Обмен белков, аминокислот

► ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ МОЧЕВИНООБРАЗОВАНИЯ (ОЦ)(в печени) - основной путь детоксикации аммиака (NН₃), который образуется при распаде азот -содержащих веществ: аминокислот, биогенных аминов, пуринов и пиримидинов, фосфо- и гликолипидов, гексозаминов, гликозаминогликанов, гема и др. Реакции ОЦ направлены на связывание токсичного Аммиака с образованием нетоксичной Мочевины. Азот в мочевине происходит из карбамоил-фосфата (NН₃+СО₂) и аспарагиновой кислоты.

В ОЦ участвуют а/к – орнитин (непротеиногенная), аспартат и образуется аргинин).

(На образование 1 молекулы Мочевины расходуется энергия 3 АТФ, которые ресинтезируются за счет превращения промежуточного метаболита ОЦ – фумарата в ц.Кребса через малат в ЩУК, что сопровождается восстановлением НАДНН⁺, обеспечивающим синтез 3 АТФ в ПДЦМХ. Образованная молекула ЩУК в реакции трансаминирования при участии пиридоксаминфосфата (кофермент В6) превращается в аспартат, аминогруппа которого, наряду с молекулой аммиака, используется в синтезе Мочевины (NН₂-СО - NН₂)).

Гипераммониемия (↑ аммиака в крови) – при ↓ активностии ферментов ОЦ. Проявления: учащенное дыхание, ↑ возбудимость, мигрень, судороги, рвота при употреблении белковой пищи.

► ТРАНСДЕЗАМИНИРОВАНИЕ (НЕПРЯМОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ – НД) - процесс дезаминирования α-аминокислот (а/к) с образованием α-кетокислот (к/к) без промежуточного освобождения аммиака. Протекает НД в 2 этапа: 1 - трансаминирование, катализируемое В₆ -зависимой аминотрансферазой: происходит перенос NН₂ –группы с а/к на α-кетоглутарат, с образованием к/к и глутамата, соответственно. Витамин В₆ вступает в реакцию в форме кофермента – пиридоксаль-Ф, который принимает от а/к аминогруппу и превращается в пиридоксамин-Ф (через образование промежуточных шиффовых оснований – альдимин и кетимин), который далее отдает NН₂ –группу на α-кетоглутарат с образованием глутамата. 2 – окислительное дезаминированиеглутамата при участии глутаматдегидрогеназы с выделением аммиака и образованием α-кетоглутарата. Другие типы дезаминирования: восстановительное, гидролитическое (у м/орг.), внутримолекулярное (гистидин → урокановая к-та).

► ТРАНСРЕАМИНИРОВАНИЕ (НЕПРЯМОЕ АМИНИРОВАНИЕ – НА) - процесс, обратный непрямому дезаминированию, обеспечивающий связывание аммиака с оразованием из α-к/к → α-а/к. НА протекает в 2 этапа: 1 – восстановительное аминирование α–кетоглутарата с образованием глутамата и 2 – трансаминирование: перенос аминогруппы с глутамата на α-к/к с образованием α-а/к.

► БИОГЕННЫЕ АМИНЫ (БА)–биологически активные производные аминокислот, ключевой реакцией образования которых является В₆ –зависимое декарбоксилирование а/к. К БА относятся: ГАМК – декарбоксилированное производное глутамата; Гистамин – декарбоксилированный гистидин, Серотонин – образуется из триптофана (при В₆ –зав. декарбоксилировании и гидроксилировании при участии вит. С); катехоламины: Дофамин, Норадреналин, Адреналин – образуются из тирозина (при участии В₆ -зависимой декарбоксилазы, вит. С -зависимой гидроксилазы, SАМ -зависимой метилтрансферазы).

► ГЛИКО- и КЕТОГЕННЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ: Гликогенные а/к – а/к, которые, распадаясь, превращаются в ЩУК и ПВК, а далее через 3 -й обходной путь вступают в глюконеогенез → далее в гликогеногенез. Кетогенные а/к (ЛЛИФТТ) – а/к, при распаде которых образуется ацетоацетат (кетоновое тело) или ацетилКоА (при ↑ концентрации которого синтезируются кетоновые тела). Лиз, Лей – строго кетогенные а/к; И/лей, Ф/а, Тир, Трп – смешанные – глико - и кетогенные а/к.

► НЕЗАМЕНИМЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ: Вал, Лей, Изолей, Мет, Ф/а, Трп, Тре, Лиз.; Полузаменимые – Тир, Цист.; Частично заменименимая – Арг.; Незаменимая в детском возрасте – Гист.

► ЗНАЧЕНИЕ АМНОКИСЛОТ: ①. ФЕНИЛАЛАНИН (незам.а/к) → ТИРОЗИН (полузамен. а/к) – глико- и кетогенные а/к: 1). необходимы для синтеза катехоламинов (в мозговом веществе надпочечников, в мозге) – дофамин, норадреналин, адреналин; 2). для синтеза йодтиронинов (в щитовидной железе) – трийодтиронин (Т₃), тетрайодтиронин (Т₄); 3). для синтеза пигмента меланина (в коже, волосах, радужке).

Фенилкетонурия (выведение фенилпирувата с мочой) – наследственная энзимопатия, связанная с ↓ активности фермента – фенилаланинмонооксигеназы, гидроксилирующей фенилаланин в тирозин. Проявления: олигофрения, ↑возбудимость, мышечная гипотония.

Алкаптонурия (выведение алкаптона с мочой) – наследственная энзимопатия, связанная с ↓ активности фермента – гомогентизатдиокигеназы, участвующего в обмене тирозина, что сопровождается ↑ гомогентизиновой кислоты и образованием из нее черного пигмента – алкаптона. Проявления: алкаптон откладывается в суставах, что сопровождается воспалением и ограничением их подвижности; развивается охроноз, связанный с отложением алкаптона в хрящах ушных раковин и крыльев носа.

Альбинизм – развивается при нарушении синтеза меланина из тирозина. Отмечается депигментация радужки глаз, волос; ↑чувствительность кожи к УФ.

Гипотиреоз – ↓ выработки Т₃ и Т₄, что приводит к кретинизму в детском возрасте и микседеме (слизистый отек) – у взрослых. Гипертиреоз - ↑ выработки Т₃ и Т₄, что приводит к развитию Базедовой болезни (развиваются экзофтальм, зоб, тахикардия, ↑t⁰). (Ферменты, обеспечивающие синтез Т₃ и Т₄, из тирозина: 1) - йодидпероксидаза, активирующая пищевой йод; 2) - тирозинйодиназа, включающая йод по С ₃ и С ₅ -положениям тирозина с конденсацией 2 -хмолекул тирозина).

②. ТРИПТОФАН (незам.; глюко- и кетогенная а/к): 1). необходим для синтеза серотонина (биогенный амин) – регулирует многие соматические функции организма и является антидепрессантом; 2). для синтеза мелатонина – гормон эпифиза, регулирующий биоритмы; 3). для синтеза витамина РР (НАД⁺, НАДФ⁺) в печени.

Гиповитаминоз В₆ – ↓ -сяактивность В₆ – зависимой кинурениназы и нарушается обмен триптофана, что сопровождается выведением с мочой побочного метаболита – ксантуреновой кислоты, и нарушением синтеза витамина РР (НАД⁺, НАДФ⁺). Развивается пеллагроподобный дерматит.

Болезнь «голубых пеленок» - связана с нарушением обмена триптофана, что сопровождается ↑образования индолилацетата, индикана (окрашивают пеленки новорожденных в голубой цвет). Проявления: пеллагроподобный дерматит, эмоциональная лабильность, атаксия, запоры.

③. МЕТИОНИН (незам. а/к) и ЦИСТЕИН (полузамен. а/к) – серусодержащие а/к: 1). Метионин в форме кофермента SAM участвует в синтезе: а). адреналина из норадреналина; б). мелатонина из серотонина, в). холина из этаноламина (холин входит в состав лецитина, ацетилхолина), г). креатин-фосфата (наряду с арг и гли) – мышечный макроэрг, д). карнитина (наряду с лиз) – переносчик ЖК через мембраны МХ, е). полиаминов – спермина, спермидина (наряду с орнитином) – регулируют процессы клеточного роста и дифференцировки, активируя синтез ДНК, РНК, белка, ж). ансерина из карнозина (наряду с гист и β-ала) – повышают амплитуду мышечного сокращения в утомленной мышце.

