Биохимия. Лекция 39. Обмен аминокислот. 1 часть

• Тема ролика: обмен аминокислот.  

• Рекомендация канала по хирургии от преподавателей Сечинского университета.  

• Упоминание главного редактора канала — Киценко Юрия Евгеньевича.  

• Объяснение, что обмен аминокислот будет рассмотрен в трёх роликах.  

• План: обмен аминокислот, углеводов, липидов и нуклеиновых кислот.  

• Два механизма транспорта аминокислот: вторично активный транспорт и пассивный транспорт.  

• Вторично активный транспорт использует энергию электрохимического градиента натрия.  

• Натрий стремится внутрь клетки из-за отрицательного заряда внутренней стороны мембраны.  

• Натрий-калиевая АТФаза создаёт дефицит натрия внутри клетки.  

• Энергия электрохимического градиента натрия используется для транспорта аминокислот.  

• Большие пептиды и протеины транспортируются трансцитозом.  

• Аминокислоты не могут транспортироваться трансцитозом.  

• Специфический белок-транспортер связывает аминокислоты и натрий на пикальной поверхности энтероцитов.  

• В отсутствие натрия аминокислота не может связаться с белком-переносчиком.  

• Белок-переносчик отдаёт натрий в цитозоль, используя энергию его движения для захвата аминокислоты.  

• Пять транспортных систем для различных групп аминокислот: крупные нейтральные, малые нейтральные, основные, аспартат, глутамат, малые аминокислоты.  

• Каждая транспортная система имеет своё название и особенности.  

• Белок-переносчик имеет участки для связывания натрия и аминокислоты.  

• После связывания происходит перемещение переносчика из наружного слоя мембраны во внутренний.  

• Происходит отдача натрия и аминокислоты в цитозоль.  

• Аминокислоты переносятся внутрь клетки в комплексе с глутатионом при помощи фермента гамма-глутамилтрансферазы.  

• Глутатион состоит из гамма-глутамильного, цистинового и глицинового остатков.  

• Гамма-глутамильный остаток связывает аминокислоту и способствует её перемещению внутрь клетки.  

• Фермент гамма-глутамилтрансфераза катализирует реакцию связывания гамма-глутамильного остатка с аминокислотой.  

• После связывания аминокислота высвобождается, а гамма-глутамил превращается в оксапролин, затем в глутамат и снова в гамма-глутамилцистеин.  

• Цикл синтеза глутатиона повторяется, обеспечивая непрерывный транспорт аминокислот.  

• Исследования активности гамма-глутамилтрансферазы используются в клинической лабораторной диагностике заболеваний печени и почек.  

• Повышение уровня гамма-глутамилтрансферазы может указывать на холестаз.  

• Аминокислоты поступают из крови, распадаются из внутриклеточных белков и синтезируются.  

• Путь дальнейшего превращения аминокислот зависит от функций клетки, условий существования и гормональных влияний.  

• Реакции превращения аминокислот делятся на три группы: с участием аминогруппы, боковой цепи и карбоксильной группы.  

• Аминокислоты участвуют в синтезе белков, биогенных аминов, нейромедиаторов, гормонов, пуриновых и пиримидиновых оснований, глюкозы, триацилглицеринов, холестерина, кетоновых тел, креатина и карнозина.  

• Углеродный скелет аминокислот окисляется до углекислого газа и воды в цикле трикарбоновых кислот.  

• При голодании, длительном стрессе и мышечной нагрузке аминокислоты могут участвовать в глюконеогенезе.  

• Глюкогенные аминокислоты участвуют в синтезе глюкозы, а кетогенные — в синтезе кетоновых тел.  

• Глюкогенные аминокислоты образуют пируват и метаболиты цикла трикарбоновых кислот, которые могут использоваться для синтеза глюкозы.  

• Кетогенные аминокислоты, такие как лизин и лейцин, участвуют в синтезе кетоновых тел.  

• Лизин и лейцин участвуют в синтезе кетоновых тел.  

• Кетогенные аминокислоты также включают жирные кислоты и холестерол.  

• Смешанные аминокислоты, такие как фенилаланин, тирозин, изолейцин и триптофан, могут включаться в липиды или глюкозу.  

