Glavni dio aminokiselina koje se formiraju u crijevima iz proteina ulazi u krv (95%), a manji dio - u limfu. Kroz portalnu venu aminokiseline ulaze u jetru, gdje se troše na biosintezu različitih specifičnih proteina (albumina, globulina, fibrinogena). Ostale aminokiseline se prenose krvotokom do svih organa i tkiva i transportuju unutar ćelija, gde se koriste za biosintezu proteina.

Neiskorištene aminokiseline se oksidiraju do konačnih metaboličkih proizvoda. Proces razgradnje tkivnih proteina kataliziraju tkivni enzimi - proteinaze - katepsini (koje se često nazivaju tkivne proteaze).

Odnos između aminokiselina u proteinima koji se razgrađuju i sintetiziraju je različit, pa se neke od slobodnih aminokiselina moraju pretvoriti u druge aminokiseline ili oksidirati u jednostavne spojeve i izlučiti iz organizma.

Dakle, u organizmu postoji intracelularna rezerva aminokiselina, koja se u velikoj mjeri nadopunjuje zbog procesa međustanične konverzije aminokiselina, hidrolize proteina, sinteze aminokiselina i njihovog unosa iz ekstracelularne tekućine. Istovremeno, zbog sinteze proteina i drugih reakcija (formiranje uree, purina itd.), slobodne aminokiseline se konstantno uklanjaju iz ekstracelularne tekućine.

Putevi metabolizma aminokiselina u tkivima.

Različiti putevi metabolizma aminokiselina zasnivaju se na tri vrste reakcija: na aminskim i karboksilnim grupama i na bočnom lancu. Reakcije koje uključuju aminsku grupu uključuju procese deaminacija, transaminacija, aminacija, po karboksilnoj grupi - dekarboksilacija. Dio ugljikovog skeleta aminokiselina bez dušika prolazi kroz različite transformacije kako bi se formirala jedinjenja koja se zatim mogu uključiti u Krebsov ciklus radi dalje oksidacije.

Putevi intracelularne transformacije aminokiselina su složeni i ukrštaju se s mnogim drugim metaboličkim reakcijama, zbog čega intermedijarni proizvodi metabolizma aminokiselina mogu poslužiti kao neophodni prekursori za sintezu različitih ćelijskih komponenti i biti biološki aktivne tvari.

Katabolizam aminokiselina kod sisara (i ljudi) javlja se uglavnom u jetri i nešto manje u bubrezima.

Deaminacija aminokiselina.

Suština deaminacije je razgradnja aminokiselina pod djelovanjem enzima na amonijak i ostatak bez dušika (masne kiseline, hidroksi kiseline, keto kiseline). Deaminacija se može odvijati u obliku reduktivnih, hidrolitičkih, oksidativnih i intramolekularnih procesa. Posljednje dvije vrste prevladavaju kod ljudi i životinja.

Oksidativna deaminacija je podijeljena u dvije faze. Prva faza je enzimska, završava se formiranjem nestabilnog intermedijarnog proizvoda - iminokiseline ( karboksilne kiseline koji sadrži imino grupu (=NH), koja se u drugoj fazi spontano razlaže u prisustvu vode na amonijak i alfa-keto kiselinu. Enzimi koji kataliziraju ovaj proces sadrže ( organsko jedinjenje neproteinske prirode) NAD (nikotinamid adenin dinukleotid) ili FAD (flavin adenin dinukleotid).

Najaktivniji proces u ljudskom tijelu je deaminacija glutaminska kiselina pod dejstvom enzima glutamat dehidrogenaza, koji se nalazi u mitohondrijima ćelija svih tkiva. Kao rezultat ovog procesa nastaje alfa-ketoglutarna kiselina, koja je uključena u mnoge metaboličke procese.

Transaminacija (transaminacija) aminokiselina.

Preduvjet za transaminaciju je učešće dikarboksilnih aminokiselina (glutaminske i asparaginske), koje u obliku odgovarajućih keto kiselina - alfa-ketoglutarne i oksalooctene kiseline - mogu stupiti u interakciju sa svim aminokiselinama, osim sa lizinom, treoninom i argininom. .

