Метаболизм аминокислот (простых белков)

Вопросы из билетов по теме

Понятие о биологической ценности белков. Роль белков

Структура темы

Белки: переваривание (распад до аминокислот), биологическая ценность
Катаболизм азота аминокислот:
Удаление аминогруппы

Полезно выучить структуры:

Аланин/пируват (из гликолиза)
Аспартат / оксалоацетат (из ЦТК)
Глутамат / α-кетоглутарат

БЕЛКИ: ПЕРЕВАРИВАНИЕ

Переваривание белков: ферменты

Общая характеристика:
ферменты, расщепляющие пептидные связи (= переваривание) называются

Переваривание белков в ЖКТ

Активация протеаз: превращение проферментов (зимогены) в активные ферменты

Специфичность действия протеаз

Активация химотрипсина в кишечнике: показаны изменения в цепи, но не забываем,

Кислотность желудочного сока в норме и при патологиях

Кислотность желудочного сока

В желудочном соке есть несколько факторов, которые обусловливают его

Количественный анализ желудочного сока

Задача: определить количество кислоты в образце желудочного сока
Принцип

Биологическая ценность белка

Зависит от содержания заменимых аминокислот (животный белок наиболее сбалансирован

Содержание белка (граммы) в 100 граммах мяса и продуктов растительного происхождения

Стейк

Содержание незаменимых аминокислот (в граммах на 100 грамм белка) в мясе

КАТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ

Катаболизм аминокислот

Аминокислоты не запасаются в организме
Лишние аминокислоты разрушаются:
Аминогруппа отщепляется и включается

Метаболизм аминокислот: общая схема

мочевина

Орнитиновый цикл

Аммиак (NH3)

трансаминирование
дезаминирование глутаматата

Кетокислота
(углеродный скелет =

КАТАБОЛИЗМ АЗОТА АМИНОКИСЛОТ

ТРАНС- И ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ ВО ВСЕ СТОРОНЫ

Трансаминирование

Ферменты: трансаминазы (аминотрансферазы)
Кофермент: ПФ (пиридоксальфосфат), из витамина В6. Всегда находится в

α-кетокислота

Трансаминирование: перенос аминогруппы с аминокислоты на α-кетоглутарат

аминокислота

α-кетоглутарат

глутамат

Фермент: аминотрансфераза (= трансаминаза)
Кофермент: ПФ

В6: три формы витамина и кофермент

пиридоксин

пиридоксаль

пиридоксамин

пиридоксальфосфат

Кофермент получается путем фосфорилирования витамина в

Дезаминирование (прямое окислительное дезаминирование глутамата)

В результате трансаминирования накапливается глутамат
При дезаминировании от

Прямое окислительное дезаминирование глутамата

Показан механизм реакции
Начальное вещество – глутамат, а конечный

Трансаминирование и дезаминирование обычно работают последовательно и полностью обратимы

Трансаминирование а.к. с

Функции

Непрямое окислительное дезаминирование а.к. – этап катаболизма почти всех аминокислот
Обратный процесс

Трансдезаминирование аминокислоты (непрямое окислительное дезаминирование): 1 – трансаминирование; 2 - дезаминирование

аминокислота

кетокислота

α-кетоглутарат

глутамат

α-кетоглутарат

NH3

NH2

NH2

Результат:

Трансреаминирование – простое обращение трансдезаминирования: 1 – восстановительное аминирование; 2 -

ПРЯМОЕ ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

Некоторые аминокислоты могут дезаминироваться напрямую, т.е. без трансаминирования

Серин, треонин. Прямое неокислительное

Первым событием является дегидратация (удаление воды) серина
Появившаяся двойная связь перегруппировывается к

Прямое внутримолекулярное дезаминирование гистидина

Фермент напрямую и сразу отщепляет аминогруппу в форме

Сериндегидратаза, треониндегидратаза и гистидаза – примеры лиаз

Лиазы (= синтазы, класс 4

ОСНОВНОЙ СПОСОБ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА: ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ (ЦИКЛ МОЧЕВИНООБРАЗОВАНИЯ, ЦИКЛ МОЧЕВИНЫ)

Цикл мочевины (орнитиновый)

Схема: аммиак и аспартат приносят в цикл 2 аминогруппы.

Особенности

Все участники, кроме карбамоилфосфата – аминокислоты
Требует затраты энергии (3 АТФ)
Фермент карбамоилфосфатсинтетаза

Орнитиновый цикл

Метаболиты:
Карбамоилфосфат
Цитруллин
Аргининосукцинат
Аргинин
Орнитин
Аспартат
Фумарат
Аммиак
Ферменты:
Карбамоилфосфатсинтетаза I
Орнитинтранскарбамоилаза
Аргининосукцинатсинтаза
Аргининосукцинатлиаза
аргиназа

митохондрия

цитозоль

Связь между ЦТК и орнитиновым циклом

ЦТК

Орнитиновый цикл

фумарат

оксалоацетат

аспартат

ДРУГИЕ СПОСОБЫ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА

Синтез глутамина и аспарагина из аспартата и глутамата

Схема: аммиак присоединяется в

Синтез глутамина

Аммиак присоединяется к карбоксильной группе глутамата, находящейся в радикале
Реакция требует

Превращение глутамина в глутамат

Реакция катализируется глутаминазой
Особое значение имеет:
в печени –получившийся аммиак

КАТАБОЛИЗМ УГЛЕРОДНЫХ СКЕЛЕТОВ АМИНОКИСЛОТ

Судьба кетокислот

После трансаминирования от а.к. остается кетокислота. Разными путями она превращается