2). ЦИСТЕИН – необходим для синтеза: а). тиоэтиламина, который участвует в образовании из витамина Пантотеновая кислота коферментов – КоАSН и 4-фосфопантотеина, б). глутатиона – трипептида, включающего также глу и гли – участвует в переносе а/к через мембраны, в восстановлении дегидроаскорбиновой кислоты, в инактивации активных форм кислорода, в восстановлении SH- групп ферментов и мембран э/ц, в). таурина – образует парные желчные кислоты (таурохолевая, таурохенодезоксихолевая).

Гомоцистеинурия - выведение с мочой гомоцистеина, т.к. ↓ активность цистатионин-синтазы. Нарушается синтез цис,↓ умственное развитие, судороги, остеопороз (↓ гидроксилирование лиз в коллагене), дрожание радужки глаз.

Цистинурия - ↑ экскреции с мочой цистеина, цистина при нарушении почечной реабсорбции. Образуются цистиновые камни, происходит закупорка мочевыводящих путей.

④. ЛИЗИН (н/з), АРГИНИН (частично н/з а/к), ГИСТИДИН (н/з в детском возрасте) – оснóвные а/к, «+» -заряж. ЛИЗИН и АРГИНИН: 1).входят в состав гистонов (Н1, Н2а, Н2в, Н3, Н4), 2). ЛИЗИН – участвует в преобразовании вит. Н в кофермент – биоцитин; Липоевой кислоты – в липамид; участвует в организации активного центра аминотрансфераз, связывая коферменты В6. 3). АРГИНИН – используется для синтеза креатин-фосфата (наряду с гли и мет), орнитина. Образуется арг в орнитиновом цикле. 4). ГИСТИДИН – является предшественником гистамина, участвует в образовании карнозина и ансерина, в связывании гемоглобином О2.

⑤. ГЛУТАМАТ, АСПАРТАТ (замен. а/к) – дикарбоновые а/к, «-»-заряж. – участвуют: 1). в связывании аммиака с образованием глутамина и аспарагина, 2). в синтезе пуринов и пиримидинов, 3). в образовании альбуминов и глобулинов крови, 4). в трансаминировании, 5). АСПАРТАТ – участвует в орнитиновом цикле, 6). ГЛУТАМАТ – в синтезе ГАМК, глутатиона.

⑥. ГЛИЦИН (зам. а/к) - участвует в синтезе: 1). глутатиона (наряду с цис и глу), 2). гема (наряду с СукцинилКоА), 3). пуринов – аденина, гуанина, 4). парных желчных кислот – гликохолевая, гликохенодезоксихолевая, 5). креатин-фосфаиа (наряду с арг и мет), 6). участвует в детоксикации продуктов гниения белков, 7). в образовании активной формы ТГФК (кофермент фолиевой кислоты) – N⁵, N¹⁰-метилен-ТГФК, необходимой для синтеза серина, тимина из урацила.

► ПРОСТЫЕ (ПБ)и СЛОЖНЫЕ БЕЛКИ (СБ): ПБ – протеины: состоят только из аминокислот (альбумины, глобулины, гистоны, протамины, проламины). СБ – протеиды: состоят из апопротеина и простетической небелковой группы (металлопротеины (трансферрин, церулоплазмин), фосфо-, нуклео- (РНК-содерж. - рибосома, ДНК-содерж. - нуклеосома), хромо- (цветные белки: Нв, Мв, цитохромы, родопсин, флавопротеиды), глико-, липопротеины).

Фибриллярные белки – коллаген, эластин; фибронектин и ламинин (адгезивные белки); кератины волос; актин и миозин – сократительные белки; фиброин шелка и паутины.

Азотистый баланс – соотношение количества азота, поступающего в организм в составе пищи и выделяемого с мочой, потом, калом. При положительном АБ – происходит задержка азота в организме – в растущем организме, при беременности, при восстановлении после болезни. Отрицательный АБ – больше азота выводится (гиперазотурия) – при активном распаде тканевых белков при гипертиреозе, сахарном диабете, распаде злокачественной опухоли.

