Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Уральский государственный медицинский университет
Федерального агентства по здравоохранению и социальному
развитию»
(ГБОУ ВПО УГМУ Росздрава)
ФАКУЛЬТЕТ стоматологический
Дисциплина: биохимия
тема:
Реакции трансаминирования,дезаминирования,декарбоксилирования
Исполнитель:Рыбаков Сергей Евгеньевич
Группа: ОC 202
Екатеринбург 2012
ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ И ДЕЗАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
1. Промежуточный обмен аминокислот чаще всего начинается с отщепления α-аминогруппы от аминокислоты. Это происходит с помощью двух типов реакций:
• трансаминирования;
• дезаминирования.
Трансаминирование - реакция переноса аминогруппы с аминокислоты (донора) на α-кетокислоту (акцептор), в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Реакция обратима.
Реакция трансаминирования происходит с участием ферментов аминотрансфераз (трансаминаз), которые локализованы в цитозоле и митохондриях клеток практически всех органов. Коферментом этих ферментов является производное витамина В6 - пиридоксальфосфат. Трансаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина, треонина и пролина.
Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 различных аминотрансфераз. Наиболее распространенными являются:
• аспартатаминотрансфераза (АСТ), по обратной реакции - глутаматоксалоацетаттрансаминаза;
• аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции - глутаматпируваттрансаминаза.
Название каждой аминотрансферазы включает названия субстратов:
• донора аминогруппы (аминокислоты);
• акцептора аминогруппы (α-кетокислоты). Например, фермент, катализирующий реакцию
называется глутаматоксалоацетатаминотрансфераза. По субстратам обратной реакции этот фермент называется аспартатаминотрансферазой (АСТ). Название акцептора - α-кетоглутарата - из названия фермента обычно исключается, так как эта кетокислота является основным акцептором аминогрупп в организме.
Основными донорами аминогрупп в реакциях трансаминирования являются глутамат, аспартат и аланин.
Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот.
• Путем трансаминирования из соответствующих α-кетокислот синтезируются заменимые аминокислоты, если их в данный момент в ткани недостаточно. Таким образом происходит перераспределение аминного азота в тканях и органах.
• Трансаминирование - один из начальных этапов катаболизма аминокислот. Образующиеся α-кетокислоты могут затем окисляться в цикле трикарбоновых кислот, а некоторые - использоваться для синтеза глюкозы или кетоновых тел.
Трансаминирование происходит во многих тканях, но наиболее активно - в печени.
3. Катаболизм аминокислот начинается с реакции дезаминирования - удаления α-аминогруппы, которая выделяется в виде аммиака и образования безазотистого остатка (α-кетокислоты). При дезаминировании в отличие от трансаминирования общее количество аминокислот уменьшается.
Продукт дезаминирования аммиак - токсичное соединение, в клетках подвергается обезвреживанию.
Безазотистый остаток представляет собой α-кетокислоту, которая включается:
• в реакции окисления до СО2 и Н2О;
• в реакции трансаминирования для синтеза заменимых аминокислот;
• в анаплеротические реакции для восполнения убыли метаболитов ОПК или для синтеза других соединений;
• в глюконеогенез;
• в кетогенез.
Дезаминированию подвергаются все аминокислоты кроме лизина и пролина (табл. 9.3).
Существует несколько типов реакций дезаминирования:
• окислительное - характерно только для Глу;
• неокислительное - характерно для Сер, Тре и Гис;
• непрямое - для остальных аминокислот.
Прямому окислительному дезаминированию подвергается только глутамат. Окислительное дезаминирование глутамата происходит под действием фермента глутаматдегидрогеназы, коферментом которого является NAD+. Реакция идет в митохондриях многих тканей, наиболее активно - в печени. В реакцию неокислительного дезаминирования вступают:
• серин и треонин - с отщеплением воды;
• гистидин - внутримолекулярным способом.
Большинство аминокислот подвергается в клетке непрямому дезаминированию, которое включает две стадии:
А. Трансаминирование с α-кетоглутаратом и образование Глу в цитозоле клетки;
Б. Окислительное дезаминирование Глу в митохондриях.
Центральную роль в непрямом дезаминировании играют глутамат и α-кетоглутарат.
