Ответы на экзамен

Аммиак с протонами и анионами образует соли аммония (0,5 г/сут), которые выделяются с мочой. Этот процесс используется для регуляции КОС и сохранения в организме важнейших катионов Na+ и К+. Глутаминаза почек значительно индуцируется при ацидозе, ингибируется при алкалозе.

В клетках кишечника также под действием глутаминазы происходит гидролитическое освобождение амидного азота в виде аммиака:

фекалии

печень

NH2

H2O

NH3

NH2

H

H2

H2NOC

C

2

C CH

COOH

HOOC

C

C

C

COOH

H2

Глутаминаза

H2

H

глутамин	глутамат

Образовавшийся аммиак поступает через воротную вену в печень или удаляется из организма с фекалиями.

Высокий уровень глутамина в крови и лёгкость его поступления в клетки обусловливают использование глутамина во многих анаболических процессах. Глутамин — основной донор азота в организме. Амидный азот глутамина используется для синтеза пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аспарагина, аминосахаров и других соединений.

Обмен аспарагина

Обезвреживание аммиака в тканях происходит незначительно при синтезе аспарагина под действием глутаминзависимой и аммиакзависимой

аспарагинсинтетазы.

NH2

NH3

(или глн)

H2N

H2

H2

COOH

HOOC

C

C

COOH

H2NOC

C C

H

H

аспартат

АТФ

АМФ + ФФн

аспарагин

Аспарагинсинтаза

Первая функционирует в животных клетках, вторая преобладает в бактериальных клетках, но присутствует и у животных.

Обмен аланина

Из мышц и кишечника избыток аминого азота выводится преимущественно в виде аланина.

В кишечнике:

141

O

NH2

печень

H3C

C

COOH

H3C CH

COOH

H2N

ПВК

ала

O

HOOC

H2

H2

COOH

H2

C

C C

HOOC C

C

C COOH

H

АЛТ

H2

глутамат

а-кетоглутарат

Глутамат подвергается трансаминированию с ПВК с образованием аланина и α-кетоглутарата. Аланин поступает из кишечника в кровь воротной вены и поглощается печенью.

В мышцах:

Образование аланина в мышцах, его перенос в печень связан с обратным переносом в мышцы синтезированной в печени глюкозы. Этот процесс называется глюкозо-аланиновый цикл:

	Мышца							Печень
		глюкоза						глюкоза
	2АТФ								2НАДН2
2НАДН2						Кровь			6АТФ
		ПВК						ПВК
белки		АК							NH3
		КК
СО	Н О аланин							аланин
2		2

Он необходим, так как активность глу-ДГ в мышцах невелика и непрямое дезаминирование АК малоэффективно.

Мышцы выделяют особенно много аланина в силу их большой массы, активного потребления глюкозы при физической работе, а также потому, что часть энергии они получают за счёт распада АК. Образовавшийся аланин поступает в печень, где подвергается непрямому дезаминированию. Выделившийся аммиак идет на синтез мочевины, а ПВК включается в глюконеогенез. Глюкоза из печени поступает в ткани и там, в процессе гликолиза, опять окисляется до ПВК.

ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ

Большая часть свободного аммиака, а также аминного азота в составе АК (в основном глутамин, аланин) поступают в печень, где из них синтезируется нетоксичное и хорошо растворимое в воде соединение — мочевина. Мочевина является основной формой выведения азота из организма человека.

142

Синтез мочевины происходит в цикле, который замыкается орнитином. Цикл открыли в 40-х годах XX века немецкие биохимики Г. Кребс и К. Гензелейт.

Мочевина (карбамид) — полный амид угольной кислоты — содержит 2 атома азота, один из аммиака, другой – из асп.

Реакции орнитинового цикла

Предварительно в митохондриях под действием карбамоилфосфатсинтетазы I с затратой 2 АТФ аммиак связывается с СО2 с образованием карбамоилфосфата:

	2АТФ 2АДФ+Фн				NH2
NH3 + CO2 + H2O			C				O
			OPO3H2
Карбомоилфосфатсинтетаза			карбомоилфосфат

(Карбамоилфосфатсинтетаза II локализована в цитозоле клеток всех тканей и участвует в синтезе пиримидиновых нуклеотидов).

1. В митохондриях орнитинкарбамоилтрансфераза переносит карбамоильную группу карбамоилфосфата на орнитин и образуется — цитруллин:

NH2

NH2

Фн

(CH2)3

O +

C

HC

NH2

Орнитинкарбомоил-

OPO3H2

COOH

трансфераза

Орнитин

NH2

C O

NH

(CH2)3 HC NH2

COOH

Цитруллин

2. В цитозоле аргининосукцинатсинтетаза с затратой 1 АТФ (двух макроэргических связей) связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарная кислота). Фермент нуждается в Mg2+. Аспартат — источник второго атома азота мочевины.