Tokom transaminacije, amino grupa se direktno prenosi sa amino kiseline na keto kiselinu, a keto grupa se prenosi sa keto kiseline na amino kiselinu bez oslobađanja amonijaka. Ovaj proces se odvija u nekoliko faza. Reakciju kataliziraju enzimi koji pripadaju klasi transferaza, njihova prostetička grupa je fosfopiridoksalni fosforni ester vitamina B 6. Proces transaminacije je široko rasprostranjen u živoj prirodi. Njegova karakteristika je laka reverzibilnost.

Reakcije transaminacije igraju važnu ulogu u metabolizmu. O njima ovise tako važni procesi kao što je biosinteza mnogih neesencijalnih amino kiselina iz odgovarajućih keto kiselina, razgradnja aminokiselina i kombinacija puteva metabolizma ugljikohidrata i aminokiselina, kada se aminokiselina alanin može formirati razgradnjom produkti glukoze, na primjer, pirogrožđana kiselina, i obrnuto.

Redukciona aminacija.

Ovaj proces je suprotan od deaminacije. Osigurava vezivanje amonijaka sa keto kiselinama kako bi se formirale odgovarajuće aminokiseline. Redukcionu aminaciju katalizira dobro funkcionirajući enzimski sistem koji aminira alfa-ketoglutarnu ili oksalosirćetnu kiselinu u glutaminsku ili asparaginsku kiselinu.

Kada se amonijak neutralizira neorganskim i organskim kiselinama, nastaju amonijeve soli. Ovaj proces se odvija u bubrezima. Rezultirajuće amonijeve soli izlučuju se iz tijela kroz urin i znoj.

Dekarboksilacija aminokiselina.

Proces dekarboksilacije kataliziraju dekarboksilaze specifične za svaku aminokiselinu, čija je prostetička grupa piridoksal fosfat. Ovi enzimi pripadaju klasi liaza. Proces dekarboksilacije, koji se sastoji od uklanjanja CO 2 iz aminokiselina kako bi se formirali amine, može se prikazati na sljedećem dijagramu:

Mehanizam reakcije dekarboksilacije aminokiselina, prema općoj teoriji piridoksalne katalize, svodi se na stvaranje piridoksalnog fosfat-supstratnog kompleksa u aktivnom centru enzima.

Na taj način iz triptofana nastaje triptamin, a iz hidroksitriptofana serotonin. Histamin nastaje iz aminokiseline histidina. Nastaje dekarboksilacija glutaminske kiseline gama-aminobutirna kiselina (GABA).

Amini formirani od aminokiselina nazivaju se biogeni amini, jer imaju snažan biološki učinak na organizam. Biogeni amini pokazuju fiziološke efekte u vrlo niskim koncentracijama. Dakle, unošenje histamina u organizam dovodi do širenja kapilara i povećanja njihove propusnosti, sužavanja velikih žila, kontrakcije glatkih mišića različitih organa i tkiva, pojačanog lučenja. hlorovodonične kiseline u stomaku. Osim toga, histamin je uključen u prijenos nervnog uzbuđenja.

Serotonin povećava krvni pritisak i sužava bronhije; njegove male doze potiskuju aktivnost centralnog nervni sistem, u velikim dozama ova supstanca djeluje stimulativno. U različitim tkivima tijela velike količine histamin i serotonin su u vezanom, neaktivnom obliku. Oni pokazuju biološke efekte samo u slobodnom obliku.

Gama-aminobutirna kiselina (GABA) se akumulira u moždanom tkivu i neurohumoralni je inhibitor-medijator inhibicije centralnog nervnog sistema.

Velike koncentracije ovih spojeva mogu predstavljati prijetnju normalnom funkcioniranju tijela. Međutim, u životinjskim tkivima postoji amin oksidaza, koja razlaže amine u odgovarajuće aldehide, koji se zatim pretvaraju u masne kiseline i razlažu u finalne produkte.

“Metabolizam aminokiselina u tkivima” je treći članak u seriji “Metabolizam proteina u ljudskom tijelu”. Prvi članak je „ Razgradnja proteina u probavnom traktu" Drugi članak"

Kod ljudi je glavna metoda deaminacije oksidativno deaminiranje. Postoje dvije opcije za oksidativnu deaminaciju: direktno I indirektno.