Другой тип дезаминирования аминокислот - непрямое неокислительное - происходит с участием цикла ИМФ-АМФ и характерен для мышечной ткани и мозга, в которых глутаматдегидрогеназа малоактивна:
Аминогруппа аминокислот с помощью двух последовательных реакций трансаминирования переносится на ИМФ с образованием АМФ, который гидролитически дезаминируется с выделением аммиака.
Таблица 9.3. Реакции дезаминирования аминокислот
Катаболизм аминокислот и, соответственно, реакции дезаминирования ускоряются при:
• голодании в результате ускорения распада белков тканей;
• поступлении с пищей больших количеств белка;
• сахарном диабете и других длительно протекающих тяжелых заболеваниях, также сопровождающихся распадом тканевых белков.
ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЕ
В природе встречаются разные типы декарбоксилирования аминокислот. В организме человека происходит только окислительное декарбоксилирование. Ферменты - декарбоксилазы. Их простетическая группа представлена пиридоксальфосфатом - это активная форма витамина В6:
В реакциях декарбоксилирования участвует альдегидная группа пиридоксальфосфата:
Аминокислота соединяется с активным центром фермента, в состав которого входит альдегидная группа ПФ. Образуются Шиффовы основания (альдимины и кетимины). В результате СООН-группа становится лабильной и отщепляется в виде СО2. Далее происходит гидролиз до соответствующего амина. Эта реакция необратима. Отнятие СО2 происходит без окисления.
Субстратная специфичность декарбоксилаз очень разная.
1. ГЛУТАМАТДЕКАРБОКСИЛАЗА - высокоспецифичный фермент. Работает в клетках серого вещества головного мозга. Катализирует реакцию превращения глутаминовой кислоты в гамма-аминомасляную кислоту (ГАМК).
ГАМК является медиатором тормозных импульсов в нервной системе. ГАМК и ее аналоги применяются в медицине как нейротропные средства для лечения эпилепсии и других заболеваний.
2. ОРНИТИН-ДЕКАРБОКСИЛАЗА - высокоспецифичный фермент. Катализирует превращение орнитина в путресцин:
Образующийся ПУТРЕСЦИН (диаминобутан) является трупным ядом. В результате присоединения остатков пропиламина из путресцина могут образоваться СПЕРМИН и СПЕРМИДИН, содержащие 3 (у спермина) или 4 (у спермидина) имино- или аминогруппы.
Спермин и спермидин относятся к группе биогенных полиаминов. Введение полиаминов в организм снижает температуру тела и кровяное давление. Полиамины принимают участие в процессах пролиферации клеток и роста тканей, а также в регуляции биосинтеза белка. Они являются ингибиторами некоторых ферментов, в том числе протеинкиназ.
Орнитиндекарбоксилаза - это первый фермент на пути образования путресцина и остальных полиаминов, это регуляторный фермент процесса.
В культуре клеток добавление некоторых гормонов ускоряет биосинтез орнитиндекарбоксилазы в 10-200 раз.
Период полужизни орнитиндекарбоксилазы - 10 минут.
Добавление в культуру клеток самих полиаминов приводит к индукции биосинтеза другого белка - ингибитора орнитиндекарбоксилазы. При раковых заболеваниях обнаружено резкое увеличение секреции полиаминов и повышение их экскреции с мочой.
3. ГИСТИДИНДЕКАРБОКСИЛАЗА
Этот фермент имеет абсолютную субстратную специфичность - превращает гистидин в гистамин:
Гистамин является медиатором и содержится в нервных клетках и в тучных клетках. Обладают сильным сосудорасширяющим действием. Особенно много его выделяется в очаге воспаления. Гистамин играет важную роль в проявлении аллергических реакций.
Известно 2 типа рецепторов к гистамину:H1 и H2.
Эффекты гистамина:
- расширение капилляров и повышение сосудистой проницаемости;
- понижение артериального давления;
- повышение тонуса (спазм) гладких мышц - в том числе гладкой мускулатуры бронхов;
- усиление секреции желудочного сока;
Некоторые из этих эффектов позволяют гистамину принимать участие в формировании аллергических проявлений.
Антигистаминные препараты применяются с целью предотвратить образование гистамина и обладают противовоспалительным и антиаллергическим действием. По механизму действия некоторые из них являются ингибиторами гистидин-декарбоксилазы, а другие конкурируют с гистамином за взаимодействие с рецепторами клеток.
