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.
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).
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.