Direktna oksidativna deaminacija

Direktnu deaminaciju katalizira jedan enzim, što rezultira stvaranjem NH 3 i keto kiseline. Direktna oksidativna deaminacija može se dogoditi u prisustvu kisika (aerobno) i bez potrebe za kisikom (anaerobno).

1. Aerobna direktna oksidativna deaminacija kataliziran oksidazama D-amino kiselina ( D-oksidaze) koristeći kao koenzim FAD i L-aminokiselinske oksidaze ( L-oksidaze) sa koenzimom FMN. Ovi enzimi su prisutni u ljudskom tijelu, ali su praktično neaktivni.

Reakcija katalizirana D- i L-aminokiselinskim oksidazama

2. Anaerobna direktna oksidativna deaminacija postoji samo za glutaminsku kiselinu, samo kataliziranu glutamat dehidrogenaza, pretvarajući glutamat u α-ketoglutarat. Enzim glutamat dehidrogenaza prisutan je u mitohondrijima svih ćelija u telu (osim mišićnih ćelija). Ova vrsta deaminacije je usko povezana sa aminokiselinama i sa njima formira proces transdeaminacija(vidi dolje).

Direktna reakcija oksidativne deaminacije
glutaminska kiselina

Indirektna oksidativna deaminacija (transdeaminacija)

Indirektna oksidativna deaminacija uključuje 2 faze i aktivan je u svim ćelijama tijela.

Prva faza se sastoji od reverzibilnog prijenosa NH 2 grupe iz aminokiseline u keto kiselinu uz stvaranje nove amino kiseline i nove keto kiseline uz sudjelovanje enzima aminotransferaze. Ovaj prijenos se zove i njegov mehanizam je prilično složen.

Obično se koristi kao akceptor ketokiseline („ketokiselina 2“) u tijelu. α-ketoglutarna kiselina, koji se pretvara u glutamat(“amino kiselina 2”).

Shema reakcije transaminacije

Kao rezultat transaminacije, slobodne aminokiseline gube α-NH 2 grupe i pretvaraju se u odgovarajuće keto kiseline. Zatim, njihov ketoskelet se katabolizira na specifične načine i uključen je u ciklus trikarboksilne kiseline i disanje tkiva, gdje sagorijeva na CO 2 i H 2 O.

Kada je potrebno (kao što je gladovanje), ugljenični kostur glukogenih aminokiselina može se koristiti u jetri za sintetizaciju glukoze u glukoneogenezi. U ovom slučaju, broj aminotransferaza u hepatocitu se povećava pod utjecajem glukokortikoida.

Druga faza se sastoji od eliminacije amino grupe iz aminokiseline 2 - deaminacija.

Jer u tijelu je sakupljač svih aminokiselinskih amino grupa glutaminska kiselina , tada samo on prolazi kroz oksidativnu deaminaciju sa stvaranjem amonijaka i α-ketoglutarne kiseline. Ova faza se sprovodi glutamat dehidrogenaza, koji je prisutan u mitohondrijima svih ćelija u telu, osim mišićnih ćelija.

S obzirom na blisku vezu između oba stupnja, indirektna oksidativna deaminacija se naziva transdeaminacija.

Šema obe faze transdeaminacije

Ako se direktna reakcija deaminacije dogodi u mitohondrijima jetre, amonijak se koristi za sintezu ureje, koja se potom uklanja urinom. U bubrežnom tubularnom epitelu, reakcija je neophodna za uklanjanje amonijaka kroz proces amonijageneze.

Budući da se NADH koristi u respiratorni lanac a α-ketoglutarat je uključen u reakciju TCA ciklusa, reakcija se aktivira manjkom energije i inhibira višak ATP-a I NADH.

