Декарбоксилирование аминокислот биохимия кратко

Обновлено: 05.07.2024

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.

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот сводится к образованию ПФ-субстратного комплекса.

Для тканей животных характерно a-декарбоксилирование, при котором от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, расположенная по соседству с a-углеродным атомом: R-CH (NH2)-COOH à R-CH2-NH2 + CO2. Продуктами реакции являются СО2 и биогенные амины.

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами – декарбоксилазами аминокислот, простетическая группа которых представлена пиридоксальфосфатом, как и у аминотрансфераз.

Декарбоксилаза ароматических аминокислот получена в чистом виде, кофермент – ПФ. В больших количествах она содержится в надпочечниках и ЦНС, играет важную роль в регуляции содержания биогенных аминов.

Образующийся из 5-окситриптофана серотонин оказался высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего действия. Серотонин регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, почечную фильтрацию и является медиатором нервных процессов в ЦНС. Некоторые авторы считают серотонин причастным к развитию аллергии, токсикоза беременных.

Орнитиновый цикл

Основным механизмом обезвреживания аммиака в организме является биосинтез мочевины (в основном в печени).Она выводится с мочой в качестве главного конечного продукта белкового, соответственно аминокислотного, обмена. На долю мочевины приходится до 80-85% всего азота мочи. Реакции синтеза мочевины, представлены в виде цикла, получившего название орнитинового цикла мочевинообразования Кребса.

· На первом этапе синтезируется макроэргическое соединение карбамоилфосфат - это метаболически активная форма аммиака

· На втором этапе цикла мочевинообразования происходит конденсация карбамоилфосфата и орнитина с образованием цитруллина; реакцию катализирует орнитин-карбамоил-трансфераза:

-На следующей стадии цитруллин превращается в аргинин в результате двух последовательно протекающих реакций.

Первая из них, энергозависимая, сводится к конденсации цитруллина и аспаргиновой кислоты с образованием аргининосукцината ( эту реакцию катализирует аргининосукцинат-синтетаза).

Аргининсукцинат распадается во второй реакции на аргинин и фумарат под действием аргининосукцинат-лиазы.

На последнем этапе аргинин расщепляется на мочевину и орнитин под действием аргиназы.

В тканях животных процесс декарбоксилирования аминокислот протекает под действием декарбоксилаз с образованием аминов.

Декарбоксилазы аминокислот – сложные ферменты, коферментом которых является пиридоксальфосфат. Обнаружены процессы декарбоксилирования гистидина, триптофана, 5-гидрокситриптофана, тирозина, глутаминовой, аспарагиновой, цистеиновой кислот с образованием соответствующего амина: гистамина, триптамина, серотонина, тирамина, γ-аминомасляной кислоты, β-аланина, таурина. Их называют биогенными аминами, так как в малых дозах это биологически активные вещества с мощным фармакологическим действием, в больших дозах – фармакологические яды. Декарбоксилазы ароматических аминокислот, гистидина, глютаминовой кислоты и других не отличаются строгой специфичностью. Ферменты мало активны, и процесс протекает с малой скоростью.

При декарбоксилировании тирозина образуется тирамин, проявляющий сосудосуживающее действие.

тирозин тирамин

Декарбоксилирование триптофана сопровождается образованием триптамина, также обладающего сосудосуживающим действием.

триптофан триптамин

При декарбоксилировании производного триптофана - 5- гидрокситриптофана образуется 5- гидрокситриптамин или серотонин.

5-гидрокситриптофан серотонин

Серотонин преимущественно образуется в нервной ткани и кишечнике. Обладает сильным сосудосуживающим действием, является нервным медиатором, поддерживает нормальную психическую деятельность, участвует в центральной регуляции артериального действия, температуры тела, дыхания, в почечной фильтрации, способствует развитию аллергической реакции, токсикоза беременности.

Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гистамина.

гистидин гистамин

Декарбоксилирование гистидина гистидиндекарбоксилазой происходит главным образом в тучных клетках, которые имеются в соединительной ткани (практически во всех органах). Гистамин накапливается и хранится в этих клетках в соединении с белками в специальных секреторных гранулах и может освобождаться и выделяться в кровь при разнообразных механических воздействиях (травма, ожог, электрическое раздражение), действии эндогенных веществ.

Физиологическое действие гистамина на сосуды отличается от действия других биогенных аминов: он расширяет сосуды и поэтому снижает кровяное давление. В большом количестве гистамин образуется в месте травмы, в очаге воспалительного процесса, вызывает расширение сосудов, повышает проницаемость капилляров, способствует выходу лейкоцитов, развитию воспалительной реакции. Является медиатором нервных процессов, медиатором боли. Укусы насекомых (комары, клопы, осы и др.) вызывают зуд, боль, отечность, что связано с выделением гистамина. Гистамин стимулирует секрецию желудочного сока и слюны (поэтому его используют в клинике при исследовании секреторной функции желудка - гистаминовый завтрак). Если слизистая желудка на введение гистамина не усиливает секрецию сока, то это свидетельствует о повреждении секреторных клеток - атрофическом гастрите. Гистамин сокращает гладкие мышцы легких, что проявляется приступом удушья. Гистамин способствует сенсибилизации организма и развитию аллергических реакций.