• Катаболизм серно-аланина и глицинастина даёт пируват, который превращается в ацетил-коэнзим А.  

• Фенилаланин и тирозин участвуют в синтезе ацетил-коэнзима А и фумарата.  

• Аспартат и аспарагин катаболизируются до оксалоацетата.  

• До 10% энергии в клетке образуется из аминокислот.  

• Для расчёта энергетической ценности необходимо учитывать путь аминокислоты до полного окисления.  

• Молекула аспартата содержит четыре атома углерода, поэтому ей необходимо пройти два оборота цикла трикарбоновых кислот.  

• В одном цикле выделяется две молекулы CO2.  

• В результате двух циклов образуется шесть НАД+, два ФАД2 и два ГТФ.  

• Одна молекула НАД+ эквивалентна 2,5 молекулам АТФ, а одна молекула ФАД2 — 1,5 молекулам АТФ.  

• Суммарное количество АТФ составляет 20 молекул.  

• Количество неорганического фосфата рассчитывается без учёта ГТФ.  

• Учитываются только молекулы, включаемые в АТФ ферментом АТФ-синтазой.  

• Итоговый расчёт даёт 18 молекул неорганического фосфата.  

• Каждая молекула НАД+ и ФАД2 передаёт одну пару электронов.  

• Итоговое количество пар электронов составляет 8.  

• Коэффициент отношения рассчитывается как количество неорганического фосфата, делённое на количество пар электронов.  

• Полученный коэффициент составляет 2,25.  

• Аланин превращается в пируват, теряя один атом углерода.  

• Пируват превращается в фумарат, который поступает в цикл Кребса.  

• При превращении пирувата в фумарат выделяется одна молекула NADH.  

• В цикле Кребса фумарат окисляется до малата, выделяя две молекулы NADH.  

• Подсчёт энергетического эффекта включает учёт всех выделяемых молекул NADH.  

• Глутамат проходит реакции трансформинирования, превращаясь в альфа-кетоглутарат и малат.  

• В ходе реакций выделяется NADH и NADH-трифосфат.  

• Окисление глутамата сложнее, чем у аланина.  

• Биогенные амины синтезируются из аминокислот путём декарбоксилирования альфа-карбоксильной группы.  

• Примеры аминокислот, участвующих в синтезе биогенных аминов: лизин, гистидин, тирозин, триптофан.  

• Гистамин активно образуется в тучных клетках, лёгких, коже, печени, базофилах и эозинофилах.  

• Гистамин высвобождается при повреждении тканей, ударе или электрическом раздражении.  

• В клинической практике гистамин связан с аллергическими реакциями.  

• Расширение артериол и капилляров, покраснение кожи, снижение артериального давления.  

• Повышение проницаемости капилляров, отёчность.  

• Увеличение внутричерепного давления, головные боли, тошнота, рвота, брадикардия.  

• Спазм бронхов, удушье.  

• Повышение тонуса ЖКТ, стимуляция секреции слюны и желудочного сока.  

• Зуд и болезненность.  

• Стимуляция болевых рецепторов.  

• Влияние на ритм и силу сердечных сокращений.  

• Гистидин — предшественник гистамина.  

• Гистидин декарбоксилаза отщепляет альфа-карбоксильную группу.  

• Коферментом является парадоксальфосфат, производное витамина B6.  

• Серотонин активно синтезируется в тучных клетках кожи, лёгких, печени и селезёнке.  

• Синтез начинается с триптофана, который превращается в 5-гидрокситриптофан.  

• Триптофан гидроксилаза присоединяет гидроксильную группу к триптофану.  

• Серотониновые рецепторы первого типа находятся в периферийных органах и влияют на тонус сосудов, гемостаз, регенерацию клеток и перистальтику кишечника.  

• Центральные эффекты включают депрессию, нарушение сна, агрессию, изменения пищевого поведения и психоз.  

• Синтез ГАМК происходит из глутамата с помощью глутаматдекарбоксилазы.  

• ГАМК является тормозным нейромедиатором в ЦНС.  

• Наиболее высока её роль в височной, лобной коре, гиппокампе, миндалевидных, гипоталамических ядрах, чёрной субстанции и ядрах мозжечка.  

• Синтез дофамина происходит в нейронах промежуточного и среднего мозга.  

• Дефицит дофаминергических нейронов в чёрной субстанции головного мозга приводит к болезни Паркинсона.  

• Дофамин является медиатором дофаминовых рецепторов в ЦНС.  

• Синтез дофамина происходит в чёрной субстанции головного мозга.  

• В больших дозах дофамин расширяет сосуды сердца, стимулирует сокращения и снижает артериальное давление.  

• Из тирозина синтезируется дофа (ДОФА) с помощью тирозингидроксилазы.  

• Коферментом в реакции является тетрагидробиоптерин.  

• ДОФА превращается в дофамин через декарбоксилирование.  

• Препарат леводопа содержит ДОФА и используется для лечения болезни Паркинсона.  

• Незащищённая леводопа превращается в дофамин на периферии, что снижает его эффективность в ЦНС.  

• Карбидопа включает ингибитор декарбоксилазы, что позволяет ДОФА проникать в ЦНС и превращаться в дофамин там.  

• Инактивация происходит через дезаминирование и метилирование.  

• Дезаминирование катализируется моноаминоксидазой, которая обнаружена во многих тканях.  

• Метилирование происходит с участием метилтрансферазы и метионина.  

• Метилтрансфераза переносит метильную группу на гидроксильную группу биогенного амина.  

• Донором метильной группы является S-аденозилметионин.  

• В результате реакции образуется метиламин.  

• Дофамин может обезвреживаться двумя путями: через моноаминоксидазу и метилирование.  

• Промежуточные метаболиты: три-4-гидроксифенилуксусная кислота и три-метокситирамин.  

• Конечный продукт — гомованилиновая кислота.  

• Внутримолекулярное дезаминирование: образование ненасыщенной жирной кислоты.  

• Восстановительное дезаминирование: образование насыщенной жирной кислоты.  

• Гидролитическое дезаминирование: образование гидроксикарбоновой кислоты.  

• Окислительное дезаминирование: основной путь катаболизма аминокислот, образование кетокислот.  

• Прямое окислительное дезаминирование катализируется одним ферментом.  

• Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами, использующими ФАД или ФМН в качестве коферментов.  

• Анаэробное прямое окислительное дезаминирование не требует кислорода.  

• Оксидазы восстанавливают ФАД или ФМН до ФАДH2 или ФМНH2.  

• Молекулярный кислород окисляет восстановленные коферменты обратно до ФАД и ФМН.  

• В результате реакции образуется аминок кислота, которая затем полностью окисляется до кетокислоты.  

• Последний этап — присоединение воды и отщепление аминогруппы.  

• Аэробное дезаминирование происходит в условиях кислорода, катализируется дегидрогеназами.  

• Анаэробное дезаминирование характерно только для глутамата, катализируется глутаматдегидрогеназой.  

• Глутаматдегидрогеназа превращает глутамат в альфа-кетоглутарат.  

• Фермент локализуется в митохондриях всех клеток, кроме мышечных.  

• Реакция важна для многих метаболических путей.  

• Аммиак образуется при дезаминировании глутамата.  

• В печени аммиак используется для синтеза мочевины.  

• Включает два этапа: трансаминирование и дезаминирование.  

• Трансаминирование — перенос аминогруппы от аминокислоты к кетокислоте.  

• Второй этап — отщепление аминогруппы от аминокислоты.  

• Глутаминовая кислота подвергается окислительному дезаминированию.  

• Реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАД+.  

• Оптимизация соотношения аминокислот в клетке.  

• Обеспечение синтеза заменимых аминокислот.  

• Катаболизм аминокислот без азотистого остатка для выработки энергии.  

• Катализируется аминотрансферазами.  

• Кофермент — парадоксальфосфат.  

• Исключения: пролин, лизин, трианин не подвергаются трансаминированию.  

• Первая аминокислота присоединяется к парадоксальфосфату, отдавая аминогруппу.  

• Образуется парадоксальаминофосфат.  

• Вторая кетокислота получает аминогруппу, превращаясь в аминокислоту.  

• Парадоксальфосфат регенерируется.  

• Превращение предакцептора приводит к образованию промежуточных соединений: шифовых оснований альдемина и кетимина.  

• В первой реакции после расщепления воды образуется иминовая связь между остатком аминогруппы и преддоксальфосфатом.  

