Пути распада глюкогенных, кетогенных и смешанных аминокислот

Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, оксалоацетат,
α -кетоглутарат ( α-КГ ), сукцинил-КоА, фумарат.

По конечным продуктам, образующихся с наибольшей вероятностью в результате метаболизма аминокислот, их можно разделить на:

1. Глюкогенные - аминокислоты, которые превращаются в пируват и промежуточные продукты ЦТК (α-КГ, сукцинил-КоА, фумарат) и образуют, в конечном итоге, оксалоацетат, они также могут использоваться в процессе глюконеогенеза.

2. Кетогенные - в процессе катаболизма превращаются в ацетоацетат (лиз, лей) или ацетил-КоА (лей) и могут использоваться в синтезе кетоновых тел.

3. Смешанные (гликокетогенные) - аминокислоты, использующиеся и для синтеза глюкозы, и для синтеза кетоновых тел, так как в процессе их катаболизма образуются 2 продукта - определённый метаболит ЦТК и ацетоацетат (Три, Фен, Тир) или ацетил-КоА (Иле).

Классификация аминокислот по судьбе безазотистого остатка

Глюкогенные аминокислоты	Смешанные аминокислоты	Кетогенные аминокислоты
Аланин	Серии	Тирозин	Лейцин
Аспарагин	Цистеин	Изолейцин	Лизин
Аспартат	Аргинин	Фенилаланин
Глицин	Гистидин	Триптофан
Глутамат	Валин
Глутамин	Метионин
Пролин	Треонин

 

Цикл мочевины (орнитиновый цикл)

Образующийся в организме позвоночных аммиак (NH₃) обезвреживается в цикле мочевины. В противоположность аммиаку мочевина нейтральное и нетоксическое соединение. Основными источниками образования NH₃ являются:

1) трансдезаминирование аминокислот;

2) дезаминирование (отщепление аминогруппы) биогенных аминов;

3) распад пуриновых и пиримидиновых азотистых оснований;

4) окислительное дезаминирование аминокислот (преимущественно глутамата);

5) дезамидирование глутамина и аспарагина;

Поступление аммиака из кишечника в портальнюю вену (образуется при гниении белков в кишечнике).

Аммиак - токсичное соединение. Даже небольшое повышение его концентрации оказывает неблагоприятное действие на организм, и прежде всего на ЦНС. Так, повышение концентрации аммиака (гипераммониемия) в мозге до 0,6 ммоль вызывает судороги. К симптомам гипераммониемии относят тремор, нечленораздельную речь, тошноту, рвоту, головокружение, судорожные припадки, потерю сознания. В тяжёлых случаях развивается кома с летальным исходом.

Образующаяся из аммиака мочевина может проходить через мембрану (из-за небольших размеров ее молекулы). По этой причине, а также из за ее хорошей растворимости, молекула мочевины хорошо переносится кровью и выводится из организма. При этом при повышении количества потребляемых с пищей белков экскреция мочевины увеличивается. Мочевина синтезируется только в печени, что было установлено ещё в опытах И.Д. Павлова. Поражение печени и нарушение синтеза мочевины приводят к повышению содержания в крови и тканях аммиака и аминокислот (в первую очередь, глутамина и аланина).

История открытия цикла мочевины уходит в 1903 г., когда Коссель открыл фермент аргиназу, катализирующую процесс распада аргинина на орнитин и мочевину. В 1933 году Г. Кребс и Гензелейт обнаружили, что синтез мочевины ускоряется при добавлении в инкубационную среду орнитина. На этом основании они предложили существование циклического процесса, в котором орнитин превращается в аргинин и наоборот. В последующем были открыты остальные стадии это процесса.

Начальные стадии данного цикла протекают в митохондриях:

1. Образование карбамоилфосфата. Фермент - карбамоилфосфатсинтетаза (Е₁). Процесс протекает при участии Mg²⁺.

2. Перенос карбомоилфосфата на орнитин. Фермент - орнитинкарбамоилфосфаттрансфераза (Е₂) с образованием цитрулина, который выходит в цитозоль.

3. Взаимодействие цитрулина с аспарагиновой кислотой. Фермент аргининсукцинатсинтетаза (Е₃) с образованием аргинин-янтарной кислоты (аргинино-сукцинат):

4. Распад аргинин-янтарной кислоты. Фермент аргининсукцинатлиаза (Е₄) с образованием аргинина и фумаровой кислоты.

5. Гидролиз аргинина до мочевины (карбамид) и орнитина катализирует аргиназа (Е₅).

Образование мочевины является частично циклическим процессом. Орнитин, участвующий в реакции 2, регенерируется в ходе реакции 5. Таким образом, ни потерь, ни накопления орнитина, цитруллина, аргининосукцината и аргинина в ходе синтеза мочевины не происходит; потребляются только ион аммония (аммиак), СО₂, 3 АТФ и аспартат.

Ферменты орнитинового цикла распределены между митохондриями и цитозолем. Поэтому необходим трансмембранный перенос глутамата, цитруллина и орнитина с помощью специфических транслоказ (см. рисунок ниже!!!).

Суммарное уравнение:

СО₂ + NH₃ + 3 АТФ + 2Н₂О + аспартат → мочевина + 2 АДФ + 1 АМФ + 2Ф + 1ФФ + +фумарат

Для поэтов и ценителей рифмы:

В цитоплазме орнитин тихо плавает один,

Вот войдёт он в антипорт, там чего-нибудь найдёт.

Хоть карбомоилфосфат, цитруллином стать он рад,

И обратно он уйдёт в тот же самый антипорт.

Возвращается обратно, тут навстречу аспартат,

С АТФ-ом он устроит аргининосукцинат.

Так что всюду полетят аргинин и фумарат.

Аргинин гидролезнется, карбамид с него сорвется,

И останется один в цитоплазме орнитин.