Обезвреживание гистамина происходит путем его метилирования с образованием 1-метилгистамина, который выводится с мочой.

При α-декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется γ-аминомасляная кислота.

глутаминовая γ- аминомасляная кислота

кислота (ГАМК)

ГАМК в большом количестве содержится в сером веществе мозга, в то время как в белом веществе мозга и периферической нервной системе ее почти нет. Является тормозным фактором в нервных клетках. В опытах с изолированной петлей кишечника показано, что ГАМК вызывает прекращение перистальтики даже в присутствии ацетилхолина, стимулирующего перистальтику. Используется в клинике при лечении заболеваний центральной нервной системы, связанных с резким возбуждением коры головного мозга (эпилепсия).

Цистеин окисляется в цистеиновую кислоту, которая в тканях животных декарбоксилируется с большой скоростью с образованием таурина.

цистеин цистеин-диокси- цистеиновая таурин

геназа кислота

Таурин используется в реакциях конъюгации с желчными кислотами для увеличения их гидрофильности. Непосредственное декарбоксилирование цистеина, протекающее в организме с небольшой скоростью, сопровождается образованием цистеамина.

цистеин цистеамин

Цистеамин оказывает защитное действие при лучевой болезни, однако его действие является непродолжительным, поэтому были синтезированы его производные, аналоги, которые нашли применение в терапии лучевых поражений.

В животных тканях с большой скоростью протекает декарбоксилирование 3,4-диоксифенилаланина - производного фенилаланина. При этом образуется ДОФ-амин, оказывающий мощное сосудосуживающее действие. ДОФ-амин является промежуточным продуктом в синтезе катехоламинов норадреналина и адреналина.

H₂N - CH- COOH H₂N - CН - COOH H₂N - CН-COOH CH₂NH₂

фенилаланин тирозин 3,4-диоксифенилаланин ДОФ-амин

Под действием декарбоксилаз из диаминокарбоновых кислот образуются диамины: из орнитина – путресцин, лизина – кадаверин.

орнитин путресцин лизин кадаверин

Путресцин является предшественником полиаминов – спермина и спермидина. Последние несут большой положительный заряд и легко ассоциируются с ДНК и РНК, стабилизируют структуру ДНК, стимулируют синтез ДНК и РНК, влияют на процессы пролиферации. В сутки в организме взрослого человека образуется около 0,5 ммоль спермина. Фармакологические дозы полиаминов вызывают понижение температуры и артериального давления. Кроме этого они способны ингибировать ферменты.

Таким образом, биогенные амины, являясь сильными фармакологически активными веществами, влияют на различные функции организма. Знание их физиологического действия, механизмов их образования и обезвреживания является важным для врачей, так как их накопление может привести к ряду серьезных нарушений.

Обезвреживание аминов происходит под действием ферментов моноаминоксидаз (МАО) и диаминооксидаз (ДАО). Это сложные ферменты, локализованы в митохондриях. Простетическая группа МАО – ФАД, ДАО – пиридоксальфосфат и медь.

Амины подвергаются окислительному дезаминированию:

R R R

+ФАД +H₂O

CH₂NH₂ CH= NH C= 0+ NH₃

ФАД•Н₂ ИМИН Н

Образовавшиеся альдегиды далее окисляются в жирные кислоты, которые окисляются до конечных продуктов.

В клинике широко используются антигистаминные препараты: димедрол, пипольфен, тавегил, супрастин, бикарфен, диазолин, кетотифен, зиртек, гисманал, терфенадин.

Также используются фармпрепараты, ингибирующие моноаминооксидазы: ипрониазид, ниаламид, пиразидол, сиднофен, индопан, гармин, паргилин. Все они активные антидепрессанты и используются для лечения депрессивных состояний.

5. ИСТОЧНИКИ И ПУТИ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ АММИАКА В ОРГАНИЗМЕ: МЕСТНЫЕ И ОБЩИЕ. ГИПЕРАММОНИЕМИЯ. ОСТАТОЧНЫЙ АЗОТ.

Обезвреживание аммиака в организме

Различают механизмы местного и общего обезвреживания аммиака. Местное обезвреживание сводится к временному связыва-нию аммиака с образованием его транспортных форм,в составе ко-торых он доставляется к органам, где происходит общее обезврежи-вание. Последнее заключается в образовании инертных,ненужных организму соединений, которые выводятся с мочой.