► ПРОДУКТЫ ГНИЕНИЯ БЕЛКОВ (ПГБ)и ПУТИ ИХ ДЕТОКСИКАЦИИ: ПГБ – скатол, индол (образуются из трп), крезол, фенол (из ф/а и тир), сероводород (из цист, мет), кадаверин (из лиз)и др. - образуются в результате разложения пищевых белков и а/к микрофлорой нижних отделов кишечника. Усиливаются процессы гниения при ↓ протеолитической функции поджелудочной железы (остр., хронич. панкреатит) Основное место детоксикации ПГБ – печень, где происходит их метилирование, ацилирование, конъюгирование с глюкуроновой и серной кислотами, с глицином.

По гиппуровой кислоте в моче (продукт конденсации бензойной кислоты с глицином) судят о детоксикационной функции печени.

► ОБМЕН НУКЛЕОТИДОВ (Н/Т): Н/Т - состоят из азотистого основания (АО) (пуриновые АО – аденин и гуанин, пиримидиновые – тимин, урацил, цитозин), рибозы/дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты (ФК).

1. при распаде Н/Т: отщепляется ФК под действием нуклеотидаз → далее отщепляется пентоза → происходит дезаминирование АО (кроме урацила) и превращение АО в конечные продукты: для пуринов – мочевая кислота (МК) (предшественники – гипоксантин, ксантин), для пиримидинов – β-аланин (для тимина – β-аминоизомасляная кислота). Нуклеозиды отличаются от н/т – отсутствием ФК.

Подагра – отложение в суставах плохо растворимых Nа-солей мочевой кислоты при гиперурикемии (↑ концентрации МК в крови), что является результатом ↑ употребления пурин -содержащих продуктов (кофе, икра), или ↓ активности гуанин, гипоксантин-фосфорибозил-трансферазы. Развиваются боли в суставах, позвоночнике, ↓ подвижность, гиперурикемия, уратурия (↑ МК и ее Nа-солей в моче).

Болезнь Леша-Найхана – наследственная энзимопатия, связанная со ↓ гуанин,гипоксантин-фосфорибозилтрансферазы. Проявления: ↑ возбудимости, ↓ умственного развития, нанесение самоповреждений.

Гиперурикемия, уратурия – ↑ мочевой кислоты в крови и моче при подагре, болезни Леша-Найхана, патологии почек, печени, при лейкемии.

а). ПУРИНОВЫЕ Н/Т синтезируются за счет формирования пуринового кольца на активированной фосфорибозе – фосфорибозилпирофосфате (ФRРР) из глицина, аспартата, 2 -х молекул глутамина, и при участии формил- и метен- ТГФК (кофермент фолиевой кислоты – В₉). При этом образуется Инозиновая кислота, которая далее аминируется с образованием АМФ (источник аминогруппы – аспартат) и ГМФ (источник аминогруппы – глутамин). б). При синтезе ПИРИМИДИНОВЫХ Н/Т сначала формируется Оротовая кислота (из карбамоил-фосфата и аспартата), которая далее переносится на ФRРР с образованием оротидилмонофосфата (ОМФ). ОМФ, декарбоксилируясь, превращается в УМФ, который при участии глутамина → в ЦМФ, а при участии метилен-ТГФК – в ТМФ.

Значение Н/Т: являются мономерами ДНК и РНК; АТФ – универсальный макроэрг; выполняют коферментную функцию. Значение УТФ и ЦТФ как коферментов: УТФ – участвует в синтезе гликогена, во взаимопревращении галактозы в глюкозу, в синтезе гликолипидов, гликозаминогликанов. ЦТФ – участвует в синтезе фосфолипидов.

Оротацидурия – выведение оротовой кислоты с мочой при ↓ активности ОМФ-декарбоксилазы, что сопровождается ↓ синтеза пиримидинов – урацила, тимина, цитозина (нарушается пролиферация и дифференцировка быстро делящихся клеток). Развивается мегалобластическая анемия, дерматиты.

► СИНТЕЗ ГЕМА: из Глицина и СукцинилКоА образуется Аминолевулиновая кислота, 2 -е молекулы которой формируют порфобилиноген, из 4 -х молекул которого синтезируется уропорфириноген (УПГ), который через n- количество стадий превращается в Протопорфирин-IX, в который феррохелатаза встраивает железо (Fе²⁺) и образуется ГЕМ. Значение ГЕМА - является простетической группой хромопротеидов (цветные белки): Нв, Мв,цитохромы; является коферментом каталазы и пероксидазы.