Uloga transaminacije i transdeaminacije

Reakcije transaminacija:

• aktiviraju se u jetri, mišićima i drugim organima kada višak određenih aminokiselina uđe u ćeliju – kako bi se optimizirao njihov odnos,
• osiguravaju sintezu neesencijalnih aminokiselina u stanici u prisustvu njihovog ugljičnog skeleta (keto analoga),
• počinje kada se prestane sa upotrebom aminokiselina za sintezu spojeva koji sadrže dušik (proteini, kreatin, fosfolipidi, purinske i pirimidinske baze) - s ciljem daljnjeg katabolizma njihovih ostataka bez dušika i proizvodnje energije,
• neophodan tokom intracelularnog gladovanja, na primjer, tijekom hipoglikemije različitog porijekla - za korištenje ostataka aminokiselina bez dušika u jetra Za

Tijelo dobiva najveći dio energije oksidacijom ugljikohidrata i neutralnih masti (do 90%). Ostatak ~10% je zbog oksidacije aminokiselina. Aminokiseline se prvenstveno koriste za sintezu proteina. Do njihove oksidacije dolazi:

1) ako se aminokiseline nastale tokom obnavljanja proteina ne koriste za sintezu novih proteina;

2) ako višak proteina uđe u organizam;

3) u periodu gladovanja ili dijabetesa, kada nema ugljenih hidrata ili je njihova apsorpcija poremećena, aminokiseline se koriste kao izvor energije.

U svim ovim situacijama, aminokiseline gube svoje amino grupe i pretvaraju se u odgovarajuće α-keto kiseline, koje se zatim oksidiraju u CO 2 i H 2 O. Dio ove oksidacije odvija se kroz ciklus trikarboksilne kiseline. Kao rezultat deaminacije i oksidacije nastaju pirogrožđana kiselina, acetil-CoA, acetoacetil-CoA, α-ketoglutarna kiselina, sukcinil-CoA i fumarna kiselina. Neke aminokiseline se mogu pretvoriti u glukozu, dok se druge mogu pretvoriti u ketonska tijela.

Načini neutralizacije amonijaka u životinjskim tkivima

Amonijak je toksičan i njegovo nakupljanje u tijelu može uzrokovati smrt. Postoje sljedeći načini za neutralizaciju amonijaka:

1. Sinteza amonijumovih soli.

2. Sinteza amida dikarboksilnih aminokiselina.

3. Sinteza uree.

Sinteza amonijum soli se u ograničenom obimu javlja u bubrezima, kao dodatnom zaštitnom uređaju za organizam tokom acidoze. Amonijak i keto kiseline se djelomično koriste za resintezu aminokiselina i za sintezu drugih dušičnih tvari. Osim toga, u tkivu bubrega amonijak sudjeluje u procesu neutralizacije organskih i anorganskih kiselina, formirajući s njima neutralne i kisele soli:

R – COOH + NH 3 → R – COONH 4 ;

H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4) 2 SO 4;

H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4

Na taj način organizam se štiti od gubitka značajne količine katjona (Na, K, dijelom Ca, Mg) u urinu prilikom izlučivanja kiselina, što može dovesti do naglog smanjenja alkalne rezerve krvi. . Količina amonijevih soli izlučenih u urinu značajno raste s acidozom, jer se amonijak koristi za neutralizaciju kiseline. Jedan od načina da se amonijak veže i neutrališe je njegovo korištenje za formiranje amidne veze glutamina i asparagina. U ovom slučaju, glutamin se sintetizira iz glutaminske kiseline pod djelovanjem enzima glutamin sintetaze, a asparagin se sintetizira iz asparaginske kiseline uz sudjelovanje asparagin sintetaze:

Na taj način se amonijak eliminira u mnogim organima (mozak, mrežnica, bubrezi, jetra, mišići). Amidi glutaminske i asparaginske kiseline mogu nastati i kada su ove aminokiseline u strukturi proteina, odnosno ne samo slobodna amino kiselina, već i proteini koji ih sadrže mogu djelovati kao akceptor amonijaka. Asparagin i glutamin se isporučuju u jetru i koriste u sintezi uree. Amonijak se transportuje do jetre putem alanina (glukoza-alaninski ciklus). Ovaj ciklus osigurava prijenos amino grupa iz skeletnih mišića u jetru, gdje se pretvaraju u ureu, a radni mišići primaju glukozu. U jetri se glukoza sintetizira iz ugljičnog skeleta alanina. U mišićima koji rade, glutaminska kiselina se formira iz α-ketoglutarne kiseline, koja zatim prenosi aminsku grupu - NH 2 u pirogrožđanu kiselinu, što rezultira sintezom alanina - neutralne amino kiseline. Šematski, naznačeni ciklus izgleda ovako:

Glutaminska kiselina + pirogrožđana kiselina ↔

↔ α-ketoglutarna kiselina + alanin

Rice. 10.1. Glukoza-alaninski ciklus.