Местное обезвреживание аммиака

Осуществляется в тканях(мозг, мышцы, сетчатка и др.), где происходит непосредственное образование NН₃, по нескольким ме-ханизмам.

1. Главным путем обезвреживания аммиака является его связы-вание с глутаминовой (у животных) и аспарагиновой (больше у рас-тений) кислотами, т.е. их амидирование. Протекает в мышечной ткани,

мозгу, печени, почках с затратой АТФ.Катализируется глута-минсинтетазой, локализованной в ЭПС.

Образовавшиеся глутамин и аспарагин являются главными транспортными формами аммиака, в виде которых он доставляется в печень и почки, где происходит общее обезвреживание.

Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами. Простетическая группа декарбоксилаз в клетках животных - пиридоксальфосфат.

Амины, образовавшиеся при декарбоксилировании аминокислот, часто являются биологически активными веществами. Они выполняют функцию нейромедиаторов, гормонов, регуляторных факторов местного действия.

Аргинин под действием аргиназы превращается в аминокислоту орнитин, которая не входит в состав белков организма. Из орнитина синтезируются полиамины спермидин и спермин

Реакция проходит под действием орнитиндекарбоксилазы в присутствии пиридоксальфосфата. Далее под действием спермидинсинтазы и сперминсинтазы происходит включение остатков аминопропана. Донором этих групп служит производное SAM - S-аденозилметилтиопропиламин

Спермидин, спермин и путресцин обнаружены в ядрах клеток всех органов человека. Они имеют большой положительный заряд, легко связываются с отрицательно заряженными молекулами ДНК и РНК, входят в состав хроматина и участвуют в репликации ДНК, стимулируют транскрипцию и трансляцию. Их концентрация сильно возрастает при интенсивной пролиферации тканей.

Катаболизм полиаминов до СО₂ и Н₂О происходит под действием полиаминоксидазы в печени. Часть их в ацетилированном виде экскретируется почками.

ГАМК. В нервных клетках декарбоксилирование глутамата (отщепление α-карбоксильной группы) приводит к образованию γ-аминомасляной кислоты (ГАМК), которая служит основным тормозным медиатором высших отделов мозга. Цикл превращений ГАМК в мозге включает три сопряжённые реакции, получившие название ГАМК-шунта. Первую катализирует глутаматдекарбоксилаза, которая является пиридоксальзависимым ферментом. Эта реакция является регуляторной и обусловливает скорость образования ГАМК в клетках мозга. Продукт реакции - ГАМК. Последующие 2реакции можно считать реакциями катаболизма ГАМК. ГАМК-аминотрансфераза, также пиридоксальзависимая, образует янтарный полуальдегид, который затем подвергается дегидрированию и превращается в янтарную кислоту. Сукцинат используется в цитратном цикле. Инактивация ГАМК возможна и окислительным путём под действием МАО. Содержание ГАМК в головном мозге в десятки раз выше других нейромедиаторов. Она увеличивает проницаемость постсинаптических мембран для ионов К + , что вызывает торможение нервного импульса; повышает дыхательную активность нервной ткани; улучшает кровоснабжение головного мозга.

Гистамин образуется путем декарбоксилирования гистидина в тучных клетках соединительной ткани. Гистамин образует комплекс с белками и сохраняется в секреторных гранулах тучных клеток. Секретируется в кровь при повреждении ткани (удар, ожог, воздействие эндо- и экзогенных веществ), развитии иммунных и аллергических реакций. Гистамин выполняет в организме человека следующие функции:

стимулирует секрецию желудочного сока, слюны (т.е. играет роль пищеварительного гормона);
повышает проницаемость капилляров, вызывает отёки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль);
сокращает гладкую мускулатуру лёгких, вызывает удушье;
участвует в формировании воспалительной реакции - вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отёчность ткани;
вызывает аллергическую реакцию;
выполняет роль нейромедиатора;
является медиатором боли.

Серотонин - нейромедиатор проводящих путей. Образуется в надпочечниках и ЦНС из аминокислоты 5-гидрокситриптофана в результате действия декарбоксилазы ароматических аминокислот. Этот фермент обладает широкой специфичностью и способен также декарбоксилировать триптофан и ДОФА, образующийся из тирозина. 5-Гидрокситриптофан синтезируется из триптофана под действием фенилаланингидроксилазы с коферментом Н₄БП (этот фермент обладает специфичностью к ароматическим аминокислотам и гидроксидирует также фенилаланин).

Серотонин может превращаться в гормон мелатонин, регулирующий суточные и сезонные изменения метаболизма организма и участвующий в регуляции репродуктивной функции.

Серотонин- биологически активное вещество широкого спектра действия. Он стимулирует сокращение гладкой мускулатуры, оказывает сосудосуживающий эффект, регулирует АД, температуру тела, дыхание, обладает антидепрессантным действием. По некоторым данным он может принимать участие в аллергических реакциях, поскольку в небольших количествах синтезируется в тучных клетках.

