Мусил Я., Новикова О., Кунц К. Современная биохимия в схемах

Подождите немного. Документ загружается.

МЕТАБОЛИЗМ ТРЕОНИНА, СЕРИНА И ГЛИЦИНА

МЕТАБОЛИЗМ ЦИСТЕИНА

МЕТАБОЛИЗМ ЛИЗИНА

АМИНОКИСЛОТЫ, ПРЕВРАЩАЮЩИЕСЯ

В АЦЕТИЛ-СоА ЧЕРЕЗ АЦЕТОАЦЕТИЛ-СоА

По этому пути идет превращение следующих

аминокислот: Phe, Tyr, Lys, Trp, Leu. Из Phe и Tyr

образуется свободный ацетоацетат, который затем

превращается в ацетоацетил-СоА. Один из пяти

углеродных атомов, оставшихся от этих двух ами-

нокислот в результате аэробного декарбоксилиро-

вания, выделяется в форме СО

. Четыре остальных

атома в молекуле этих двух аминокислот превра-

щаются в фумарат.

В результате генетических дефектов у неко-

торых особей отсутствует фенилаланингидроксила-

за и фенилаланин прямо превращается в фенилпи-

руват, который накапливается в крови и выводится

с мочой, что приводит к так называемой фенилке-

тонурии. Аналогично результатом отсутствия окси-

дазы гомогентизиновой кислоты является алкапто-

нурия.

МЕТАБОЛИЗМ ФЕНИЛАЛАНИНА И ТИРОЗИНА

МЕТАБОЛИЗМ ЛЕЙЦИНА

МЕТАБОЛИЗМ АРГИНИНА

АМИНОКИСЛОТЫ,

ПРЕВРАЩАЮЩИЕСЯ В α-КЕТОГЛУТАРАТ

Углеродный скелет пяти аминокислот (Arg, His,

Glu, Gln, Pro) вступает в цикл лимонной кислоты

через α-кетоглутарат.

Из аргинина под действием аргиназы образуется

орнитин (в цикле мочевины). Затем орнитин превра-

щается в полуальдегид глутаминовой кислоты, ко-

торый также получается, в качестве продукта окис-

ления при превращении Pro.

Окислительное превращение His интересно тем,

что имидазольное кольцо открывается под дей-

ствием фермента, функционирующего с использо-

ванием тетрагидрофолиевой кислоты (FH

Gln гидролизуется до глутаминовой кислоты

глутаминазой или прямо дезаминируется до амида

α-кетоглутаровой кислоты (кетоглутамаровой кис-

лоты), которая затем гидролизуется до α-кетоглу-

таровой кислоты и аммиака.

МЕТАБОЛИЗМ ГИСТИДИНА

МЕТАБОЛИЗМ ПРОЛИНА

МЕТАБОЛИЗМ ГЛУТАМИНА И ГЛУТАМИНОВОЙ КИСЛОТЫ

МЕТАБОЛИЗМ АСПАРАГИНОВОЙ КИСЛОТЫ

АМИНОКИСЛОТЫ, ПРЕВРАЩАЮЩИЕСЯ

ЧЕРЕЗ СУКЦИНИЛ-СоА

Met теряет метильную группу и атом серы

в двух важных реакциях, давая цистеин и серин.

Получающийся затем гомосерин дезаминируется

и превращается в α-кетомасляную кислоту, которая

подвергается окислительному декарбоксилирова-

нию.

Превращения Ile и Val происходят аналогичным

образом. Обе аминокислоты переаминируются

и образующаяся α-кетокислота затем подвергается

окислительному декарбоксилированию. Сходным

образом происходит и превращение разветвленных

боковых цепей. Метилмалонил-СоА образуется как

из Val, так и из Ile и превращается в сукцинил-СоА

метилмалонил-СоА-мутазой, содержащей коба-

мидный кофермент.

