Всасывание. Продукты гидролиза белков всасываются в пищеварительном тракте в основном в виде свободных аминокислот

Продукты гидролиза белков всасываются в пищеварительном тракте в основном в виде свободных аминокислот. Некоторые аминокислоты обладают способностью конкурентно тормозить всасывание других аминокислот, что свидетельствует о вероятном существовании общей переносящей системы или одного общего механизма. Так, в присутствии лизина тормозится всасывание аргинина, но не изменяется всасывание аланина, лейцина и глутамата. Существует два представления, по-видимому, дополняющих друг друга о том, что требуемая для активного транспорта энергия образуется за счет биохимических реакций (это так называемый направляемый метаболизмом транспорт) или за счет энергии переноса другого транспортируемого вещества, в частности энергии движения ионов Na+ (или других ионов) в клетку.

68. общие пути обмена аминокислот. Значение реакций дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования. Диагностическое знаачение трансамилаз в сыворотке крови.

Общие пути обмена аминокислот

Общие пути превращения аминокислот включают реакции дезаминирования, трансаминирования, декарбоксилирования, биосинтеза и рацемизации. Реакции рацемизации характерны только для

микроорганизмов; открыты ферменты, катализирующие рацемизацию ряда аминокислот (Ала, Глу, Про, Мет, Лиз, Сер) и эпимеризацию оксипролина и α,ε-диаминопимелиновой кислоты. Физиологическая роль рацемаз микроорганизмов сводится, вероятно, к синтезу D-изомеров аминокислот для построения клеточной оболочки.

Дезаминирование аминокислот

Доказано существование 4 типов дезаминирования аминокислот (отщепление аминогруппы). Выделены соответствующие ферментные системы, катализирующие эти реакции, и идентифицированы продукты реакции. Во всех случаях NH2-группа аминокислоты освобождается в виде аммиака.

Помимо аммиака, продуктами дезаминирования являются жирные кислоты, оксикислоты и кетокислоты. Для животных тканей, растений и большинства аэробных микроорганизмов преобладающим типом реакций является окислительное дезаминирование аминокислот, за исключением гистидина, подвергающегося внутримолекулярному дезаминированию. Рассмотрим более подробно механизм окислительного дезаминирования аминокислот, протекающего в две стадии. Первая стадия является ферментативной и завершается образованием

неустойчивого промежуточного продукта (иминокислота), который на второй стадии спонтанно без участия фермента, но в присутствии воды распадается на аммиак и α-кетокислоту. Следует указать, что оксидазы

аминокислот (L- и D-изомеров) являются сложными флавопротеинами, содержащими в качестве кофермента ФМН или ФАД, которые выполняют в этой реакции роль акцепторов двух электронов и протонов, отщепляющихся от аминокислоты. Оксидазы L-аминокислот могут содержать как ФМН, так и ФАД, а оксидазы D-аминокислот – только ФАД в качестве простетической группы. Восстановленные флавиннуклеотиды оксидаз L- и D-аминокислот могут непосредственно окисляться молекулярным кислородом. При этом образуется перекись водорода, которая подвергается расщеплению под действием каталазы на воду и кислород. Помимо перечисленных 4 типов дезаминирования аминокислот и ферментов, катализирующих эти превращения, в животных тканях и печени человека открыты также три специфических фермента (серин- и треониндегидратазы и цистатионин-γ-лиаза), катализирующих неокислительное

дезаминирование соответственно серина, треонина и цистеина. Конечными продуктами реакции являются пируват и α-кетобутират, аммиак и сероводород. Поскольку указанные ферменты требуют присутствия пиридоксальфосфата в качестве кофермента, реакция неокислительного дезаминирования, вероятнее всего, протекает с образованием шиффовых оснований как промежуточных метаболитов.

Трансаминирование аминокислот

Под трансаминированием подразумевают реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2—) от аминокислоты на α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Реакции трансаминирования являются обратимыми и, как выяснилось позже, универсальными для всех живых организмов. Эти реакции протекают при участии специфических ферментов, названных аминоферазами. Для реакций трансаминирования харак-

терен общий механизм. Специфичность трансаминаз обеспечивается белковым компонентом. Ферменты трансаминирования катализируют перенос NH2-группы не на α-кетокислоту, а сначала на кофермент пиридоксальфосфат. Образовавшееся промежуточное соединение (шиффово основание) подвергается внутримолекулярным превращениям (лабилизация α-водородного атома, перераспределение энергии связи), приводящим к освобождению α-кетокислоты и пиридоксаминфосфата; последний на второй стадии реакции реагирует с любой другой α-кетокислотой, что через те же стадии образования промежуточных соединений (идущих в обратном направлении) приводит к синтезу новой аминокислоты и освобождению

пиридоксальфосфата.

Декарбоксилирование аминокислот

Процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СО2 получил название декарбоксилирования. Несмотря на ограниченный круг аминокислот и их производных, подвергающихся декарбоксилированию в животных тканях, образующиеся продукты реакции – биогенные амины – оказывают сильное фармакологическое действие на множество физиологических функций человека и животных. В животных тканях установлено декарбоксилирование следующих аминокислот и их производных: тирозина, триптофана, 5-окситриптофана, валина, серина, гистидина, глутаминовой и γ-оксиглутаминовой кислот, 3,4-диоксифенилаланина, цистеина, аргинина, орнитина, S-аденозилметионина и α-аминомалоновой кислоты. Помимо этого, у микроорганизмов и растений открыто декарбоксилирование ряда других аминокислот.

В живых организмах открыты 4 типа декарбоксилирования аминокислот:

1. α-Декарбоксилирование, характерное для тканей животных, при ко-

тором от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, стоящая по

соседству с α-углеродным атомом. Продуктами реакции являются СО2

и биогенные амины.

2. ω-Декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам. Например,

из аспарагиновой кислоты этим путем образуется α-аланин.

3. Декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования.

В этой реакции образуются альдегид и новая аминокислота, соот-

ветствующая исходной кетокислоте.

4. Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух мо-

Лекул.

Эта реакция в тканях животных осуществляется при синтезе δ-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА и при синтезе сфинголипидов, а также у растений при синтезе биотина.

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот, отличающимися от декарбоксилаз α-кетокислот (см. главу 10) как белковым компонентом, так и природой кофермента. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ), как и у трансаминаз.

диагностическое значение трансаминаз.

Диагностическая тактика при незначительном повышении уровня трансаминаз у больных без каких-либо клинических проявлений является актуальной и распространенной проблемой, с которой ежедневно сталкивается большое количество практикующих врачей. Интерпретация результатов исследования аланинаминотрансферазы (АЛТ) и аспартатаминотрансферазы (АСТ) в сыворотке крови как обязательного скринингового рутинного теста. Чаще всего врачу общей практики приходится рассматривать и интерпретировать повышение уровня АСТ и/или АЛТ у пациентов с ожирением, сахарным диабетом, дислипопротеидемиями либо с полным отсутствием симптомов какого-либо заболевания. В то же время у пациентов с нормальным уровнем АЛТ и АСТ могут наблюдаться тяжелые поражения печени, сопровождающиеся хроническим повреждением гепатоцитов (обширный некроз, цирроз, гепатит С), за счет значительного уменьшения количества клеток, синтезирующих трансаминазы.

АЛТ — нормальный уровень в сыворотке крови составляет 0,1–0,68 ммоль/ч на 1 л — является ферментом, катализирующим перенос аминогруппы аланина на α-кетоглутаровую кислоту с образованием пировиноградной и глутаминовой кислот. Переаминирование происходит в присутствие кофермента — пиридоксальфосфата — производного витамина В6. Наиболее высокая активность АЛТ выявляется в клетках печени, меньшая — в почках, поджелудочной железе, сердце и скелетных мышцах. АЛТ — это внутриклеточный фермент, его содержание в сыворотке крови здоровых людей невелико. Активность зависит от многих демографических факторов, в частности — пола (у женщин несколько ниже, чем у мужчин), массы тела (более высокие значения при ожирении) и расы (у европейцев АЛТ на 15% ниже, чем у азиатов и лиц негроидной расы).

За счет преимущественного расположения АЛТ в цитозоле печени его повышение считают более специфичным для заболеваний печени (Kundrotas L.W., Clement D.J., 1993). Но при повреждении или разрушении клеток, богатых АЛТ, происходит выброс этого фермента в кровяное русло, что приводит к повышению активности его в крови. При вирусных гепатитах степень увеличения активности АЛТ, как правило, пропорциональна тяжести заболевания. В острых случаях активность фермента в сыворотке крови может превышать нормальные значения в 5–10 раз и более. При вирусном гепатите повышение его активности происходит в очень ранние сроки — еще до появления желтухи. В динамике при благоприятном течении процесса активность АЛТ медленно снижается до исходных значений в течение нескольких недель. Быстрое снижение активности фермента в сочетании с нарастающей гипербилирубинемией свидетельствует о неблагоприятном прогнозе — переходе в хроническую форму, развитии фиброза, цирроза.

