Коньольная работа по биохимии

Пути превращения аминокислот в печени

Уровень аминокислот в плазме крови регулируется печенью. Избыточные аминокислоты расщепляются, аммиак связывается в цикле мочевины с. 184), мочевина переносится в почки. Углеродный скелет аминокислот включается в промежуточный метаболизм как источник для синтеза глюкозы (глюконеогенез) или как источник энергии. Кроме того, в печени осуществляется синтез и расщепление многих белков плазмы крови .

Цикл мочевины.

Деградация аминокислот происходит преимущественно в печени. При этом непосредственно или косвенно освобождается аммиак. Значительные количества аммиака образуются при распаде пуринов и пиримидинов.

Аммиак (на схеме наверху слева), основание средней силы, является клеточным ядом. При высоких концентрациях он повреждает главным образом нервные клетки. Поэтому аммиак должен быстро инактивироваться и выводиться из организма. В организме человека это осуществляется прежде всего за счет образования мочевины (на схеме в середине слева), часть NH3 выводится непосредственно очками (см. рис. 1).

У разных видов позвоночных инактивация и выведение аммиака производятся различными способами. Живущие в воде животные выделяют аммиак непосредственно в воду; например, у рыб он выводится через жабры (аммониотелические организмы). Наземные позвоночные, в том числе человек, выделяют лишь небольшое количество аммиака, а основная его часть превращается в мочевину (уреотелические организмы). Птицы и рептилии, напротив, образуют мочевую кислоту, которая в связи с экономией воды выделяется преимущественно в твердом виде (урикотелические организмы).

Мочевина является диамидом угольной кислоты. В противоположность аммиаку это нейтральное и нетоксичное соединение. При необходимости небольшая молекула мочевины может проходить через мембраны. По этой причине, а также из-за ее хорошей растворимости в воде мочевина легко переносится кровью и выводится с мочой.

Мочевина образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени. Оба атома азота берутся из свободного аммиака и за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа из гидрокарбоната. На первой стадии, реакция [1], из гидрокарбоната (НСО3-) и аммиака с потреблением 2 молекул АТФ образуется карбамоилфосфат. Как ангидрид это соединение обладает высоким реакционным потенциалом. На следующей стадии, реакция [2], карбамоильный остаток переносится на орнитин с образованием цитруллина. Вторая аминогруппа молекулы мочевины поставляется за счет реакции аспартата (на схеме внизу справа) с цитруллином [3]. Для этой реакции вновь необходима энергия в форме АТФ, который при этом расщепляется на АМФ и дифосфат. Для обеспечения необратимости реакции дифосфат гидролизуется полностью (не показано). Отщепление фумарата от аргининосукцината приводит к аргинину [4], из которого в результате гидролиза образуется изомочевина [5], сразу же превращающаяся в результате перегруппировки в мочевину. Остающийся орнитин вновь включается в цикл мочевины.

Фумарат, образующийся в цикле мочевины, может в результате двух стадий цитратного цикла [6, 7] через малат переходить в оксалоацетат, который за счет трансаминирования [9] далее прекращается в аспартат. Последний также вновь вовлекается в цикл мочевины.

Биосинтез мочевины требует больших затрат энергии. Необходимая энергия поставляется за счет расщепления четырех высокоэнергетических связей: двух при синтезе карбамоилфосфата и двух (!) при образовании аргининосукцината (АТФ → АМФ + PPi, РРi → 2Pi).

Цикл мочевины протекает исключительно в печени. Он разделен на два компартмента, митохондрии и цитоплазму. Прохождение через мембрану промежуточных соединений цитруллина и орнитина возможно только с помощью переносчиков. Обе аминокислоты небелкового происхождения.

Скорость синтеза мочевины определяется первой реакцией цикла [1]. Карбамоилфосфатсинтаза активна только в присутствии N-ацетилглутамата. Состояние обмена веществ (уровень аргинина, энергоснабжение) сильно зависит от концентрации этого аллостерического эффектора.

2. Гликогенные и кетогенные аминокислоты

Если аминогруппа аминокислот подлежит удалению из организма, то безазотистый остаток аминокислот (углеводородный скелет аминокислот) вливается в общие метаболические пути и используется для разных целей. Для разных аминокислот реакции ведущие их в общие метаболические пути разные по числу промежуточных этапов. Для одних аминокислот это просто реакция дезаминирования (прямого или непрямого) то для других это многоэтапные процессы. Некоторые примеры такого превращения аминокислот будут приведены ниже.

Аминокислоты в зависимости от того могут или не могут ли их углеводородные скелеты превращаться в глюкозу: классифицируются на гликогенные и кетогенные. Гликогенными называют те аминокислоты, углеводородные остовы которых превращаются в пируват или четырех или пятиуглеродные промежуточные метаболиты цикла Кребса. Все эти соединения — сустраты глюконеогенеза и используется для синтеза глюкозы в случае снижения ее уровня в крови. Они могут быть также превращены в гликоген или жирные кислоты как запасные питательные вещества. Кетогенные аминокислоты превращаются ацетил-КoA, или ацетоацет. Ни ацетилКоА ни ацетоацетат не могут прямо превращаться в оксалоацетат — основной субстрат глюконеогенеза, они поступают в цикл Кребса и окисляются, высвобождая СО2. Они являются хорошими источниками энергии или используются для синтеза кетоновых тел или жирных кислот Они не огут быть использованы для синтеза глюкозы.

Аланин, цистеин, глицин, серин и треонин превращаются в пируват. Особое место в глюконеогенезе отводится аланину (аланиновый печеночно-мышечный цикл). Аланиновая трансаминаза в печени прямо превращает аланин в пируват, который используется для синтеза глюкозы в период голодания. Эта глюкоза может поступать в мышцы, окисляться до пирувата, который превращается в аланин и кровью доставляется в печень. К этому аланину может присоединяться аланин мымышечных белков, которые гидролизуются в мышцах при голодании.

Серин также прямо дезаминируется в пируват сериндегидратазой. У глицина путь к пирувату более длинный. Он вначале преобразуется в сернин с участием тетрагидрофолата.

Оксалоацетат четырех углеродный метаболит цикла Кребса образуется из аспартата путем переаминирования (АСТ) и аспарагина, легко превращающегося в аспартат путем отщепления аминогруппы радикала аспарагиназой. Аспартат может превращаться в фумарат в цикле мочевинообразования, а в цикле Кребса его углероды вновь входят в оксалоацетат. Второй четырехуглеродный субстрат — сукцинил-КоА образуется из изолейцина, валина, и метионина, которые. В своих путях метаболизма превращаются в пропионил-КоА как и жирные кислоты с нечетеым числом углеродных атомом при b-окислении.

Пропионил-КоА карбоксилируется в метилкалонил-КoA, затем рацемаза образует L-изомер, необходимый для последующей реакции, и, наконец, метилмалонил-КоА мутаза, катализируя внутримолекулярную перегруппировку: разветвленной цепи метилмалонил-КоА преобразует ее в линейную цепь сукцинил-КoA. При этом карбоксильная группа, которая связана эфирной связью с тиолом коэнзима A, смещается, обмениваясь местами с водородом, на соседний углеродный атом.

α-Кетоглутарат пятиуглеродный продукт цикла Кребса, образуется из глутаминовой кислоты (путем трансаминирования) и аминокислот, которые превращаются в глутамат (глутамин, пролин, аргинин и др).