Катаболизм аминокислот

Катаболизм аминокислот включает два этапа:

1. дезаминирование, заключающееся в отщеплении аминогруппы с образованием a -кетокислоты
2. катаболизм углеродного скелета, то есть a -кетокислоты.

Катаболизм аминокислот в организме животных происходит в двух различных ситуация. В нормальных условиях, когда в диете присутствует избыточное количество белка, и, следовательно после переваривания и всасывания много аминокислот дезаминируются, а углеродный скелет (a -кетокислота) или используется для конверсии в запасной жир, или для окисления и извлечения энергии. При голодании разрушаются белки тканей, и получившиеся после дезаминирования кетокислоты могут служить как для глюконеогенеза, так и для окисления.

Дезаминирование - это превращение аминокислот в соответствующие a -кетокислоты в результате отщепления аминогруппы в виде аммиака. Реакция сопровождается окислением, поэтому называется окислительным дезаминированием. Наиболее широко распространенной реакцией является окислительное дезаминирование глутаминовой кислоты, катализируемое NAD-зависимой дегидрогеназой:

Обмен глутамата

Эта реакция обратима, но ее основная роль заключается в дезаминировании, хотя в некоторых органах она может протекать в сторону синтеза глутаминовой кислоты. В ходе дезаминирования глутамата аминогруппа сразу превращается в ион аммония, поэтому эта реакция называется прямое окислительное дезаминирование. Другие аминокислоты дезаминируются непрямым путем, включающим два этапа:

1. трансаминирование с a -кетоглутаратом с образованием глутамата
2. окислительное дезаминирование глутамата.

Непрямое дезаминирование. Судьба аминного азота и a -кетокислот

Катаболизм углеродных скелетов, полученных в результате дезаминирования аминокислот, приводит к образованию либо ацетил-СоА, а далее из него жиров или кетоновых тел (кетогенные аминокислоты), или образованию метаболитов, способных включаться в глюконеогенез (гликогенные аминокислоты) и поддерживать уровень глюкозы в крови при голодании.

Катаболизм углеродных скелетов аминокислот

Обезвреживание аммиака. Образующийся при дезаминировании аминокислот аммиак (при физиологических значениях рН аммиак находится в виде ионов аммония) токсичен и должен быть выведен из организма. Ион аммония может прямо включаться в биологические молекулы несколькими способами:

• восстановительное аминирование a -кетоглутарата с образованием глутамата при участии глутаматдегидрогеназы (обратная реакция): a -кетоглутарат + NH₃ + NADH → Glu + NAD⁺ Эта реакция происходит в малом объеме и не имеет большого значения, для обезвреживания аммиака, хотя используется для образования глутаминовой кислоты
• образование амида глутаминовой кислоты - глутамина при участии глутаминсинтетазы: Glu + NH₃ + ATP → Gln +ADP + H₃PO₄. Эта реакция происходит во многих тканях, но наиболее важна для нервной ткани, особенно чувствительной к токсическому действию аммиака. Глутамин выполняет функцию транспортной формы аммиака. В печени он расщепляется под действием глутаминазы на глутамат и аммиак, а последний включается в процесс синтеза мочевины: Glu + Н₂О → Glu + NH₃. Кроме того, глутамин представляет собой резерв аммиака, необходимый в почках для компенсации ацидоза. В этом случае активность глутаминазы почек увеличивается, и ион аммония выводится в виде солей аммония, компенсируя при этом излишнее количество протонов
• образование карбамоилфосфата путем конденсации NH₃, CO₂ и АТФ, катализируемое карбомоилфосфатсинтетазой I (фермент действует в митохондриях). Эта реакция происходит в печени и является начальной стадией синтеза мочевины - конечного продукта метаболизма азота: NН₃+СО₂+2АТР+Н₂О → H₂N-СО-РО₃Н₂+2ADP+Н₃РО₄

Биосинтез мочевины (орнитиновый цикл)

Синтез мочевины - циклический процесс состоит из пяти реакций, катализируемый пятью отдельными ферментами. Суммарное уравнение: СO₂+NH₃+2H₂O+Аспарат → H₂N-CO-NH₂+Фумарат

Орнитиновый цикл

Из анализа процесса синтеза мочевины следует:

1. включение азота происходит в двух точках. Один из атомов азота поступает в форме NH₃ в реакции 1 и является продуктом дезаминирования аминокислот, а другой включается в составе аспартата (реакция 3). Этот второй азот может поступать в аспартат из любой аминокислоты путем трансаминирования с оксалоацетатом. Следовательно, атомы азота в мочевине имеют разное происхождение;
2. орнитиновый цикл связан с цитратным циклом, так как оксалоацетат, необходимый для трансаминирования, образуется из фумарата в реакциях цитратного цикла;
3. процесс эндергонический, требующий 3 моль АТР для синтеза одной молекулы мочевины.

При недостаточной активности ферментов орнитинового цикла возникают гипераммониемии - патологические состояния сопровождающиеся повышением концентрации аммиака в крови.