АСТ — нормальный уровень в сыворотке крови составляет 0,1–0,45 ммоль/ч на 1 л — также является внутриклеточным ферментом, который обратимо катализирует трансаминирование, межмолекулярный перенос аминогруппы с 1-аспарагиновой кислоты на α‑кетоглютаровую кислоту. ACT содержится в скелетных мышцах, сердце, практически во всех паренхиматозных органах — печени, почках, головном мозге, поджелудочной железе, легких, в клетках крови — эритроцитах и лейкоцитах. Необходимо помнить, что результаты определения аспартатаминотрансферазы могут искажаться в сторону повышения — если в сыворотку попадает ACT из разрушенных эритроцитов, или в сторону понижения — когда в результате хранения в течение нескольких дней происходит инактивация фермента.

В гепатоцитах большая часть ACT (80% активности) обнаруживается в митохондриях и составляет митохондриальную изоформу, и лишь около 20% содержится в цитозольной фракции — цитозольная изоформа. Незначительные и умеренные воспалительные процессы в гепатоцитах сопровождаются высвобождением ACT из цитозоля, митохондриальные структуры повреждаются мало, поэто­му общее количество попадающего в кровь ACT невелико, в отличие от уровня АЛТ, которая целиком локализуется в цитозоле и переходит в кровь при повреждении последнего.

При тяжелом поражении печени, массивных некрозах гепатоцитов ACT может высвобождаться из поврежденных митохондрий этих клеток, при этом показатели сывороточной ACT приобретают особую диагностическую и прогностическую ценность. Как следствие, в клинической практике помимо прямых значений АСТ и АЛТ зачастую используется соотношение АСТ/АЛТ, получившее название коэффициента Де Ритиса. В норме его значение составляет 1,3±0,4. Клиническая значимость соотношения АСТ/АЛТ в сыворотке крови неоднократно изучалась при различных заболеваниях печени. Результаты анализа современных публикаций показывают, что при неосложненных вирусных гепатитах или неалкогольных поражениях печени соотношение АСТ/АЛТ, как правило, не превышает 1 или снижается до 0,6–0,8. Напротив, повышение коэффициента более 1,4 (за счет повышения активности АСТ) наблюдается при циррозах, тяжелых алкогольных и токсических поражениях печени с разрушением большей части печеночных клеток либо при других заболеваниях (например, при болезни Вильсона коэффициент АСТ/АЛТ может превышать 4).

Лактатдегидрогеназа (ЛДГ) — нормальный уровень в сыворотке крови 140–280 Ед/л — представляет собой фермент, катализирующий обратимое восстановление пировиноградной кислоты до молочной в процессе гликолиза. Наибольшая активность ЛДГ обнаруживается в почках, миокарде, скелетных мышцах, печени. В организме ЛДГ представлена пятью органоспецифическими изоферментами, при этом последние являются различными комбинациями двух типов (H и М) полипептидных цепей. Органная специфичность изоферментов позволяет использовать их определение в сыворотке крови с целью топической диагностики.

69. катаболизм аминокислот возможные пути расщепления углеродного скелета, утилизация аминного азота, радикалов.

Трансаминирование и дезаминирование аминокислот ведет к образованию безазотистых углеродных скелетов аминокислот – α-кетокислот. В состав белков входят 20 аминокислот, различающихся по строению углеводородного радикала, каждый из которых катаболизируется по своим специфическим метаболическим путям.

Катаболизм всех аминокислот сводится к образованию шести веществ, вступающих в общий путь катаболизма: пируват, ацетил-КоА, a-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, оксалоацетат.

Аминокислоты, которые превращаются в промежуточные продукты ЦТК (a-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат), и образуют в конечном итоге оксалоацетат, могут использоваться в процессе глюконеогенеза. Такие аминокислоты называются гликогенными. К ним относятся: аланин, аргинин, аспартат, глутамат, глицин, гистидин, метионин, пролин, серин, треонин, валин, цистеин.

Катаболизм лейцина и лизина не включает стадии образования пировиноградной кислоты, их углеводородная часть превращается непосредственно в ацетоацетат (лейцин, лизин) или в ацетил-КоА (лейцин) и используются в синтезе кетоновых тел.

Тирозин, фенилаланин, изолейцин и триптофан являются смешанными или одновременно гликогенными и кетогенными. Часть углеродных атомов их молекул при катаболизме образует пируват, другая часть включается в ацетил-КоА, минуя стадию пирувата.

Истинной кетогенной аминокислотой является лейцин. См №68.