• Перемещение двойной связи приводит к образованию кетимина, который гидролизуется по месту двойной связи.  

• Преддоксальфосфат превращается в преддоксаминфосфат.  

• Кетимин может превращаться в альдемин и обратно.  

• Аминокислота превращается в кетокислоту, отдавая аминогруппу.  

• После отщепления кетокислоты к ферменту присоединяется новая кетокислота, и процесс идёт в обратном порядке.  

• Аминотрансфераза присоединяет аминокислоту, выделяется вода, образуется альдемин.  

• Альдемин может превратиться в кетимин.  

• Аминокислоты взаимодействуют с пировиноградной кислотой, щавелевоуксусной кислотой и альфа-кетоглутаратом.  

• Избыточные аминокислоты передаются на альфа-кетоглутарат, образуя глутамат.  

• В лабораторной диагностике определяется активность ферментов трансаминирования.  

• Ферменты получают названия по аминокислотам, вступающим в реакцию.  

• Пример: аспартатаминотрансфераза использует преддоксальфосфат в качестве кофермента.  

• Важно помнить суть реакции трансаминирования, а не детали химических компонентов.  

• Альфа-кетоглутарат превращается в глутамат путём передачи аминогруппы.  

• Аланин участвует в реакции терминирования, фермент называется аланин-амина.  

• Ферменты переносят аминогруппу от аминокислот к альфа-кетоглутарату, образуя глутамат и кетокислоты.  

• Коферментом является пиридоксальфосфат.  

• АСТ и АЛТ могут указывать на поражение печени или сердца.  

• При заболеваниях печени, таких как гепатиты и цирроз, повышается уровень АЛТ.  

• При инфаркте миокарда повышается уровень АСТ.  

• Коэффициент Де Ритиса помогает определить, поражена ли печень или сердце.  

• Для инфаркта миокарда характерно повышение уровня АСТ, для поражения печени — АЛТ.  

• При алкогольном гепатите уровень АЛТ может быть выше, чем при других поражениях печени.  

• Уровень АСТ повышается через 6 часов после инфаркта и достигает пика на 20–24 час.  

• Через неделю уровень АСТ может вернуться к норме, что затрудняет диагностику инфаркта.  

• Креатинфосфат — источник энергии для быстрого синтеза АТФ в мышцах и нервной ткани.  

• Около 3% креатинфосфата постоянно превращается в креатинин.  

• Уровень креатинина в крови важен для диагностики почечных заболеваний.  

• Креатин синтезируется в почках и печени через две последовательные реакции.  

• В почках аргинин и глицин превращаются в аргинин и гуанидин ацетат.  

• В печени гуанидин ацетат реагирует с S-аденозилметионином, образуя креатин.  

• Метильная группа от аденозилметионина перемещается на аминогруппу, образуя креатин.  

• Аденозилметионин превращается в аденозилгомоцистеин.  

• Креатин поступает в скелетную мускулатуру, миокард и нервную ткань.  

• В условиях покоя креатин фосфорилируется с образованием креатинфосфата, который используется для быстрого ресинтеза АТФ.  

• Креатинурия — появление креатина в моче.  

• Физиологическая креатинурия наблюдается у детей первого года жизни и у стариков из-за атрофии мышц.  

• Патологическая креатинурия связана с заболеваниями мышечной системы, такими как миопатия и прогрессирующая мышечная дистрофия.  

• В скелетных мышцах отсутствует фермент глутаматдегидрогеназа, поэтому дезаминирование аминокислот происходит особым путём.  

• Процесс начинается с трансаминирования, при котором аминокислота отдаёт аминогруппу альфа-кетоглутарату.  

• Глутамат отдаёт аминогруппу оксалоацетату, который затем реагирует с инозинмонофосфатом.  

• Цикл замыкается, обеспечивая последовательную отдачу аминогрупп.  

• При интенсивной нагрузке окисление глюкозы идёт анаэробным путём, образуя лактат, который закисляет мышцы.  

• Аммиак связывается с протонами водорода, защелачивая цитозоль миоцитов.  

• Анонс следующего ролика об обезвреживании аммиака.  

• Упоминание о планах рассмотреть обмен отдельных аминокислот в третьей части.  

• Призыв подписаться на канал и ставить лайки.