NH2

NH

COOH

H

C

O

COOH

АТФ АМФ + ФФн

C

N

CH

H2N

CH

NH

CH2

NH

Mg2+

(CH2)3

+

CH2

(CH2)3

COOH

Аргининосукцинат-

HC

NH2

HC

NH2

COOH

синтетаза

COOH

COOH

Цитруллин

Аспартат

Аргининосукцинат

143

3. В цитозоле аргининосукцинатлиаза (аргининсукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат (аминогруппа аспартата оказывается в аргинине).

NH

COOH

NH

COOH

H

C

NH2

C

N

CH

CH

NH

NH

CH2

CH

(CH )

(CH2)3

+

COOH

COOH

2 3

HC

NH2

Аргининосукцинат- HC

NH2

COOH

лиаза

COOH

Аргининосукцинат

Аргинин

Фумарат

4. В цитозоле аргиназа гидролизует аргинин на орнитин и мочевину. У аргиназы кофакторы ионы Са2+ или Мn2+, ингибиторы - высокие концентрации орнитина и лизина.

NH

C

NH2

Н2О

NH2

NH2

NH

2+

Са

(CH )

(CH2)3 +

O

C

2 3

HC

NH2

Аргининаза HC

NH2

NH2

орнитин

Мочевина

COOH

COOH

лизин

Орнитин

Аргинин

Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.

Регенерация аспартата из фумарата

Фумарат, образующийся в орнитиновом цикле, в цитозоле превращается в ЩУК, который переаминируется с аланином или глутаматом с образованием аспартата. Аланин поступает главным образом из мышц и клеток кишечника:

COOH Н2О

COOH НАД+ НАДН2

COOH

ала

ПВК

COOH

CH

НО

CH

О

C

HN

CH

CH2

CH2

CH

CH2

COOH

COOH

COOH глу

а-КГ

COOH

Фумарат

Малат

ЩУК

асп

Малат может направиться в митохондрии и включиться в ЦТК.

Пируват, образующийся в этих реакциях из аланина, используется для глюконеогенеза.

Общее уравнение синтеза мочевины:

144

CO2 + NH3 + асп + 3 АТФ + 2 Н2О → мочевина + фумарат + 2АДФ + АМФ + 2Фн + ФФн

Аминотрасфераза

NH3

АК1

Кетокислота1

Орнитиновый цикл

а-КГ

глу

глу-ДГ

O

NH3

ЦИТОЗОЛЬ

2АТФ

H N

C NH

Н2О

2Мочевина 2

СО2

Карбамоилфосфат-

синтетаза

Аргинин

Орнитин

2АДФ + Фн

Аргининаза

Карбамоилфосфат

Фумарат

Аргининосукцинатлиаза

Орнитинкарбомоил-

Аргининосукцинат-

трансфераза

синтетаза

Фн

Аргининосукцинат

цитруллин

ЩУК

АМФ +Фн АТФ асп

малат

МИТОХОНДРИЯ

глу а-КГ Кетокислота2 АК2

Энергетический баланс орнитинового цикла

На синтез 1 мочевины расходуются 4 макроэргических связи 3 АТФ. Дополнительные затраты энергии связаны с трансмембранным переносом веществ и экскрецией мочевины. Энергозатраты при этом частично компенсируются:

при окислительном дезаминировании глутамата образуется 1 молекула НАДН2, которая обеспечивает синтез 3 АТФ;

в ЦТК, при превращении малата в ЩУК образуется еще 1 молекула НАДН2, которая также обеспечивает синтез 3 АТФ;

Орнитиновый цикл в печени выполняет 2 функции:

1.превращение азота АК в мочевину, которая экскретируется и предотвращает накопление токсичных продуктов, главным образом аммиака;

2.синтез аргинина и пополнение его фонда в организме.

Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в гепатоцитах.

Отдельные же ферменты орнитинового цикла обнаруживаются в разных

145

тканях. В энтероцитах, есть карбамоилфосфатсинтетаза I и орнитинкарбамоилтрансфераза, следовательно, может синтезироваться цитруллин. В почках есть аргининосукцинатсинтетаза и аргининосукцинатлиаза. Цитруллин, образовавшийся в энтероцитах, может поступать в почки и превращаться там в аргинин, который переносится в печень и гидролизуется аргиназой. Активность этих рассеянных по разным органам ферментов значительно ниже, чем в печени.

Выделение азота из организма

Азот выводиться из организма с мочой, калом, потом и с выдыхаемым воздухом в виде различных соединений. Основная масса азота выделяется из организма с мочой в виде мочевины (до 90%). В норме соотношение азотсодержащих веществ в моче составляет: мочевина 86%, креатинин 5%, аммиак 3%, мочевая кислота 1,5% и другие вещества 4,5%. Экскреция мочевины в норме составляет 25 г/сут, солей аммония 0,5 г/сут.