Например, лекарственный препарат циметидин и его аналоги блокируют Н2-рецепторы и таким образом понижают секрецию желудочного сока. Применяются при лечении язвенной болезни желудка.
Блокаторы Н1-рецепторов используются в основном как противоаллергические средства - димедрол, тавегил, супрастин, пипольфен, грандаксин. Некоторые из этих препаратов вызывают сонливость.
^ 4. ДЕКАРБОКСИЛАЗА АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ
Имеет широкую субстратную специфичность. Превращает несколько разных аминокислот:
а) триптофан - в триптамин
б) 5-окситриптофан - в триптамин (серотонин)
в) 3,4-диоксифенилаланин - в дофамин
г) гистидин - в гистамин
Серотонин вырабатывается в нервной ткани. Некоторые виды головных болей (мигрени) связаны с избыточной выработкой серотонина. Серотонин сужает сосуды, регулирует свертывание крови. Обладает антиаллергическим действием. Триптамин обладает сходным эффектом.
Аминокислота фенилаланин может в результате окисления присоединять две ОН-группы в кольце и превращаться в диоксифенилаланин (ДОФА). Из него под действием ДЕКАРБОКСИЛАЗЫ АРОМАТИЧЕСКИХ АМИНОКИСЛОТ образуется дофамин. Дофамин является предшественником катехоламинов - норадреналина и адреналина.
Кроме функции предшественника, ДОФАмин имеет свои специфические функции. Если ДОФА метилируется, то образуется a-метил-ДОФА. Это соединение является сильным ингибитором декарбоксилазы ароматических аминокислот. Применяется как лекарственный препарат для понижения артериального давления (называется - альдомет).
^ БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕАКЦИЙ ДЕКАРБОКСИЛИРОВАНИЯ АМИНОКИСЛОТ
1. Реакции необратимы - приводят к необратимому распаду аминокислот.
2. Образуется значительное количество СО2 - конечного продукта метаболизма, который выводится из организма.
3. Образуются амины, которые обладают высокой биологической активностью. Поэтому такие амины называют биологически активными или биогенными аминами. Они являются медиаторами, с помощью которых сигнал передается от одной клетки к другой и от одной молекулы к другой.
^ ИНАКТИВАЦИЯ БИОГЕННЫХ АМИНОВ
Если биогенные амины обладают высокой биологической активностью, то они должны быстро разрушаться после выполнения своей функции.
В организме имеются механизмы, позволяющие разрушать биогенные амины.
^ МЕХАНИЗМЫ ИНАКТИВАЦИИ:
1. Метилирование по оксигруппам тех аминов, которые такие группы содержат, либо включают оксигруппы в свою молекулу после гидроксилирования.
Ферменты - О-МЕТИЛТРАНСФЕРАЗЫ. Они переносят метильную группу на кислород. Источник метильного радикала: S-Аденозилметионин.
После присоединения аденильного остатка АДФ к сере метионина, метильная группа метионина становится очень мобильной и легко переносится на разные вещества. В том числе и на кислород оксигрупп.
2. ^ Окисление амина по аминогруппе с целью дезаминирования.
Главный путь инактивации биогенных аминов - их окисление под действием оксидаз с отщеплением аминогруппы. В результате исчезает биологическая активность амина.
Оксидазы биогенных аминов: моноаминооксидаза (МАО), диаминооксидаза (ДАО), полиаминооксидаза.
Оксидазы отнимают два протона и два электрона и передают их сразу на кислород. Образуется перекись водорода, а амин превращается в ИМИН. Этот имин легко гидролизуется без участия фермента и превращается в альдегид. Простетической группой ферментов оксидаз является ФАД или ФМН, т.е. они являются флавопротеинами.
Вторая реакция (гидролиз) необратима. Образовавшийся в итоге альдегид легко окисляется до карбоновой кислоты, которая распадается до СО2 и H2O. МАО в клетке больше, чем ДАО.
Угнетение МАО приволит к замедлению распада биогенных аминов. Такие лекарства продлевают период существования биогенных аминов, что особенно важно при их недостатке.
Эти вещества играют роль антидепрессантов и используются, в частности, при лечении шизофрении.
Аминокислоты декарбоксилируются в цитоплазме, а окисление аминов происходит в наружной мембране митохондрий. Поскольку реакция декарбоксилирования аминокислот и разрушение биогенных аминов происходят не одновременно, то биогенные амины могут некоторое время существовать и выполнять свою