает в ферментативную реакцию конденсации с аспарагиновой кислотой в присутствии АТФ с образованием аргининоянтарной кислоты. Реакция катализируется аргининосукцинатсинтетазой:

262

9. Обмен белков

H2N

CH COOH

H2N

CH

COOH

H2N

CH COOH

(CH )

(CH2)3

2

3

аргининосукцинатсинтетаза

+ АМФ + ФФ

+

H2C

+ АТФ

NH

NH

C

O

COOH

C

N

CH COOH

NH2

аспарагиновая кислота

NH2

H C

цитруллин

2

COOH

аргининоянтарная кислота

Аргининоянтарная кислота ферментативным путем (при участии фермента аргининосукциназы или иначе– аргининосукцинатлиазы) расщепляется на аргинин и фумаровую кислоту:

H2N

CH COOH

H2N

CH COOH

COOH

(CH2)3

(CH2)3

аргининосукциназа

+

CH

NH

CH

COOH

NH

CH

C N

C

NH

COOH

NH2

H C

NH2

2

аргинин

фумаровая кислота

COOH

аргининоянтарная кислота

Заключительной реакцией является гидролиз аргинина на орнитин и мочевину под влиянием фермента аргиназы:

H2N			CH COOH	аргиназа H2N				CH COOH
			(CH2)3							NH
				+ H2O				(CH2)3	2
			NH						+ C		O
		C NH						NH2		NH2
		NH2				орнитин			мочевина
	аргинин

Высвободившийся орнитин вновь вступает в реакцию с новой молекулой карбамилфосфата и все перечисленные реакции повторяются.

Фумаровая кислота включается в лимоннокислый цикл.

Одновременно лимоннокислый цикл поставляет щавелево-уксусную кислоту, которая, вступая в реакцию переаминирования с глутаминовой кислотой, превращается в аспарагиновую кислоту. Аспарагиновая кислота включается в орнитиновый цикл, поставляя аминогруппу для образования мочевины.

Конечное окисление метаболитов в лимоннокислом цикле, сопряженное с дыхательной цепью, поставляет орнитиновому циклу также СО2 и АТФ, необходимые для процесса синтеза мочевины. Связь орнитинового цикла и лимон-