46. Частные пути обмена аминокислот (а –е): особенности в детском возрасте, биохимические механизмы развития

нарушений обмена. глу, глутамина асп

серина, глицина цистеина, метионина фениланина и тирозина

патология обмена фенилаланина и тирозина

ГЛУТАМИН

Синтез глутамина

NH

NH3

NH2

Mg2+

H2

2

H2

CH

COOH

HOOC

C C

C

COOH

H2NOC

C C

H2

H

H2

глутамат

АТФ АДФ + Фн

глутамин

Глутаминсинтаза АМФ, глюкозо-6ф, гли, ала и гис

Использование глутамина

1.Используется в синтезе белков, углеводов;

2.Источник азота в синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований, аспарагина, аминосахаров;

3.Обеспечивает транспорт азота из тканей;

АСПАРТАТ

Синтез аспартата

146

				O	Глу		а-КГ		NH2
			H2						H2	COOH
Глюкоза	HOOC		C	C	COOH			HOOC	C C
						АСТ			H

ЩУК	аспартат

Использование аспартата

1.Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

2.Участвует в орнитиновом цикле при синтезе мочевины;

3.Участвует в синтезе карнозина, анзерина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, N-ацетиласпарагиновой кислоты.

АСПАРАГИН

Синтез аспарагина

			NH2		NH3	(или глн)			H2N
		H2						H2		COOH
HOOC		C	C	COOH			H2NOC C		C
			H						H
аспартат				АТФ		АМФ + ФФн		аспарагин

Аспарагинсинтаза

Использование аспарагина

1.Используется в синтезе белков, липидов, углеводов;

ОБМЕН СЕРИНА И ГЛИЦИНА

Серин и глицин - заменимые аминокислоты.

Синтез серина:

COOH

НАД+ НАДН

Глу а-КГ

COOH

H2O Фн

COOH

2 COOH

глюкоза

HC OH

C

O

HC

NH2

фосфотаза

HC

NH2

ДГ

Аминотранс- H C

H C

OPO H

H C

OPO H

OPO H

H C

OH

2

3

2

2

3

2

фераза

2

3

2

2

3-фосфоглицерат

3-фосфоокси-

3-Фосфосерин

Серин

пируват

Обмен глицина:

Основной путь синтеза

1).

COOH ТГФК N5N10-метилен-ТГФК Н2О

COOH

HC

NH2

H2C

NH2

H2C OH

Сериноксиметилтрансфераза

Серин

Глицин

Основной путь катаболизма (в митохондриях печени)

147

2).

ТГФК

N5N10-метилен-ТГФК НАД+

НАДН2

COOH

СО2 + NH3

H2C

NH2

Глицинсинтаза

Глицин

Путь образования оксалатов из глицина

a-КГ Глу

[O]

COOH

COOH

COOH

H C

NH

2

HC

O

COOH

2

Глицин

Глиоксилат

Оксалат

Глицинаминотрансфераза

Схема путей обмена серина и глицина

Серии и глицин выполняют в организме человека разнообразные и очень важные функции.

глюкоза

Глицерат

3-фосфоглицерат

ПВК

Цистеин

оксиПВК

Серин

Сфинголипиды

ТГФК

Фосфолипиды

БЕЛКИ

метилен-ТГФК

Липиды

Гем, порфирины

Пуриновые нуклеотиды

треонин

Глицин

НАД, ФАД

ТГФК

Глутатион

Креатин

метилен-ТГФК

Гиппуровая кислота

Конъюг. желчные кислоты

СО2 + NH3

Глицин — важнейший (после ГАМК) тормозной нейромедиатор в спинном мозге, промежуточном мозге и некоторых отделах головного мозга.

Наследственные нарушения обмена глицина

Известно несколько заболеваний, связанных с нарушениями обмена глицина. В их основе лежит недостаточность ферментов или дефект системы транспорта этой АК.

Гиперглицинемия возникает при дефекте глицинрасщепляющей системы. Проявляется повреждением мозга, судорогами, гипотонией, нарушением дыхания.

Глицинурия характеризуется повышенным выделением глицина с мочой (до 1 г/сут) при нормальном содержании его в крови. Причиной является нарушение реабсорбции глицина в почках.

Первичная гипероксалатурия характеризуется постоянно высоким выделением оксалата с мочой, независимо от поступления его с пищей. Дефект глицинаминотрансферазы блокирует превращение глиоксилата снова в глицин. Глицин → глиоксилат → оксалат

Прогрессирует двустороннее образование оксалатных камней в мочевыводящих путях, развиваются нефрокальциноз и инфекция мочевыводящих путей. Больные погибают в детском возрасте от почечной недостаточности или гипертонии.