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию - отщеплению карбоксильной группы. Продуктами реакции являются СО₂ и амины

стимулирует секрецию желудочного сока, слюны (т.е. играет роль пищеварительного гормона);
повышает проницаемость капилляров, вызывает отёки, снижает АД (но увеличивает внутричерепное давление, вызывает головную боль);
сокращает гладкую мускулатуру лёгких, вызывает удушье;
участвует в формировании воспалительной реакции - вызывает расширение сосудов, покраснение кожи, отёчность ткани;
вызывает аллергическую реакцию;
выполняет роль нейромедиатора;
является медиатором боли.

Некоторые аминокислоты и их производные могут подвергаться декарбоксилированию. Реакции декарбоксилирования необратимы и катализируются ферментами декарбоксилазами, нуждающимися в пиридоксальфосфате в качестве кофермента. Продуктами реакции являются СО₂ и амины, которые оказывают выраженное биологическре действие на организм, и поэтому названы биогенными аминами. Они выполняют функцию нейромедиаторов (серотонин, дофамин, ГАМК и др.), гормонов (норадреналин, адреналин), регуляторных факторов местного действия (гистамин, карнозин, спермин и др.).

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII)

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII) Неискушенному Читателю может показаться, что элементы машины генетического кодирования описаны в предыдущей главе настолько детально, что к концу чтения он стал даже как-то утомляться, чувствуя, что несколько

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма

Глава 23. Обмен аминокислот. Динамическое состояние белков организма Значение аминокислот для организма в первую очередь заключается в том, что они используются для синтеза белков, метаболизм которых занимает особое место в процессах обмена веществ между организмом и

Всасывание аминокислот.

Всасывание аминокислот. Происходит путем активного транспорта с участием переносчиков. Максимальная концентрация аминокислот в крови достигается через 30–50 мин после приема белковой пищи. Перенос через щеточную каемку осуществляется целым рядом переносчиков, многие

Наследственные нарушения транспорта аминокислот

Наследственные нарушения транспорта аминокислот Болезнь Хартнупа – нарушение всасывания триптофана в кишечнике и его реабсорбции в почечных канальцах. Так как триптофан служит исходным продуктом для синтеза витамина РР, то основные проявления болезни Хартнупа –

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника

Превращение аминокислот микрофлорой кишечника Микроорганизмы кишечника располагают набором ферментативных систем, отличных от соответствующих ферментов тканей организма человека и катализирующих самые разнообразные превращения пищевых аминокислот и не

Пути обмена аминокислот в тканях

Пути обмена аминокислот в тканях Аминокислоты – это бифункциональные соединения, содержащие аминную и карбоксильную группу. Реакции по этим группам являются общими для различных аминокислот. К ним относят:1. по аминной группе – реакции дезаминирования и

Трансаминирование аминокислот

Трансаминирование аминокислот Трансаминирование – реакции переноса a-аминогруппы с аминокислоты на a-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминонокислота. Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы. Это сложные ферменты, коферментом

Дезаминирование аминокислот

Дезаминирование аминокислот Дезаминирование аминокислот – реакция отщепления a-аминогруппы от аминокислоты с выделением аммиака. Различают два типа реакций дезаминирования: прямое и непрямое.Прямое дезаминирование – непосредственное отщепление аминогруппы от

Непрямое дезаминирование аминокислот

Непрямое дезаминирование аминокислот Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно глутамату. Аминогруппы таких аминокислот перносятся на ?-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот

Пути катаболизма углеродного скелета аминокислот Трансаминирование и дезаминирование аминокислот ведет к образованию безазотистых углеродных скелетов аминокислот – ?-кетокислот. В состав белков входят 20 аминокислот, различающихся по строению углеводородного

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот

Глава 25. Метаболизм отдельных аминокислот Метаболизм метионина Метионин – незаменимая аминокислота. Метильная группа метионина – мобильный одноуглеродный фрагмент, используемый для синтеза ряда соединений. Перенос метильной группы метионина на соответствующий

Роль печени в обмене аминокислот и белков

Роль печени в обмене аминокислот и белков Печень играет центральную роль в обмене белков и других азотсодержащих соединений. Она выполняет следующие функции:1. синтез специфических белков плазмы: - в печени синтезируется: 100 % альбуминов, 75 – 90 % ?-глобулинов, 50 %

Обмен свободных аминокислот в головном мозге

Обмен свободных аминокислот в головном мозге Аминокислоты играют важную роль в метаболизме и функционировании ЦНС. Это объясняется не только исключительной ролью аминокислот как источников синтеза большого числа биологически важных соединений, таких как белки,

Глава 496. Почему кодируемых аминокислот двадцать? (XII)

Читайте также: