Трансаминирование протекает с участием кофермента производного витамина
Трансаминирование аминокислот
Под трансаминированием подразумевают реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2) от аминокислоты на
α-кетокислоту без промежуточного образования аммиака. Впервые реакции трансаминирования (прежнее наименование переаминирования)
были открыты в 1937 г. советскими учеными А. Е. Браунштейном и М. Г. Крицман при изучении дезаминирования глутаминовой кислоты в
мышечной ткани. Было замечено, что при добавлении к гомогенату мышц глутаминовой и пировиноградной кислот образуются
α-кетоглутаровая кислота и аланин без промежуточного образования аммиака; добавление аланина и α-кетоглутаровой кислоты
соответственно приводило к образованию пировиноградной и глутаминовой кислот:
Реакции трансаминирования являются обратимыми, и, как выяснилось позже, универсальными для всех живых организмов. Эти реакции
протекают при участии специфических ферментову названных А. Е. Браунштейном аминоферазами (или, по совремменной классификации,
аминотрансферазами либо трансаминазами). Теоретически реакции трансаминирования возможны между любой амино- и кетокислотой, однако
наиболее интенсивно они протекают в том случае, когда один из партнеров представлен дикарбоновой амино- или кетокислотой.
Следует отметить, что в тканях животных и у микроорганизмов доказано существование реакций трансаминирования также между одними
монокарбоновыми амино- и кетокислотами. Донаторами NH2-группы могут также служить не только α-, но и β-, γ-,
δ- и ω-аминогруппы ряда аминокислот. В лаборатории А. Майстера доказано, кроме того, трансаминирование глутамина и аспарагина
с кетокислотами в тканях животных.
В переносе аминогруппы активное участие принимает кофермент трансаминаз — пиридоксальфосфат (производное витамина В6,
см. Витамины), который в процессе реакции обратимо превращается в пиридоксаминфосфат. Окисление пиридоксина (пищевого
витамина В6) в пиридоксаль и превращение последнего в кофермент (пиридоксальфосфат, соответственно пиридоксаминфосфат)
катализируется специфическими ферментами, в частности оксидазой, пиридоксаль- и пиридоксаминкиназами. Последние требуют присутствия
АТФ в качестве субстрата, донатора фосфатной группы.
Механизм реакции трансаминирования. Общую теорию механизма ферментативного трансаминирования разработали советские ученые
А. Е. Браунштейн и М. М. Шемякин. Одновременно подобный механизм был предложен американским биохимиком Э. Снеллом. Все трансаминазы
(как и декарбоксилазы аминокислот, см. ниже) содержат один и тот же кофермент — пиридоксальфосфат. Для катализируемых этими ферментами
реакций трансаминирования характерен общий механизм. Специфичность трансаминаз обеспечивается белковым компонентом. Обозначив
пирифоксальфосфат 0=СН-ПФ (соответственно пиридоксаминфосфат- H2N-СН2-ПФ), поскольку именно альдегидная группа
играет ключевую роль в переносе NH2-rpynnu аминокислот, механизм реакции трансаминирования можно представить в виде двух
последовательных стадий:
Опуская промежуточные стадии образования шиффовых оснований, обе стадии реакции трансаминирования можно представить в виде обшей
схемы:
Пиридоксальфосфат в первой стадии принимает NН2-группу от аминокислоты с образованием пиридоксаминофосфата и
соответствующей кетокислоты. Этот процесс протекает через промежуточное образование шиффовых оснований (альдимина и кетимина). Во
второй стадии образовавшийся пиридоксаминфосфат реагирует с какой-либо α-кетокислотой, причем образуется промежуточное соединение,
которое также подвергается внутримолекулярным превращениям (перераспределение энергии двойной связи, лабйлизация а-водородного атома)
и распадается гидролитически на аминокислоту, соответствующую исходной кетокислоте, и пиридоксальфосфат. Таким образом,
пиридоксальфосфат в реакциях трансаминирования действительно выполняет роль промежуточного переносчика аминогруппы и в конечной
стадии освобождается и может вновь вступить в ферментативный процесс.