148

В состав белков человека входят 2 АК, содержащие серу, — метионин и цистеин. Эти аминокислоты метаболически тесно связаны между собой.

МЕТИОНИН

Метионин — незаменимая аминокислота, может регенерировать из гомоцистеина с участием серина и глицина. Метионин:

1.участвует в синтезе белков организма;

2.является источником метильной группы, используемой в реакциях трансметилирования;

3.является источником атома серы, необходимого для синтеза цистеина;

4.участвует в реакциях дезаминирования;

5.Метионил-тРНК участвует в инициации процесса трансляции.

Образование S-аденозилметионина

Метильная группа в метионине прочно связана с серой, поэтому донором этого одноуглеродного фрагмента служит активная форма метионина - S-аденозилметионин (SAM). (SAM — нестабилен т.к. сера при валентности 2 имеет 3 связи). SAM образуется при присоединении метионина к аденозину с участием метионинаденозилтрансферазы (есть во всех типах клеток). Аденозин образуется при гидролизе АТФ.

Ресинтез метионина, роль ТГФК и витамина В12.

Связь обменов метионина и цистеина

CH3

АТФ ФФн + Фн

CH3

А R

R-CH3 HS

СН2

Аденин

S

+S

СН2

О

О

CH2

CH2

CH

2

Метионинаденозил-

CH2

CH2

CH2

трансфераза

Н

Н

ОН

ОН

CH

NH

2

CH NH2 ОН

Метил-

CH NH2 ОН

трансфераза

CООН

Сер

CООН

(SAM)

CООН

(SAГ)

Гли

Метионин

S-аденозилметионин

S-аденозилгомоцистеин

ТГФК

метил-ТГФК

SH

+Н2О

гидролаза

метил-В12

В12

CH2

СН2ОН

Аденин

CH2

О

Гомоцистеинметилтрансфераза

CH

NH2

CООН

Н

ОH

Гомоцистеин

ОН

ОН

Н2О H C S

Аденозин

SH

CH

CH2

2

2

ОH

CH2

CH NH2

CH2

CH

+

CH2

2

CH

NH

В

CООН

CH

NH2

В

CH NH2

2

CH

NH

6

2

CООН

Н2О

6

CООН

CООН

CООН

Цистеин

Гомосерин

Цистатионин

Сер

а-КГ

Цистатионинлиаза

Цистатионинсинтаза

глу

CH3

CH2 C O

CООН

а-Кетобутират

Реакции трансметилирования с участием S-аденозилметионина

Отщепление метильной группы от SAM и перенос её на соединение-акцептор катализируют ферменты метилтрансферазы. SAM в ходе реакции превращается в S-аденозилгомоцистеин (SAT).

149

Синтез холина

ОН

CO2

ОН

3SAM 3SAГ

ОН

CH2

CH2

CH2

CH

NH2

сериндекарбоксилаза

CH2

Этаноламин-

CH2

CООН

N+(CH3)3+

NH2 метилтрансфераза

Серин

Холин

Этаноламин

Синтез лецитина

O

3SAM 3SAГ

Н

O

HC

P

О

C

CH2 NH2

H2

CH OH

R

C

O

Метилтрансфераза

1

R2

C

O

CH2

O

Фосфатидилэтаноламин

O

Н

N+(CH3)3

HC

P

CH2

O

О C

H2

CH OH

R

C

O

1

R2

C

O

CH2

O

Фосфатидилхолин

Аналогично синтезируются:

1.из ГАМК → карнитин;

2.из гуанидинацетата → креатин;

3.из норадреналина → адреналин;

4.из карнозина → анзерин;

5.Реакции трансметилирования используются также в синтезе азотистых оснований, инактивации гормонов, нейромедиаторов и обезвреживании ксенобиотиков.

ЦИСТЕИН

Цистеин – серосодержащая условнозаменимая АК. Синтезируется из незаменимого метионина и заменимого серина.

Нарушение синтеза цистеина возникает при гиповитаминозе фолиевой кислоты, В6, В12 или наследственных дефектах цистатионинсинтазы и цистатионинлиазы. Гомоцистеин превращается в гомоцистин, который накапливается в крови, тканях и выделяется с мочой.

Обмен цистеина: схема путей, их значение.

Цистеин:

1.используется в белках для формирования третичной структуры (дисульфидные мостики);

2.SH группы цистеина формируют активный центр многих ферментов;

3.идет на синтез глутатиона, таурина (парные желчные кислоты), НS-КоА, ПВК (глюкоза);

4.Является источником сульфатов, которые идут на синтез ФАФС или выделяются с мочой.

Образование сульфат-иона, его утилизация (образование ФАФС).

150