загрузка...
 
СИНТЕЗ НОВЫХ АМИНОКИСЛОТ ИЗ ЧИСЛА ЗАМЕНИМЫХ
Повернутись до змісту

СИНТЕЗ НОВЫХ АМИНОКИСЛОТ ИЗ ЧИСЛА ЗАМЕНИМЫХ

Пищевые белки из разных источников различаются по аминокислотному составу иногда очень значительно. Поэтому соотношение аминокислот, поступающих в организм, непостоянно и не всегда отвечает потребностям. Реакции трансаминирования позволяют устранять такой дисбаланс.

Допустим, например, что организму необходимо ежесуточно 7 г аланина и 15 г глутамата (цифры условные), а в какой-то из дней с пищей поступило всего 5 г аланина, но 20 г глутамата. Ясно, что дефицит первого легко устраняется аланин-аминотрансферазой, которая способна переносить аминогруппу с избыточного глутамата на молекулы пирувата (см. рис. 9-9). Убыль нескольких граммов пирувата не наносит ущерба, - хотя бы потому, что образуется он (из углеводов) сотнями граммов ежесуточно. Зато недостаток аланина устраняется полностью.

Аналогичные рассуждения можно привести и для многих других аминокислот, недостаток которых в пище легко устраняется с участием соответствующих трансаминаз.

Необходимо, однако, отметить, что возникновение «новых» аминокислот (имеется в виду - недополученных с пищей) происходит за счет использования аминогрупп других аминокислот (тех, что поступили в относительном избытке). Поэтому суммарная потребность в пищевых белках остается неизменной. Значит, правильнее говорить не о синтезе «новых» аминокислот, а лишь о корректировке аминокислотного состава, которая позволяет преобразовывать одни аминокислоты в другие. Разумеется, такое преобразование возможно только с использованием соответствующих а- кетокислот, возникающих в ходе метаболизма углеводов и липидов. Следовательно, «новообразованными» могут стать лишь те аминокислоты, которые относятся к числу заменимых.

Теперь становится понятным, почему некоторые аминокислоты являются незаменимыми: именно потому, что соответствующие им а-кетокислоты не могут появиться из углеводов или липидов. Действительно, ни углеводы, ни липиды не содержат разветвленных углеродных цепочек, которые могли бы превратиться в кетоаналоги таких аминокислот, как валин, лейцин или изолейцин. Не могут возникнуть и соответствующие аналоги для метионина, треонина и лизина. Наконец, ни в углеводах, ни в липидах нет готовых циклических структур, тождественных радикалам фенилаланина и триптофана. Поэтому-то все эти 8 аминокислот и оказываются незаменимыми (для человека).

Чтобы не осталось неясностей, здесь уместно отметить, что пролин с его гетероциклом

может возникать, как и аргинин, путем соответствующих преобразований глутамата; синтез гетероциклической структуры гистидина тоже возможен у взрослых людей, хотя и осуществляется довольно сложным путем.

ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ АММИАКА

У взрослого человека при суточном потреблении 100 г белков образуется около 20 г аммиака, - в основном, реакциями трансдезаминирования. Это вещество очень токсично и подлежит быстрому обезвреживанию.

Полную детоксикацию аммиака осуществляют гепатоциты, превращающие его в мочевину. Она вполне безвредна и очень хороню растворима в воде, а потому легко выводится почками.

Однако образуется аммиак ие только в печени, но и в других клетках, включая нервные, которые особенно чувствительны к его токсическому действию. Поэтому существуют механизмы временного связывания аммиака. С их помощью он переводится в безопасную форму, в которой доставляется в печень, где и подвергается окончательному обезвреживанию.

ВРЕМЕННОЕ СВЯЗЫВАНИЕ АММИАКА

Основным способом быстрого изъятия возникающего аммиака является перевод его в амидную форму. Для этого используется «дальняя» карбоксильная группа глутамата или аспартата. Внедрение в нее аммиака (реакция амидирования) требует затраты энергии.

В качестве субстрата для временного обезвреживания аммиака клетки предпочитают глу- тамат. Его амидирование осуществляет глута- минсинтетаза, локализованная в митохондриях. Реакция требует расходования одной молекулы АТФ (рис. 9-11,1) и протекает необратимо.

Освобождение аммиака из глутамина происходит путем гидролиза. Эта реакция тоже необратима, и катализирует ее совсем другой фермент - глутаминаза (рис. 9-11, II). Один из ее изоферментов специфичен для гепатоцитов, другой - для почечных клеток. Оба они выявляются и в тканях мозга, тогда как в миокарде и скелетных мышцах существует особый вариант почечного изофермента.

Рис. 9-11. Реакции, катализируемые глутаминсинтетазой (I) и глутаминазой (II).

Аспарагиновая кислота, как и глутамат, тоже может подвергаться амидированию за счет неорганического аммиака. Однако этот процесс более энергоемкий: молекула АТФ расщепляется до АМФ и пирофосфата. У животных активность аммиак-зависимой аспара- гинсинтетазы невелика. Доминирует у них глу- тамин-зависимая форма фермента, использующая не аммиак, а амидную группу глутамина. Тем не менее, эта реакция тоже требует повышенного расходования энергии (рис. 9-12), а потому по интенсивности значительно уступает образованию глутамина.

Синтезируемые молекулы глутамина и аспарагина относятся к числу кодируемых аминокислот. Значит, они создаются не только для обезвреживания аммиака, но и как «строительный материал», востребуемый при синтезе едва ли не любого белка (а также нуклеотидов). Тем не менее, основная масса этих амидированных форм аминокислот образуется ради детоксикации аммиака в местах его образования и (что не менее важно) ради транспортировки безопасной формы аммиака с кровью к местам его окончательного обезвреживания. Неудивительно, что аспарагин и, особенно, глутамин относятся к наиболее представительным аминокислотам плазмы крови, а концентрация каждого из них в 2-10 раз выше уровня своего предшественника (т.е., аспартата или глутамата).

Рис. 9-12. Амидирование аспартата глутамин-зависимой аспарагинсинтетазой.

Часть глутамина подвергается гидролитическому дезамидинированию в почках, осуществляемому глутаминазой (реакция II на рис. 9-11). Этот процесс усиливается в ситуациях, когда повышена экскреция кислых метаболитов. Например, при кетоацидозе (раздел 6.9.1). Поступая в мочу в виде ионов аммония, аммиак предупреждает чрезмерное подкисление мочи, обеспечивая нейтрализацию выводимых кислот (и заодно сберегая для организма ионы №+ и К+). О важности глутаминазной реакции в почках для поддержания кислотно-щелочного равновесия организма свидетельствует довольно высокий уровень экскреции аммиака, который составляет обычно 35-70 ммоль в сутки.

Активная глутаминаза присутствует и в клетках кишечной стенки. Образуемый ею аммиак частично попадает в просвет кишки, где может быть использован бактериями, способными включать его в состав синтезируемых аминокислот (вовлечение которых в биосинтез белковых молекул обеспечивает рост и размножение кишечной микрофлоры). Другая часть поступает в систему воротной вены (поэтому для иее типично повышенное содержание аммиака). В свою очередь, гепатоциты извлекают из проходящей крови практически весь аммиак и полностью обезвреживают его, превращая в мочевину.



загрузка...