Наличие подобного механизма реакции трансаминирования доказано методами спектрального анализа по идентификации промежуточных
продуктов, а существенность для реакции альдегидной группы пиридоксальфосфата показана в опытах с блокированием ее реагентами на
карбонильную группу, в частности фенилгидразином, гидразидом изоникотиновой кислоты и др. Так, например, при взаимодействии
пиридоксальфосфата с фенилгидразином образуется весьма прочный комплекс, не гидролизуемый водой, и кофермент выводится из сферы
химической реакции:
В последнее время получены новые доказательства существования в живых организмах приведенного выше механизма трансаминирования
и выяснены некоторые новые детали механизма действия трансаминаз и других пиридоксалевых (содержащих в качеству кофермента
пиридоксальфосфат) ферментов. Методами спектрального анализа показано, что во всех пиридоксалевых ферментах карбонильная группа
кофермента (-СНО) не свободна, а соединена иминной связью с ε-аминогруппой лизина белковой части фермента. В этом случае,
по представлениям А. Е. Браунштейна и Снелла, взаимодействие между субстратом, т. е. аминокислотой, и пиридоксальфосфатом
происходит не путем конденсации с выделением молекулы воды, а путем реакции замещения, при которой аминогруппа субстата вытесняет
ε-аминогруппу остатка лизина в молекуле ферментного белка, что приводит к формированию пиридоксальфосфатсубстратного
комплекса.
Роль трансаминаз (соответственно реакций трансаминирования) в обмене аминокислот. Чрезвычайно широкое распространение
трансаминаз в животных тканях, у микроорганизмов и растений, их высокая резистентность к физическим, химическим и биологическим
воздействиям (факторам), абсолютная стереохимическая специфичность по отношению к L- и D-аминокислотам, а также их высокая
каталитическая активность в процессах трансаминирования послужили предметом детального исследования роли этих ферментов в обмене
аминокислот. Выше было указано, что при физиологических значениях pH среды активность оксидазы L-аминокислот резко снижена.
Учитывая эти обстоятельства, а также высокую скорость протекания реакции трансаминирования, А. Е. Браунштейн выдвинул гипотезу о
возможности существования в животных тканях непрямого пути дезаминирования аминокислот через реакции трансаминирования, названного
им трансдезаминированием. Основой для выдвижения этой гипотезы послужили также данные Г. Эйлера о том, что в животных тканях из всех
природных аминокислот с высокой скоростью дезаминируется только L-глутаминовая кислота, катализируемое высокоактивной и специфической
глутаматдегидрогеназой.
По этой теории все или почти все природные аминокислоты сначала реагируют с а-кетоглутаровой кислотой в реакции трансаминирования
с образованием глутаминовой кислоты и соответствующей кетокислоты. Образовавшаяся глутаминовая кислота затем подвергается
непосредственному окислительному дезаминированию (см. выше) под действием глутаматдегидрогеназы. Схематический механизм
трансдезаминирования можно представить в следующем виде:
Суммарная реакция при этом сводится к следующей:
R1-CH(NH2)-СООН + НАД + Н10 —> R1—>CO-COOH + НАДН2 + NH2
Поскольку обе реакции (трансаминирование и дезаминирование глутаминовой кислоты) являются обратимыми, создаются условия для синтеза
по существу любой аминокислоты, если в организме имеются соответствующие α-кетокислоты. Известно, что организм животных и человека
не наделен способностью синтеза углеводных скелетов (α-кетокислот) так называемых незаменимых аминокислот (см. выше); этой
способностью обладают только растения и многие микроорганизмы.
Механизм, при помощи которого в живых организмах осуществляется синтез природных аминокислот из α-кетокислот и аммиака, был
назван А. Е. Браунштейном трансреаминированием. Сущность его сводится к восстановительному аминированию α-кетоглутаровой кислоты
с образованием глутаминовой кислоты (реакцию катализирует НАДФ-зависимая глутаматдегидрогеназа, работающая в режиме синтеза, и к
последующему трансаминированию глутамата с любой α-кетокислотой. В результате образуется L-аминокислота, соответствующая исходной
кетокислоте, и вновь освобождается α-кетоглутаровая кислота, которая может акцептировать новую молекулу аммиака. Схематически
роль реакций трансаминирования как в дезаминировании, так и биосинтезе аминокислот может быть представлена в следующем виде:
Видно, что трансаминазы катализируют опосредованное через глутаматдегидрогеназу как дезаминирование природных аминокислот
(стрелки вниз), так и биосинтез аминокислот (стрелки вверх).
Получены доказательства существования в организме теплокровных животных еще одного механизма непрямого дезаминирования
α-аминокислот, при котором Глу, Асп и аденозинмонофосфат (АМФ) выполняют роль системы переноса NH2-группы;
гидролитическое дезаминирование АМФ приводит к образованию инозинмонофосфаа (ИМФ) и аммиака.
Возможно, что в аналогичной системе в качестве промежуточного переносчика NH2-группы участвует вместо АМФ (и ИМФ) НАД
(и дезамидо-НАД).
Клиническое значение определения активности трансаминаз. Ввиду широкого распространения и высокой активности трансаминаз
в органах и тканях человка, а также сравнительно низких величин активности этих ферментов в крови были предприняты попытки
определения уровня ряда трансаминаз в сыворотке крови человека при органических и функциональных поражениях разных органов.
Для клинических целей наибольшее значение имеют две трансаминазы — аспартатаминотрансфераза и аланинаминотрансфераза, катализирующие
соответственно следующие обратимые реакции:
Аспартат + α-Кетоглутарат ЩУК + Глутамат
Аланин + α-Кетоглутарат ПВ + Глутамат
Табл. 38 дает представление об уровнях аспартат- и аланин-аминотрансфераз в сыворотке крови и некоторых других тканях здорового
взрослого человека.
| Таблица 38. Активность трансаминаз в органах и тканях здорового человека в условных единицах Боданского | ||
| Объект исследования | Активность, уcл. ед. | |
| аспартатамино- трансфераза | аланинамино- транcфераза | |
| Сердечная мышца | 150 000 | 7 000 |
| Печень | 140 000 | 44 000 |
| Скелетные мышцы | 100 000 | 5 000 |
| Почки | 90 000 | 12 000 |
| Поджелудочная железа | 30 000 | 20 000 |
| Сыворотка крови | 5-40 (20) | 4-35 (15) |
Видно, что в сыворотке крови здоровых людей активность этих трансаминаз в среднем составляет 15 и 20 единиц по сравнению с десятками
и сотнями тысяч единиц в других органах и тканях. Поэтому органические поражения при острых и хронических заболеваниях, сопровождающихся
деструкцией клеток, приводят к выходу трансаминаз из очага поражения в кровь.
Так, при инфаркте миокарда уровень аспартатаминотрансферазы сыворотки крови уже через 3-5 ч после наступления инфаркта резко
повышается, достигая 300-500 единиц. Максимум активности обеих трансаминаз крови приходится на конец первых суток, а уже через 2-3 дня
при благоприятном исходе болезни уровень сывороточных трансаминаз возвращается к норме. Напротив, при затяжном процессе или при
наступлении повторного инфаркта миокарда наблюдается новый пик повышения активности этих ферментов в крови. Этим объясняется тот факт,
что в клинике трансаминазный тест используется не только для постановки диагноза заболевания, но и для прогноза и проверки эффективности
метода лечения.
При гепатитах также наблюдается гипертрансаминаземия (за счет преимущественного повышения уровня аланинаминотрансферазы, см.
табл. 38), но она имеет только более умеренный и затяжной характер, и повышение активности ферментов осуществляется медленно. При
различного рода коронарной недостаточности (стенокардия, пороки сердца и др., кроме инфаркта миокарда) гипертрансаминаземия или не
наблюдается или она имеет умеренный характер. Определение трансаминаз сыворотки крови при заболеваниях сердца следует отнести
к дифференциально-диагностическим лабораторным тестам.
В настоящее время с диагностической целью в клинике внутренних болезней широко
используются наборы химических реактивов для быстрого (экспрессного) определения активности трансаминаз, креатинкиназы и
лактатдегидрогеназы.
Гипертрансаминаземия может иметь место при заболеваниях других органов (печени, почек, поджелудочной железы, скелетной мускулатуры) и
при острых отравлениях (например, четыреххлористым углеродом). Для некоторых болезней печени наиболее характерным является более резкое
повышение, уровня аланинаминотрансферазы, в связи с чем значительно снижается величина коэффициента К, отражающего отношение аспартат-
к уровню аланинаминотрансферазы. У здоровых людей К равен 1,33±0,42, а у больных вирусным гепатитом К составляет примерно 0,65.
Показано также, что при вирусных гепатитах существует прямая зависимость между тяжестью заболевания, распространенностью патологического
процесса и гипертрансаминаземией. Другие заболевания печени (холангиты, холециститы, механическая желтуха и , др.) обычно не
сопровождаются гипертрансаминаземией. Учитывая эти данные, трансаминазный тест рассматривают как вспомогательный диагностический тест
при острых инфекционных поражениях печени.
Укажем также, что опухоли печени или метастазы опухолей, органов в печень характеризуются умеренным повышением трансаминазной активности
сыворотки крови. Однако этот тест не является абсолютно специфичным для опухолей, поскольку при циррозах печени наблюдается аналогичная
гипертрансаминаземия. Повышение уровня трансаминаз сыворотки крови отмечено, кроме того, при некоторых заболеваниях мышц, в частности
при обширных травмах, гангрене конечностей, прогрессивной мышечной дистрофии и т. д.
Интересно, что инфаркт легкого и кровоизлияния в мозг не сопровождаются повышением уровня трансаминаз в крови. Ряд исследователей
на основании этих данных склонны рассматривать определение аспартатаминотрансферазы сыворотки крови в качестве основного теста при
проведении дифференциального диагноза между инфарктом миокарда и инфарктом легких. Таким образом, трансаминазный тест сыворотки крови,
несомненно, является весьма перспективным лабораторным методом, оказывая врачу большую помощь при постановке диагноза болезней сердца,
печени, скелетной мускулатуры и других органов.
Возврат к исходному тексту
Виртуальные консультации
На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить
поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и
поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании
полученных фактов.
Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся!
Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.
Подробнее см. Правила форума
Последние сообщения
Реальные консультации
Реальный консультативный прием ограничен.
Ранее обращавшиеся пациенты могут найти меня по известным им реквизитам.
Заметки на полях
Нажми на картинку —
узнай подробности!
Новости сайта
Ссылки на внешние страницы
20.05.12
Уважаемые пользователи!
Просьба сообщать о неработающих ссылках на внешние страницы, включая ссылки, не выводящие прямо на нужный материал,
запрашивающие оплату, требующие личные данные и т.д. Для оперативности вы можете сделать это через форму отзыва, размещенную на каждой странице.
Ссылки будут заменены на рабочие или удалены.
Тема от 05.09.08 актуальна!
Остался неоцифрованным 3-й том МКБ. Желающие оказать помощь могут заявить об этом на
нашем форуме
05.09.08
В настоящее время на сайте готовится полная
HTML-версия МКБ-10 — Международной классификации болезней, 10-я редакция.
Желающие принять участие могут заявить об этом на нашем форуме
25.04.08
Уведомления об изменениях на сайте можно получить через
раздел форума «Компас здоровья» — Библиотека сайта «Островок здоровья»
Источник
РАЗДЕЛ 9. ОБМЕН И ФУНКЦИИ АМИНОКИСЛОТ
IV. Катаболизм аминокислот
Аминокислоты, образующиеся при переваривании белков и поступающие в клетки тканей, подвергаются катаболизму и анаболизму, а также специфическим реакциям, в результате которых синтезируются биологически активные соединения.