Ovaj ciklus obavlja dvije funkcije: 1) prenosi amino grupe iz skeletnih mišića u jetru, gdje se pretvaraju u ureu;

2) obezbeđuje rad mišića glukozom koja se snabdeva krvlju iz jetre, gde se ugljenični kostur alanina koristi za njegovo formiranje.

Formiranje uree– glavni put neutralizacije amonijaka. Ovaj proces je proučavan u laboratoriji I.P. Pokazalo se da se urea sintetizira u jetri iz amonijaka, CO 2 i vode.

Urea se izlučuje urinom kao glavni krajnji proizvod metabolizma proteina i aminokiselina. Urea čini 80-85% ukupnog azota u urinu. Glavno mjesto sinteze uree u tijelu je jetra. Sada je dokazano da se sinteza uree odvija u nekoliko faza.

Faza 1 – do stvaranja karbamoil fosfata dolazi u mitohondrijima pod dejstvom enzima karbamoil fosfat sintetaze:

U sljedećoj fazi, citrulin se sintetizira uz sudjelovanje ornitina:

Citrulin se kreće iz mitohondrija u citosol ćelija jetre. Nakon toga, druga amino grupa se uvodi u ciklus u obliku asparaginske kiseline. Kondenzacija molekula citrulina i asparaginske kiseline dolazi do stvaranja arginin-jantarne kiseline.

Citrulin asparaginska arginin-jantarna

kisela kiselina

Arginin-jantarna kiselina se razlaže na arginin i fumarnu kiselinu.

Pod djelovanjem arginaze, arginin se hidrolizira da nastane urea i ornitin. Nakon toga, ornitin ulazi u mitohondrije i može se uključiti u novi ciklus neutralizacije amonijaka, a urea se izlučuje urinom.

Tako se u sintezi jednog molekula uree neutraliziraju dva molekula NH 3 i CO 2 (HCO 3), što također igra ulogu u održavanju pH. Za sintezu jedne molekule uree troše se 3 molekula ATP-a, uključujući dva u sintezi karbamoil fosfata, jedan za stvaranje arginin-jantarne kiseline; fumarna kiselina se može pretvoriti u jabučnu i oksalosirćetnu kiselinu (Krebsov ciklus), a potonja se, kao rezultat transaminacije ili reduktivne aminacije, može pretvoriti u asparaginsku kiselinu. Dio aminokiselina dušika izlučuje se iz tijela kao kreatinin, koji nastaje iz kreatina i kreatin fosfata.

Od ukupnog dušika u urinu, urea čini 80-90%, amonijeve soli - 6%. Uz višak proteinske ishrane, udio azota uree se povećava, a kod nedovoljnog proteinskog hranjenja smanjuje se na 60%.

Kod ptica i gmizavaca amonijak se neutralizira stvaranjem mokraćne kiseline. Gnojivo peradi na farmama peradi je izvor gnojiva koje sadrži dušik (mokraćne kiseline).

Redox procesi koji uključuju aminokiseline.

Ovi se procesi odvijaju u organizmima biljaka i životinja. Postoje jedinjenja koja su sposobna ili da otpuštaju vodonik ili da ga apsorbuju (priključuju ga). Tokom biološke oksidacije uklanjaju se dva atoma vodonika, a tokom biološke redukcije dodaju se dvije zapremine vodonika. Pogledajmo ovo koristeći cistein i cistin kao primjer.

HS NH 2 OH -2H S NH 2 OH

HS NH 2 OH +2H S NH 2 OH

CH 2 - CH - C = O CH 2 - CH - C = O

cistein cistin

redukovani oblik oksidirani oblik

Dva molekula cistina, gubeći dva atoma vodika, formiraju oksidirani oblik - cistein. Ovaj proces je reverzibilan kada se cistinu dodaju dva atoma vodika, nastaje cistein - redukovani oblik. Redoks proces se odvija na sličan način na primjeru tripeptida glutationa koji se sastoji od tri aminokiseline: glutaminske, glicinske i cisteinske.

O = C - NH - CH - CH 2 - SH O = C - NH - CH - CH 2 - S - S -CH 2 - CH - NH - C = O

CH 2 C = O -2H CH 2 C = O C = O CH 2

CH 2 NH +2H CH 2 NH NH CH 2

CH - NH 2 CH 2 glicin CH - NH 2 CH 2 CH 2 CH - NH 2

C=O C=O C=O C=O C=O C=O

OH OH OH OH OH OH OH

(2 molekula)

tripeptid redukovani oblik heksapeptid - oksidirani oblik

Tokom oksidacije, 2 atoma vodika se odvoje i dva molekula glutationa se kombinuju i tripeptid se pretvara u heksapeptid, odnosno oksidira.

Sve hemijske reakcije mogu se podijeliti u dvije vrste. Prva od njih uključuje reakcije koje se odvijaju bez promjene oksidacijskog stanja atoma koji čine reagirajuće tvari, na primjer: = = Kao što vidite...

Vrste hemijskih reakcija, njihova upotreba u industriji

Teško je precijeniti značaj metala za nacionalnu ekonomiju, a proizvodnja metala iz ruda također se zasniva na redoks reakcijama. Rude se obično sastoje od jedinjenja kiseonika ili sumpora...

Kinetika fotohemijskih reakcija

Molekuli neke supstance koja reaguje pod uticajem svetlosti obično prelaze u elektronski pobuđeno stanje...

Kinetika kemijskih reakcija

Redox procesi su među najčešćim hemijskim reakcijama i od velikog su značaja u teoriji i praksi. Oksidacija-redukcija je jedan od najvažnijih procesa u prirodi. dah...

Oscilatorne hemijske reakcije

Postoje brojni kriterijumi za klasifikaciju hemijskih reakcija. Jedan od najvažnijih je znak promjene oksidacijskih stanja elemenata. U zavisnosti od toga da li se oksidaciona stanja elemenata menjaju ili ostaju...

Svijet soli

Kako se soli sastoje od iona metala i kiselog ostatka, njihove redoks reakcije se mogu podijeliti u dvije grupe: reakcije zbog iona metala i reakcije zbog kiselog ostatka...

Redox reakcija

Redoks reakcije, hemijske reakcije praćene promjenom oksidacijskog broja atoma. U početku (od vremena uvođenja teorije sagorevanja kiseonika u hemiju od strane A. Lavoisiera, krajem 18. veka...

Eksperiment 1. Ako gorućom šibicom dodirnete gomilu narandžasto-crvenih kristala amonijum dihromata (NH4)2Cr2O7, desiće se nešto izuzetno: mali „vulkan“ će „eruptirati“...

Redox reakcije

Ogled 1. Kada se glukozi doda rastvor kalijum permanganata zakiseljenog sumpornom kiselinom...

Redox reakcije

Svi procesi u živoj prirodi praćeni su transformacijom energije i njenim prijelazima iz jednog oblika u drugi. Tokom jednog dana odrasla osoba potroši oko 10 miliona J energije...

Određivanje sadržaja dušika u čeliku

Ovaj paragraf opisuje procese koji se dešavaju u pneumatskoj jedinici tokom procesa merenja. Protok mjerenja. Nakon toga...

Osnove hemije

1. Svrha rada: Formiranje sposobnosti sastavljanja jednadžbi redoks reakcija, izračunavanja ekvivalentnih masa oksidacionog agensa i redukcionog sredstva, određivanja pravca toka redoks reakcija. 2...

Proračun glavnih indikatora ekstrakcije u sistemu tečnost-tečnost

Odvajanje supstanci tokom procesa ekstrakcije zasniva se na razlici u distribuciji između dve tečnosti koje se ne mešaju. U najjednostavnijem slučaju...

Hemijska svojstva kalaj i njegova jedinjenja

Mjera redoks sposobnosti tvari je njihov redoks (elektrodni) potencijal (o)...

Hemija Karen

Radikalna preuređivanja monoterpenoida karanske serije po pravilu se dešavaju tokom fotohemijskih reakcija. Fotohemijske transformacije takvih jedinjenja su dovoljno detaljno opisane u pregledu 12...

Većina metaboličke energije proizvedene u tkivima dolazi od oksidacije ugljikohidrata i triacilglicerola; kod odraslog muškarca, do 90% svih energetskih potreba zadovoljava se iz ova dva izvora. Ostatak energije (u zavisnosti od ishrane od 10 do 15%) dolazi od oksidacije aminokiselina.