МЕТАБОЛИЗМ ИЗОЛЕЙЦИНА

МЕТАБОЛИЗМ ВАЛИНА

МЕТАБОЛИЗМ МЕТИОНИНА

РЕАКЦИИ, ПРОТЕКАЮЩИЕ

С ВЫДЕЛЕНИЕМ АММИАКА

1. Окислительное дезаминирование, катализируе-

мое глутаматдегидрогеназой.

2. Дезаминирование оксидазой аминокислот.

3. Постепенное окисление до цистеинсульфино-

вой кислоты, которая окислительно дезаминирует-

ся и разрушается до сульфата и пирувата.

4. Дезаминирование лиазой.

5. Окисление глициноксидазой.

6. Дезаминирование глюкозамин-6-Р-изомеразой.

7. Отщепление амидной группы глутаминазой.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИОНА АММОНИЯ

В ОРГАНИЗМЕ

1. Карбамоилфосфат, образующийся реакцией

аммиака с СО

, является исходным соединением

в синтезе мочевины и, вместе с аспарагиновой кис-

лотой, в биосинтезе пиримидинов.

2. Глутамин в организме принимает участие

в ряде биосинтетических реакций. Он либо всту-

пает в различные реакции, например приводящие

к синтезу фолиевой кислоты, либо отщепляет

амидную группу, которая затем переносится к дру-

гому соединению, как происходит, например, при

синтезе гуанозин-5-фосфата в присутствии GMP-

синтетазы, или в синтезе глюкозамина из D-фрук-

тоза-6-Р под действием глюкозамин-6-Р-изоме-

разы.

ОКИСЛИТЕЛЬНОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ

АМИНОКИСЛОТ

протекает двумя путями:

1. Все аминокислоты окислительно дезамини-

руются неспецифическими оксидазами (функциони-

рующими в присутствии FAD) и превращаются

в соответствующие кетокислоты. Фермент локали-

зован в эндоплазматическом ретикулуме клеток

печени и характеризуется относительно низкой ак-

тивностью. Окисление аминокислот происходит

молекулярным кислородом, образующаяся в ре-

зультате этой реакции перекись водорода либо раз-

лагается с помощью каталазы до воды и кислоро-

да, либо используется как окислитель в реакциях

различных пероксидаз (содержащихся в пероксисо-

мах). Такой тип дезаминирования обычно не ис-

пользуется в организме, а является важным лишь

для превращений лизина.

2. Во втором случае окислительному дезамини-

рованию предшествует переаминирование. В ре-

зультате все аминокислоты превращаются в со-

ответствующие кетокислоты и в то же самое время

α-кетоглутаровая кислота превращается в глутами-

новую кислоту, которая и становится объектом

окислительного дезаминирования. Этот процесс

протекает под действием специфической глутамат-

дегидрогеназы (для работы которой необходим

NAD

). Продуктами реакции оказываются α-кето-

глутаровая кислота и NH

. Этот путь превращения

аминокислот является довольно общим. Глутамат-

дегидрогеназа, благодаря её ключевым позициям в

превращении аминокислот, является аллостеричес-

ким ферментом, состоящим из нескольких одинако-

вых субъединиц. Молекулярная масса этого фермента

280000, фермент способен образовывать агрегаты

палочкообразной формы с молекулярной массой

2,2•10

. Эффекторы влияют на равновесие между

мономерной и полимерной формами. Фермент ин-

гибируется ATP, GTP, NADH, а активируется ADP

и различными аминокислотами. Активность ме-

няется также под действием тироксина и неко-

торых стероидных гормонов.

СИНТЕЗ МОЧЕВИНЫ

Синтез мочевины - это циклический процесс,

являющийся последней фазой превращения аммиа-

ка, который выделяется при дезаминировании ами-

нокислот.