Катаболизм большинства аминокислот начинается с отщепления α-аминогруппы. Аминокислота теряет аминогруппу в результате двух типов реакций: трансаминирования и дезаминирования.
А. Трансаминирование
Трансаминирование — реакция переноса α-аминогруппы с аминокислоты на α-кетокислоту, в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Константа равновесия для большинства таких реакций близка к единице (Кр ~ 1,0), поэтому процесс трансаминирования легко обратим (см. схему А).
Реакции катализируют ферменты аминотрансферазы, коферментом которых служит пиридоксальфосфат (ПФ) — производное витамина В6 (пиридоксина, см. раздел 3) (см. схему Б).
Аминотрансферазы обнаружены как в цитоплазме, так и в митохондриях клеток эукариот. Причём митохондриальные и цитоплазматические формы ферментов различаются по физикохимическим свойствам. В клетках человека найдено более 10 аминотрансфераз, отличающихся по субстратной специфичности. Вступать в реакции трансаминирования могут почти все аминокислоты, за исключением лизина, треонина и пролина.
1. Механизм реакции
Аминотрансферазы — классический пример ферментов, катализирующих реакции, протекающие по механизму типа «пинг-понг» (см. раздел 2). В таких реакциях первый продукт должен уйти из активного центра фермента до того, как второй субстрат сможет к нему присоединиться.
Активная форма аминотрансфераз образуется в результате присоединения пиридоксальфосфата к аминогруппе лизина прочной альдиминной связью (рис. 9-6). Лизин в положении 258 входит в состав активного центра фермента. Кроме того, между ферментом и пиридоксальфосфатом образуются ионные связи с участием заряженных атомов фосфатного остатка и азота в пиридиновом кольце кофермента.
Рис. 9-6. Присоединение пиридоксальфосфата к активному центру аминотрансферазы. Цифрой «1» обозначена альдиминная связь.
Пиридоксальфосфат в данном случае служит переносчиком аминогрупп. При этом наиболее важную роль играет его альдегидная группа, которая может обратимо присоединять различные амины с образованием шиффовых оснований. Реакции трансаминирования проходят в 2 стадии, во время которых пиридоксальфосфат претерпевает обратимые превращения между свободной альдегидной формой (ПФ) и аминированной формой (пиридоксаминфосфат). Последовательность реакций трансаминирования представлена ниже.
• На первой стадии к пиридоксальфосфату в активном центре фермента с помощью альдиминной связи присоединяется аминогруппа от первого субстрата — аминокислоты. Образуются комплекс фермент-пиридоксаминфосфат и кетокислота — первый продукт реакции. Этот процесс включает промежуточное образование 2 шиффовых оснований.
• На второй стадии комплекс фермент-пиридоксаминфосфат соединяется с кетокислотой (вторым субстратом) и снова через промежуточное образование 2 шиффовых оснований передаёт аминогруппу на кетокислоту. В результате фермент возвращается в свою нативную форму, и образуется новая аминокислота — второй продукт реакции. Если альдегидная группа пиридоксальфосфата не занята аминогруппой субстрата, то она образует шиффово основание (альдимин) с ε-аминогруппой радикала лизина в активном центре фермента (см. схему).
2. Органоспецифичные аминотрансферазы АЛТ и АСТ
Чаще всего в реакциях трансаминирования участвуют аминокислоты, содержание которых в тканях значительно выше остальных — глутамат, аланин, аспартат и соответствующие им кетокислоты — α-кетоглутарат, пируват и оксалоацетат. Основным донором аминогруппы служит глутамат.
Суммарно эти реакции можно представить в виде схемы:
Акцептором аминогруппы любой аминокислоты, подвергающейся трансаминированию (аминокислота 1), служит α-кетоглутарат. Принимая аминогруппу, он превращается в глутамат, который способен передавать эту группу любой α-кетокислоте с образованием другой аминокислоты (аминокислота 2).
Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 разных аминотрансфераз. Наиболее распространёнными ферментами в большинстве тканей млекопитающих являются аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции — глутамат-пируватами- нотрансфераза (ГПТ) и аспартатаминотрансфераза (ACT), по обратной реакции — глутамат- оксалоацетатаминотрансфераза (ГОТ).
АЛТ (АлАТ) катализирует реакцию транса- минирования между аланином и α-кетоглутаратом (см. схему А).
Локализован этот фермент в цитозоле клеток многих органов, но наибольшее его количество обнаружено в клетках печени и сердечной мышцы.
ACT (АсАТ) катализирует реакцию трансаминирования между аспартатом и α-кетоглутаратом аналогично предыдущей (см. схему Б).
Схема А, Б
В результате образуются оксалоацетат и глутамат. ACT имеет как цитоплазматическую, так и митохондриальную формы. Наибольшее его количество обнаружено в клетках сердечной мышцы и печени.
Так как наибольшее количество АЛТ и ACT сосредоточено в печени и миокарде, а содержание в крови очень низкое, можно говорить об органоспецифичности этих ферментов.
В результате работы аминотрансфераз аминный азот многих аминокислот переходит в состав глутамата. Есть основания считать, что накопление аминогрупп в форме глутаминовой кислоты происходит в цитозоле. Затем глутамат с помощью транслоказ попадает в митохондрии, где активна специфическая ACT. В результате действия этого фермента глутамат снова превращается в α-кетоглутарат. Последний используется для непрямого дезаминирования аминокислот, содержащихся в митохондриях. Это очень важно, так, как только глутамат в тканях млекопитающих наиболее быстро может подвергаться окислительному дезаминированию (см. ниже).
3. Биологическое значение трансаминирования
Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот. Поскольку этот процесс обратим, ферменты аминотрансферазы функционируют как в процессах катаболизма, так и биосинтеза аминокислот. Трансаминирование — заключительный этап синтеза заменимых аминокислот из соответствующих α-кетокислот, если они в данный момент необходимы клеткам. В результате происходит перераспределение аминного азота в тканях организма. Трансаминирование — первая стадия дезаминирования большинства аминокислот, т. е. начальный этап их катаболизма. Образующиеся при этом кетокислоты окисляются в ЦТК или используются для синтеза глюкозы и кетоновых тел. При трансаминировании общее количество аминокислот в клетке не меняется.
4. Диагностическое значение определения аминотрансфераз в клинической практике
В клинической практике широко используют определение активности ACT и АЛТ в сыворотке крови для диагностики некоторых заболеваний.
В норме в крови активность этих ферментов очень мала и составляет 5 — 40 Е/л. При повреждении клеток соответствующего органа ферменты выходят в кровь, где активность их резко повышается. Поскольку ACT и АЛТ наиболее активны в клетках печени, сердца и, в меньшей степени, скелетных мышц, их используют для диагностики болезней этих органов (см. раздел 2). В клетках сердечной мышцы количество ACT значительно превышает количество АЛТ, а в печени — наоборот. Поэтому особенно информативно одновременное измерение активности обоих ферментов в сыворотке крови. Соотношение активностей АСТ/АЛТ называют «коэффициент де Ритиса». В норме этот коэффициент равен 1,33 ± 0,42. При инфаркте миокарда активность ACT в крови увеличивается в 8 — 10 раз, а АЛТ — в 1,5 — 2,0 раза. Наиболее резко активность ACTувеличивается при некрозе ткани, так как выходит в кровь и цитоплазматическая и митохондриальная формы фермента. При инфаркте миокарда значение коэффициента де Ритиса резко возрастает.
При гепатитах активность АЛТ в сыворотке крови увеличивается в ≈8 — 10 раз по сравнению с нормой, a ACT — в 2-4 раза. Коэффициент де Ритиса снижается до 0,6. Однако при циррозе печени этот коэффициент увеличивается, что свидетельствует о некрозе клеток, при котором в кровь выходят обе формы ACT.