Порфирии (эритропоэтическая, печеночная, кожная и др.) – наследственные энзимопатии, связанные со ↓ активности какого-либо фермента, участвующего в синтезе гема (напр.,↓активности уропорфириноген-III-синтазы). Развиваются гипертрихоз, фотодерматит, эритродонтия; с мочой выводятся порфобилиноген, уропорфириноген и др. промежуточные метаболиты.

► РАСПАД ГЕМА: под действием гем-окисляющей системы ГЕМ последовательно превращается в вердоглобин → биливердин → билирубин, который в крови адсорбируется на альбуминах, превращаясь в непрямой билирубин (НБ, 75 %). В печени, конъюгируясь с глюкуроновой или серной кислотами (при участии глюкуронил- и ФАФС – фосфоаденозинфосфат–сульфо трансферазы), происходит образование прямого билирубина (ПБ – нетоксичный, растворимый, дает прямую реакцию с диазореактивом). Поступая в кишечник билирубин многократно восстанавливается и превращается в стеркобилин – конечный продукт распада гема, который в норме выводится с калом (300 мг) и мочой (2-3 мг).

Желтухи – развиваются при ↑ уровня билирубина в крови ( гипербилирубинемия ). Различают 3 типа желтух: 1 – гемолитическая (при ↑ гемолиза эритроцитов): ↑ НБ в крови, ↑ стеркобилин в кале и моче; 2 – паренхиматозная (при гепатитах, циррозах): появление уробилиногена в моче (предшественник стеркобилина), ↑ в крови уровня общего БР; 3 – обтурационная, механическая (при закупорке желчных протоков камнем, опухолью): ↑ ПБ в крови, отсутствует стеркобилин в кале и моче (ахоличный – бесцветный кал), ПБ выводится с мочой ( билирубинурия ) – моча приобретает цвет «темного пива».

► СИНТЕЗ БЕЛКА: 1. транскрипция – переписывание последовательности нуклеотидов (н/т) ДНК в последовательность н/тиРНК по принципу комплементарности (между пуринами и пиримидинами: А=Т (У), Г ≡ Ц), с заменой Т на У. 2. посттранкрипционный процессинг – созревание про- иРНК: вырезание интронов, сплайсинг – сшивание экзонов, «кэпирование» и РНК по 5′-концу: (+)-е метилированных н/т), присоединение полиаденилата по 3′-концу. 3. трансляция (происходит на рибосомах при участии т РНК, приносящей а/к к месту синтеза полипептидной цепи) – раскодирование последовательности н/ти РНК в последовательность аминокислот белка: 3 н/т кодируют 1 а/к (триплетность генетического кода). Свойства генетического кода: универсальность, триплетность, вырожденность, неперекрываемость. 4. посттрансляцинный процессинг (фолдинг – процесс сворачивания белка в правильную пространственную биологически активную конформацию при участии белков- шаперонов;присоединение простетической группы в сложных белках).

Процессы транскрипции, трансляции, репликации протекают в 3 этапа: инициация, элонгация, терминация.

► РЕПЛИКАЦИЯ ДНК: удвоение ДНК (при делении клетки) происходит при участии следующих ферментов: 1. хеликаза - раскручивает двойную спираль ДНК с образованием репликативной вилки, 2. топоизомераза – предупреждает суперспирализацию ДНК в местах формирования репликативной вилки, 3. праймаза – катализирует образование «затравочного» праймера (олиго рибо нуклеотид), с которого начинается синтез ДНК, 4. ДНК-полимераза III (основной фермент репликации, катализирующий синтез лидирующей цепи ДНК и отстающей цепи – фрагментами Оказаки в направлении 5′→ 3′), ДНК-полимераза I (удаляет затравочный праймер и замещает на олиго дезоксирибо нуклеотид), ДНК-полимераза II (участвует в репарации – устранении ошибок); 5. ДНК-лигаза (сшивает фрагменты Оказаки, соединяет 2 цепи ДНК).