Биологическое значение этого процесса состоит

в том, что таким образом удаляется аммиак, ток-

сичный для организма. Мочевина является биоло-

гически важным соединением с высоким содержа-

нием азота. Мочевина свободно проходит сквозь

клеточные мембраны пассивным транспортом по

градиенту концентрации, т.е. из клетки в межкле-

точное пространство, оттуда в плазму и из плазмы

в мочу. Человек ежедневно выделяет около 30 г

мочевины при ежедневном потреблении 100 г

белка.

Пояснения к схеме

Последовательные реакции синтеза мочевины

катализируются следующими ферментами: 1) кар-

бамоилфосфатсинтетазой, 2) орнитинкарбамоил-

трансферазой, 3) аргининсукцинатсинтетазой, 4) ар-

гининсукцинатлиазой, 5) аргиназой.

ОБЩИЙ БАЛАНС В ЦИКЛЕ МОЧЕВИНЫ

1. Первая NH

-группа, включающаяся в цикл

мочевины, образуется окислительным дезаминиро-

ванием какой-нибудь аминокислоты (на схеме при-

веден пример глутаминовой кислоты, окислитель-

ное дезаминирование которой происходит в мито-

хондриях).

2. Выделяющийся аммиак реагирует с СО

в присутствии АТР с образованием карбамоилфос-

фата (макроэргического соединения). Эта реакция

необратима.

3. Карбамоилфосфат отдает свою карбамоиль-

ную группу орнитину, и в результате получается

цитруллин.

4. Вторая аминогруппа включается в цикл с по-

мощью аспарагиновой кислоты, образующейся за

счет переаминирования между глутаминовой кис-

лотой и оксалоацетатом.

5. Аминогруппа аспарагиновой кислоты конден-

сируется с карбамильной группой цитруллина. Ре-

акция протекает в присутствии АТР и аргининсук-

цинатсинтетазы. В результате образуется аргинин-

сукцинат, который затем обратимо расщепляется

до аргинина и фумарата.

6. Аргинин расщепляется аргиназой до моче-

вины и орнитина, который снова входит в цикл.

Таким образом, для синтеза одной молекулы

мочевины требуются две молекулы аммиака, одна

молекула двуокиси углерода и три молекулы АТР.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАЛАНС

РАСЩЕПЛЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ

В качестве примера на схеме приведено окисли-

тельное расщепление треонина до СО

и мочевины

и расчет количества АТР, образующегося в ходе

происходящих реакций.

1. Из одной молекулы Thr образуются две мо-

лекулы ацетил-СоА, включающегося в цикл лимон-

ной кислоты, и одна молекула NH

. (Ради упроще-

ния ацетил-СоА далее рассматривается как уксус-

ная кислота.)

2. Из Thr при метаболизме образуется уксусная

кислота и аммиак. Но поскольку для синтеза одной

молекулы мочевины требуется две молекулы ам-

миака, необходимо для расчета учитывать две мо-

лекулы Thr.

3. Образующаяся уксусная кислота окисляется

в цикле лимонной кислоты в соответствии со сле-

дующим уравнением:

СН

СООН + 2Н

О —> 2СO

+ 8Н.

4. Реакции синтеза мочевины из аммиака.

5. Суммарное уравнение для всех превращений

Thr. Энергетический баланс метаболизма Thr, таким

образом, будет следующим:

48 молекул АТР синтезируются из 16 молекул

NADH при его окислении

8 молекул АТР синтезируются из 4 молекул

FADH

за счет его окисления

4 молекулы АТР соответствуют 4 молекулам

GTP

60 молекул АТР образуются в реакциях

—5 молекул АТР расходуются в реакциях

55 молекул АТР образуются при окислении

двух молекул Thr, т.е. 27,5 АТР

на молекулу треонина.

ВНУТРИКЛЕТОЧНЫЙ ПУЛ АМИНОКИСЛОТ,

РОЛЬ ОРГАНЕЛЛ КЛЕТКИ В ПРЕВРАЩЕНИЯХ АМИНОКИСЛОТ