Б. Дезаминирование аминокислот
Дезаминирование аминокислот — реакция отщепления α-аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется соответствующая α-кетокислота (безазотистый остаток) и выделяется молекула аммиака. Дальнейшие превращения продуктов дезаминирования аминокислот представлены на рис. 9-7.
Рис. 9-7. Судьба продуктов дезаминирования аминокислот.
Аммиак токсичен для ЦНС, поэтому в организме человека и млекопитающих он превращается в нетоксичное хорошо растворимое соединение — мочевину. В виде мочевины, а также в виде солей аммония аммиак выводится из организма. Безазотистый остаток используется для образования аминокислот в реакциях трансаминирования, в процессах глюконеогенеза, кетогенеза, в анаплеротических реакциях для восполнения убыли метаболитов ОПК, в реакциях окисления до СO2 и Н2O.
Существует несколько способов дезаминирования аминокислот:
• окислительное;
• непрямое (трансдезаминирование);
• неокислительное;
• внутримолекулярное.
1. Окислительное дезаминирование
Наиболее активно в тканях происходит дезаминирование глутаминовой кислоты. Реакцию катализирует фермент глутаматдегидрогеназа, коферментом глутаматдегидрогеназы является NАD+. Реакция идёт в 2 этапа. Вначале происходит ферментативное дегидрирование глутамата и образование α-иминоглутарата, затем — неферментативное гидролитическое отщепление иминогруппы в виде аммиака, в результате чего образуется α-кетоглутарат (см. схему ниже).
Окислительное дезаминирование глутамата — обратимая реакция и при повышении концентрации аммиака в клетке может протекать в обратном направлении, как восстановительное аминирование α-кетоглутарата.
Глутаматдегидрогеназа очень активна в митохондриях клеток практически всех органов, кроме мышц. Этот фермент — олигомер, состоящий из 6 субъединиц (молекулярная масса 312 кД). Глутаматдегидрогеназа играет важную роль, так как является регуляторным ферментом аминокислотного обмена. Аллостерические ингибиторы глутаматдегидрогеназы (АТФ, ГТФ, NADH) вызывают диссоциацию фермента и потерю глутаматдегидрогеназной активности. Высокие концентрации АДФ активируют фермент. Таким образом, низкий энергетический уровень в клетках стимулирует разрушение аминокислот и образование α-кетоглутарата, поступающего в ЦТК как энергетический субстрат. Глутаматдегидрогеназа может индуцироваться стероидными гормонами (кортизолом).
Оксидаза L-аминокислот
В печени и почках обнаружен фермент оксидаза L-аминокислот, способный дезаминировать некоторые L-аминокислоты (см. схему в конце стр.).
Коферментом в данной реакции выступает FМN. Однако вклад оксидазы L-аминокислот в дезаминирование, очевидно, незначителен, так как оптимум её действия лежит в щелочной среде (pH 10,0). В клетках, где pH среды близок к нейтральному, активность фермента очень низка.
Оксидаза D-аминокислот также обнаружена в почках и печени. Это FАD-зависимый фермент. Оптимум pH этой оксидазы лежит в нейтральной среде, поэтому фермент более активен, чем оксидаза L-аминокислот. Роль оксидазы D-аминокислот невелика, так как количество D-изомеров в организме крайне мало, потому что в белки пищи и белки тканей человека и животных входят только природные L-аминокислоты. Вероятно, оксидаза D-аминокислот способствует их превращению в соответствующие L-изомеры (рис. 9-8).
Рис. 9-8. Биологическая роль оксидазы D-аминокислот.
2. Непрямое дезаминирование (трансдезаминирование)
Большинство аминокислот не способно дезаминироваться в одну стадию, подобно Глу. Аминогруппы таких аминокислот в результате трансаминирования переносятся на α-кетоглутарат с образованием глутаминовой кислоты, которая затем подвергается прямому окислительному дезаминированию. Такой механизм дезаминирования аминокислот в 2 стадии получил название трансдезаминирования, или непрямого дезаминирования:
Непрямое дезаминирование аминокислот происходит при участии 2 ферментов: амино-трансферазы (кофермент ПФ) и глутаматдегидрогеназы (кофермент NАD+).