70.биосинтез аминокислот: общие пути индивидуальные различия.

В организме человека возможен синтез восьми заменимых аминокислот: Ала, Асп, Асн, Сер, Гли, Глу, Глн, Про. Углеродный скелет этих аминокислот образуется из глюкозы. α-Аминогруппа вводится в соответствующие α-кетокислоты в результате реакций трансаминирования. Универсальным донором α-аминогруппы служит глутамат.

Путём трансаминирования α-кетокислот, образующихся из глюкозы, синтезируются аминокислоты.

Глутамат также образуется при восстановительном аминировании α-кетоглутарата глутаматдегидрогеназой.

Эти реакции обратимы и играют большую роль как в процессе синтеза аминокислот, так и при их катаболизме. Такие реакции, выполняющие двойную функцию, называют амфиболическими.

Амиды глутамин и аспарагин синтезируются из соответствующих дикарбоновых аминокислот Глу и Асп (см. схему А).

Серин образуется из 3-фосфоглицерата - промежуточного продукта гликолиза, который окисляется до 3-фосфопирувата и затем трансаминируется с образованием се-рина (см. схему Б).

Существует 2 пути синтеза глицина:

1) из серина с участием производного фолиевой кислоты в результате действия се-риноксиметилтрансферазы:

2) в результате действия фермента глицинсинтазы в реакции:

Пролин синтезируется из глутамата в цепи обратимых реакций. Эти же реакции используются и при катаболизме пролита.

Кроме восьми перечисленных заменимых аминокислот, в организме человека могут синтезироваться ещё четыре аминокислоты.

Частично заменимые аминокислоты Apr и Гис синтезируются сложным путём в небольших количествах. Большая их часть должна поступать с пищей.

Синтез аргинина происходит в реакциях орнитинового цикла.

Гистидин синтезируется из АТФ и рибозы. Часть имидазольного цикла гистидина - N=CH-NH- образуется из пуринового ядра аденина, источником которого служит АТФ, остальная часть молекулы - из атомов рибозы. При этом образуется 5-фосфорибозиламин, который кроме синтеза гистидина необходим для синтеза пуринов.

Для синтеза условно заменимых аминокислот тирозина и цистеина требуются незаменимые аминокислоты фенилаланин и метионин соответственно.

Образование других аминокислот также возможно при наличии соответствующих α-кетокислот, которые могут трансаминироваться с глутаматом. Таким образом, незаменимой частью молекулы аминокислот является их углеродный скелет. Источником таких незаменимых ос-кетокислот служат только белки пищи. Исключение составляют лизин и треонин, которые не подвергаются трансаминированию, их а-кетоаналоги с пищей практически не поступают и в организме не синтезируются. Единственный источник этих аминокислот - пищевые белки.

Схема А.

Схема Б.

Схема В.

71. Квашиоркор - вид тяжёлой дистрофии. Болезнь обычно возникает у детей 1-4 лет, хотя бывает что она возникает и в более старшем возрасте (например у взрослых или у более старших детей). Педиатр с Ямайки Сисели Уильямс (англ. Cicely D. Williams) впервые описала это состояние в медицинском журнале Lancet в 1935 году. Когда ребенка кормят грудью, он получает определенные аминокислоты, необходимые для роста из материнского молока. Когда ребенка отлучают от груди, в случае, когда продукты, заменяющие материнское молоко, содержат много крахмалов и сахаров и мало белков (как это обычно случается в странах, где основная диета людей состоит из крахмалосодержащих овощей, или там, где начался массовый голод), у ребенка может начаться квашиоркор.

Один из симптомов - вздутость животов детей (асцит), часто возникающая у детей бедных районов Африки, объясняется тем, что клубни маниокa содержат лишь небольшое количество белка (1.2 %) и очень немногие незаменимые аминокислоты. При питании, основанном на маниоке, эти факторы приводят к детской пеллагре (квашиоркор). Из-за недостатка важных аминокислот внутренние органы накапливают воду. В связи с этим рекомендуется употребление также и листьев маниоки, содержащих большое количество белка, в качестве овоща.

Недостаточность белка, часто сочетающаяся с дефицитом энергии, витаминов и микроэлементов, приводит к нарушению развития ребенка, дистрофическим изменениям органов и тканей. Ведущим в патогенезе квашиоркора является недостаток в организме ребенка пластических веществ и ферментов, Особенно легко квашиоркор развивается у детей раннего возраста, т.к. для обеспечения интенсивных процессов роста и развития необходимо поддержание постоянного положительного азотистого баланса в организме (поступление белков должно превышать их расходование).