Iako je uloga aminokiselina u organizmu određena prvenstveno činjenicom da one služe kao gradivni blokovi za biosintezu proteina, pod određenim uvjetima mogu doživjeti i oksidativni razgradnju. To je moguće u tri slučaja. 1) Ako se aminokiseline koje se oslobađaju tokom normalnog dinamičkog prometa proteina ne koriste za sintezu novih proteina, onda se one podvrgavaju oksidativnom cijepanju. 2) Ako tijelo dobije više aminokiselina iz hrane nego što mu je potrebno za sintezu proteina, tada se višak razgrađuje jer se aminokiseline ne pohranjuju u tijelu. 3) Za vrijeme posta ili dijabetes melitusa, tj. kada nema ugljenih hidrata ili kada je njihovo korišćenje poremećeno, proteini se koriste kao gorivo. U svim ovim situacijama, aminokiseline gube svoje amino grupe i pretvaraju se u odgovarajuće -keto kiseline, koje se zatim oksidiraju u vodu; Dio ove oksidacije odvija se kroz ciklus limunske kiseline.

U ovom poglavlju upoznaćemo se s metaboličkim putevima kroz koje dolazi do oksidativne razgradnje dvadeset uobičajenih aminokiselina koje čine proteine. I to učimo različite vrste Kod životinja se amonijak odvojen od aminokiselina izlučuje iz tijela u različitim hemijskim oblicima.

19.1. Prenos α-amino grupa kataliziraju transaminaze

Amino grupe od dvadeset uobičajenih α-amino kiselina koje se nalaze u proteinima se odcjepljuju tokom jedne od faza oksidativnog razlaganja aminokiselina. Ako se ove amino grupe ne koriste ponovo za sintezu novih aminokiselina ili drugih spojeva koji sadrže dušik, tada se skupljaju u jednom obliku, na kraju pretvaraju u jedan zajednički krajnji proizvod i u tom obliku se izlučuju iz tijela. Kod ljudi i većine drugih kopnenih kralježnjaka, ovaj krajnji proizvod je urea. Eliminaciju α-amino grupa iz većine L-amino kiselina kataliziraju enzimi zvani transaminaze ili aminotransferaze. Takve enzimske reakcije transaminacijom, -amino grupa se prenosi sa aminokiseline na -ugljikov atom -ketoglutarata, što rezultira stvaranjem -keto analoga originalne amino kiseline i -glutamata, koji je proizvod aminacije -ketoglutarata (Sl. 19-1).

Rice. 19-1. Reakcija transaminacije. Prenesena amino grupa je označena crvenom bojom. U većini reakcija transaminacije, α-ketoglutarat služi kao akceptor amino grupe.

Imajte na umu da stvarna deaminacija, tj. u takvim reakcijama ne dolazi do gubitka amino grupa, jer je deaminacija -amino kiseline praćena aminacijom -ketoglutarata. Značenje transaminacije je njena sakupljačka funkcija, drugim riječima, činjenica da se amino grupe iz mnogo različitih aminokiselina sakupljaju u jednom obliku u obliku -glutaminske kiseline. Dakle, katabolizam različitih aminokiselina u konačnici dovodi do jednog proizvoda.

Većina transaminaza pokazuje specifičnost za akceptor amino grupe: β-ketoglutarat služi kao takav akceptor u gornjoj reakciji. Transaminaze su manje specifične za drugi supstrat, tj. aminokiselina koja igra ulogu donora amino grupa. Ispod je nekoliko reakcija u kojima su uključene najvažnije transaminaze (naziv enzima ukazuje na aminokiselinu koja ima ulogu donora amino grupa):

Dakle, zajednički akceptor koji prihvata amino grupu iz većine aminokiselina je -ketoglutarat. Nastali -glutamat služi za usmjeravanje amino grupa na određene biosintetske puteve (poglavlje 22) i na konačni slijed reakcija kroz koje nastaju produkti metabolizma dušika koji se potom izlučuju iz tijela. Reakcije koje kataliziraju transaminaze lako su reverzibilne jer su njihove konstante ravnoteže blizu 1,0. To znači da je vrijednost takvih reakcija blizu nule (odjeljak 14.3).