Значение этих реакций в обмене аминокислот очень велико, так как непрямое дезаминирование — основной способ дезаминирования большинства аминокислот. Обе стадии непрямого дезаминирования обратимы (рис. 9-9), что обеспечивает как катаболизм аминокислот (рис. 9-9, А), так и возможность образования практически любой аминокислоты из соответствующей α-кетокислоты (рис. 9-9, Б).
Рис. 9-9. Биологическая роль непрямого дезаминирования. А — при катаболизме почти все природные аминокислоты сначала передают аминогруппу на α-кетоглутарат в реакции трансаминирования с образованием глутамата и соответствующей кетокислоты. Затем глутамат подвергается прямому окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, в результате чего получаются α-кетоглутарат и аммиак; Б — при необходимости синтеза аминокислот и наличии необходимых α-кетокислот обе стадии непрямого дезаминирования протекают в обратном направлении. В результате восстановительного аминирования α-кетоглутарата образуется глутамат, который вступает в трансаминирование с соответствующей α-кетокислотой, что приводит к синтезу новой аминокислоты.
В мышечной ткани активность глутаматдегидрогеназы низка, поэтому в этих клетках при интенсивной физической нагрузке функционирует ещё один путь непрямого дезаминирования с участием цикла ИМФ-АМФ. Вначале происходит перенос аминогруппы аминокислот на аспартат, затем на инозиновую кислоту (ИМФ) и в завершение — дезаминирование АМФ. Представленная схема отражает последовательность реакций непрямого неокислительного дезаминирования:
Можно выделить 4 стадии процесса:
• трансаминирование с α-кетоглутаратом, образование глутамата;
• трансаминирование глутамата с оксалоацетатом (фермент ACT), образование аспартата;
• реакция переноса аминогруппы от аспартата на ИМФ (инозинмонофосфат), образование АМФ и фумарата;
• гидролитическое дезаминирование АМФ.
Перенос аминогруппы от аспартата и синтез АМФ происходят следующим образом (см. схему А).
Реакция дезаминирования адениловой кислоты происходит под действием фермента АМФ дезаминазы (см. схему Б).
Схема А
Схема Б
Этот путь дезаминирования преобладает в мышцах при интенсивной работе, в результате которой накапливается молочная кислота. Выделяющийся аммиак предотвращает закисление среды в клетках, вызванное образованием лактата.
3. Неокислительное дезаминирование
В печени человека присутствуют специфические ферменты, катализирующие реакции дезаминирования аминокислот серина, треонина и гистидина неокислительным путём.
Неокислительное дезаминирование серина катализирует сериндегидратаза (см. схему А).
Реакция начинается с отщепления молекулы воды и образования метиленовой группы, затем происходит неферментативная перестройка молекулы, в результате которой образуется иминогруппа, слабо связанная с α-углеродным атомом. Далее в результате неферментативного гидролиза отщепляется молекула аммиака и образуется пируват.
Неокислительное дезаминирование треонина катализирует фермент треониндегидратаза. Механизм реакции аналогичен дезаминированию серина (см. схему Б на с. 477).
Эти ферменты пиридоксальфосфатзависимые.
Неокислительное дезаминирование гистидина под действием фермента гистидазы (гистидин- аммиаклиазы) является внутримолекулярным, так как образование молекулы аммиака происходит из атомов самой аминокислоты без участия молекулы воды. Эта реакция происходит только в печени и коже (см. схему В).
Такие заболевания, как цистинурия, болезнь Хартнапа и некоторые другие, возникают вследствие дефекта переносчиков нейтральных аминокислот в кишечнике и почках. Описана врождённая патология, связанная с дефектом фермента 5-оксопролиназы (рис. 9-5, реакция 4). При этом с мочой выделяется оксопролин. У этих больных нарушены транспорт аминокислот в ткани и их метаболизм в клетках.
Источник