Сложная схема: показывает все метаболиты ЦТК / гликолиза, в которые могут

Можно запомнить распад самых простых аминокислот

Простые пути распада:
Аланин
Аспарагин / аспартат
Глутамин /

Аминокислоты, путь распада углеродных скелетов которых достаточно прост для запоминания: аланин

Аланинаминотрансфераза

Аминокислоты, путь распада углеродных скелетов которых достаточно прост для запоминания: аспарагин

СИНТЕЗ АМИНОКИСЛОТ

Заменимые синтезируются из метаболитов ЦТК или гликолиза

Заменимые:
Аланин (из пирувата)
Серин (из 3-ФГК)
Глицин

Можно запомнить синтез самых простых аминокислот

Простые в синтезе аминокислоты:
Аланин
Аспарагин / аспартат
Глутамин

з

Аминокислоты, путь синтеза которых достаточно прост для запоминания: аспарагин / аспартат

Аминокислоты, путь синтеза которых достаточно прост для запоминания: аланин

Аланинаминотрансфераза в одну

МЕТАБОЛИЗМ ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ

СЕРИН И ГЛИЦИН

Серин превращается в глицин в одну реакцию

Фермент: серин-оксиметилтрансфераза
Кофермент: ТГФК (тетрагидрофолиевая кислота),

При превращении серина в глицин однгоуглеродный фрагмент переходит на ТГФК (из

Когда одноуглеродный фрагмент находится на ТГФК, он может подвергаться разным модификациям.

ФЕНИЛАЛАНИН И ТИРОЗИН

Превращение Фен и Тир

Фермент: фенилаланингидроксилаза
Кофермент: Н4БП (тетрагидробиоптерин)
Функция: основной путь катаболизма фенилаланина
Нарушения:

Превращение фенилаланина в тирозин и причины нарушения этого процесса

Н4-БП = тетрагидробиоптерин
Н2-БП

Превращения тирозина в разных тканях

В печени: катаболизм (смешанная аминокислота). Нарушение катаболизма

Превращения фенилаланина и тирозина в разных тканях

СЕРОСОДЕРЖАЩИЕ АМИНОКИСЛОТЫ: МЕТИОНИН, ЦИСТЕИН

Функции цистеина

Может синтезироваться из серина
Дисульфидные мостики в белках
Используется при синтезе таурина

Метионин

Участвует в реакциях метилирования (донор метильной группы)
Сначала активируется с образованием SAM

Регенерация метионина

После потери метильной группы SAM превращается в SAГ (S-аденозилгомоцистеин)
SAГ превращается

Активация метионина и его регенерация

Активация метионина и синтез SAM (S-аденозилметионин)
Использование SAM

Синтез фосфатидилхолина:
Синтез креатина (2-я реакция):

Примеры реакций метилирования (= трансметилирования)

Примеры реакций метилирования (= трансметилирования)

Синтез карнитина:
Синтез адреналина:

норадреналин

адреналин

ДИКАРБОНОВЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ (АСПАРТАТ, ГЛУТАМАТ)

Синтез: заменимые, из оксалоацетата (аспартат) и α-кетоглутарата (глутамат)
Функции:
В составе белков
Роль в

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ПРОДУКТЫ: КРЕАТИН

Креатин

Синтез в 2 стадии:
В почках: из глицина и аргинина образуется гуанидинацетат
В

Синтез креатина происходит в два этапа

(в почках) синтез гуанидинацетата из аргинина

Использование креатина

В покоящейся мышце часть АТФ тратится на синтез креатинфосфата (слева

Образование креатинина

Происходит неферментативно, самопроизвольно
Примерно 1 – 2% креатина превращается в креатинин

БИОГЕННЫЕ АМИНЫ: ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ И ГИДРОКСИЛИРОВАНИЕ А.К.

Биогенные амины:

Синтез: получаются в результате декарбоксилирования а.к. Во время синтеза также

Декарбоксилирование аминокислот дает биогенные амины

Биогенные – значит, образуются в живом организме
В

Предшественники биогенных аминов

Тирозин:
Дофамин
Норадреналин
Адреналин
Триптофан: серотонин
Глутамат: ГАМК (гамма-аминомасляная кислота)
гистидин: гистамин
Орнитин: путресцин → спермидин

Синтез адреналина

Фенилаланин → тирозин (гидроксилирование, Н4БП)
Тирозин → ДОФА (диоксифенилаланин, гидроксилирование, Н4БП)
ДОФА

Синтез адреналина

Гидроксилирование
Декарбоксилирование
Гидроксилирование
Метилирование
Во всех реакциях гидроксилирования используется Н4-БП (тетрагидробиоптерин)

Синтез серотонина из триптофана

Сначала происходит гидроксилирование триптофана, образуется гидрокситриптофан
Фермент: триптофангидроксилаза
Кофермент: Н4-БП
Затем

Синтез гистамина из гистидина

Фермент: гистидиндекарбоксилаза
Кофермент: ПФ (из В6)

Синтез ГАМК из глутамата

ГАМК с точки зрения химии является не амином,

Инактивация биогенных аминов

Схема: отщепляет аминогруппу от амина, превращая его в альдегид
Фермент:

Инактивация биогенных аминов путем дезаминирования

МАО (моноаминооксидаза) отщепляет аминогруппу:
Дальнейшее окисление альдегида дает

ОКСИД АЗОТА NO

NO

Синтез: из аргинина
Фермент: NO-синтаза
Функция:
расслабление гладкой мускулатуры
Предотвращение агрегации тромбоцитов
Нейромедиатор
Регулятор апоптоза