Sve transaminaze imaju čvrsto vezanu protetičku grupu, a mehanizam njihovog djelovanja je isti. Protetička grupa transaminaza je piridoksal fosfat, derivat piridoksina, ili vitamin (odjeljak 10.8). Piridoksal fosfat deluje kao intermedijarni transporter amino grupe u aktivnom mestu transaminaza (slika 19-2).

Rice. 19-2. Protetska grupa transaminaza. Pirodoksal fosfat i njegov aminirani oblik, piridoksamin fosfat (B), su čvrsto vezani koenzimi transaminaze. Funkcionalne grupe od kojih zavisi njihovo djelovanje prikazane su na crvenoj pozadini. B. Piridoksal fosfat igra ulogu intermedijarnog transportera amino grupa tokom delovanja transaminaza. E označava enzimski protein ovdje, a A označava čvrsto vezan piridoksal fosfat. Transaminaze kataliziraju bimolekularne reakcije koje se javljaju putem ping-pong mehanizma. Prvi supstrat, donirajući svoju amino grupu, napušta enzim u obliku -keto kiseline prije nego što se drugi pridruži enzimu.

Tokom katalitičkog ciklusa, on prolazi kroz reverzibilne prelaze između aldehidnog oblika (piridoksal fosfat), sposobnog da veže amino grupe, i aminiranog oblika (piridoksamin fosfat), sposobnog da prenese amino grupe u -ketoglutarat. Dakle, ova prostetska grupa djeluje kao reverzibilni prijenosnik amino grupa sa -amino kiseline na -ketoglutarat (Slika 19-2). Transaminaze su klasičan primjer enzima koji kataliziraju bimolekularne reakcije koje se odvijaju putem “ping-pong” mehanizma (odjeljak 9.8). U takvim reakcijama, prvi supstrat mora napustiti aktivno mjesto enzima prije nego što se drugi supstrat može vezati za njega. Prvo, ulazna aminokiselina se veže za aktivni centar enzima, donira svoju amino grupu piridoksal fosfatu i napušta aktivni centar u obliku -keto kiseline. Zatim se ulazna α-keto kiselina vezuje za aktivno mjesto; prihvata amino grupu iz piridoksamin fosfata i odvaja se od aktivnog mesta, sada u obliku aminokiseline.

Na sl. 19-3 pokazuje da karbonilna grupa piridoksal fosfata povezana sa enzimom stupa u interakciju sa -amino grupom dolazne aminokiseline, što rezultira formiranjem međuproizvoda, koji je kovalentni spoj - Schiffova baza.

Rice. 19-3. Shema koja objašnjava djelovanje piridoksal fosfata u transaminazama. Amino grupa dolazne α-amino kiseline (A) stupa u interakciju sa karbonilnom grupom piridoksal fosfata, koja je čvrsto vezana za enzim. U ovom slučaju, Schiffova baza (B) se formira kao intermedijarni proizvod, koji zatim prelazi u svoj tautomerni oblik (C). Potonji se hidrolizira da nastane odgovarajuća α-keto kiselina, koja se uklanja, dok amino grupa ostaje kovalentno vezana za transaminazu u obliku piridoksamin fosfata (D). Pošto su ove reakcije reverzibilne, aminirani oblik transaminaze zatim prenosi svoju amino grupu na dolaznu, što rezultira stvaranjem nove aminokiseline.

Tada dolazi do pomaka dvostruke veze i hidrolitičkog cijepanja ugljičnog skeleta aminokiseline; dok njegova amino grupa ostaje kovalentno vezana za prostetičku grupu u obliku piridoksamin fosfata. Piridoksamin fosfat sada formira Šifovu bazu sa dolaznim -ketoglutaratom, na koji se prenosi amino grupa; prijenos se događa, u suštini, preokretom onih reakcija u kojima je nastao piridoksamin fosfat.

U medicini je određivanje alanin transaminaze i aspartat transaminaze u krvnom serumu važna metoda za dijagnosticiranje i procjenu rezultata liječenja infarkta miokarda. Ista metoda se također koristi za otkrivanje toksičnih efekata određenih hemijskih reagensa (Dodatak 19-1).