К БИОЛОГИЧЕСКОМУ ОКИСЛЕНИЮ:

► ПДГ- комплекс: в пируватдегидрогеназном комплексе (в МХ) происходит окислительное декарбоксилирование ПВК до АцетилКоА с восстановлением НАДНН⁺ при участии 3 ферментов (пируват-декарбоксилаза, ацетиллипамид-трансфераза, дигидролипамид-дегидрогеназа) и 5 коферментов – ТПФ (В₁-тиамин), Липамид (Липоевая кислота), КоАSН (В₃-пантотеновая кислота), ФАД (В₂-рибофлавин), НАД⁺ (РР-никотинамид). При этом ТПФ декарбоксилирует ПВК, Липамид и КоАSH – переносят ацетильный остаток ПВК, а ФАД и НАД⁺ - переносят 2Н⁺, последовательно восстанавливаясь. АцетилКоА далее окисляется в ц.Кребса до 2СО₂ + 10 АТФ, а НАДНН⁺ окисляется в ПДЦМХ = 2,5 АТФ.

► ЦИКЛ КРЕБСА: происходит окислительный распад АцетилКоА до 2 СО₂, что сопровождается восстановлением 3 НАДНН⁺, 1 ФАДН₂ и синтезом 1 АТФ субстратным фосфорилированием за счет энергии Сукцинил КоА. 3НАДНН⁺ далее окисляются в П ДЦ МХ и это обеспечивает синтез 7,5 АТФ (на каждую по 2,5), а ФАДН₂ окисляется в У ДЦ МХ, что обеспечивает синтез 1,5 АТФ. Т.о, на каждую АцетилКоА синтезируется 10 АТФ: 1 АТФ – субстратным фосфорилированием (SФ) и 9 АТФ – окислительным (ОФ) в ДЦМХ.

3НАДНН⁺ в ц. Кребса восстанавливаются при участии 3 -х дегидрогеназ: изоцитрат-, α-кетоглутарат-, малат- ДГ, 1 ФАДН₂ восстанавливается при участии сукцинатдегидрогеназы. Т.о., ц. Кребса является основным генератором пар водородов для ДЦМХ (4 пары 2Н⁺).

Амфиболичность ц. Кребса - объединяет пути распада и синтеза веществ: до ЩУК (ОА) ц.Кребса дезаминируются аспартат, аспарагин и из ЩУК они образуются, до α-кетоглутарата распадаются глутамат и глутамин, и из него же – образуются; до СукцинилКоА распадаются мет, вал, лей, илей, тре, а из СукцинилКоА синтезируется гем.

► ДЫХАТЕЛЬНАЯ ЦЕПЬ МИТОХОНДРИЙ: в ДЦМХ (внутренняя мембрана МХ) происходит синтез АТФ окислительным фосфорилированием за счет энергии трансмембранного протонного градиента (∆ϻН), который формируется при движении 2е- по компонентам ДЦМХ от восстановленных НАДНН⁺ или ФАДН₂ к О₂ (в ДЦ происходит сопряжениеокисления субстратов с фосфорилированием АДФ в АТФ). При этом на каждую НАДНН⁺ синтезируется 3 АТФ, а на ФАДН₂ – 2 АТФ. О₂ является конечным акцептором 2е- от восстановленных НАДНН⁺ и ФАДН₂. В полной ДЦ выделяют 3 точки сопряжения – участки ДЦ, в которых создается трансмембранный протонный градиент, в укороченной ДЦ – 2 точки сопряжения.

Коэффициент фосфорилирования: Р/О – соотношение количества израсходованного на синтез АТФ фосфора Н₃РО₄ и поглощенного кислорода. Для ПДЦ (НАДНН⁺ ) Р/О=3, для УДЦ (ФАДН₂) Р/О=2.

Компоненты ДЦ: ФМН -зависимая дегидрогеназа, окисляющая НАДНН⁺ (1-й компонент полной ДЦ), FeS-белки → КоQ (1-й компонент укороченной ДЦ, окисляющий ФАДН₂), цитохром в → цитохромы с₁, с → цитохромоксидаза, включающая цитохромы а, а₃ (катализирует восстановление кислорода с образованием эндогенной воды) → протонный канал → АТФ-синтаза (катализирует фосфорилирование АДФ с образованием АТФ, используя энергию ∆ϻН).