Обмен дикарбоновых аминокислот

Доклад  на тему:

«Обмен  дикарбоновых аминокислот» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнил: студент группы 1001

Левинтас  Станислав Павлович 

Проверил: профессор, доктор медицинских наук

Канская Наталья Викторовна 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

г. Томск 2011

Введение.

   Двухосновные карбоновые кислоты (или дикарбоновые кислоты) — это карбоновые кислоты, содержащие две карбоксильные группы —COOH, с общей формулой

HOOC—R—COOH, где  R — любой двухвалентный органический  радикал. В организме дикарбоновыми аминокислотами являются глютаминовая и аспарагиновая аминокислоты.

   Глутаминовая  кислота (2-аминопентандиовая кислота)  — алифатическая аминокислота. В  живых организмах глутаминовая  кислота в виде аниона глутамата  присутствуют в составе белков, ряда низкомолекулярных веществ  и в свободном виде. 1.  Глутаминовая кислота.

   Аспарагиновая  кислота (аминоянтарная кислота,  аспартат, аминобутандиовая

 кислота)  — это алифатическая аминокислота, одна из 20 протеиногенных аминокислот  организма. Встречается во всех  организмах в свободном виде  и в составе белков. 2. Аспарагиновая кислота. 
 
 

Общие функции.

     Эти  аминокислоты вступают в многочисленные  химические реакции, поэтому они  играют главную роль в обмене  аминокислот. Классическими работами советских ученых А.Е. Браунштейна и С.Р. Мардашева и американского биохимика А. Майстера доказана роль глутаминовой и аспарагиновой кислот (и их амидов – глутамина и аспарагина) в интеграции азотистого обмена в организме. Система дикарбоновых аминокислот, к которой относят также соответствующие α-кетокислоты, теснейшим образом связана не только с азотистым метаболизмом в целом, но и с обменом липидов и углеводов. Отмечают особую роль дикарбоновых аминокислот и ферментов, катализирующих их превращения, в перераспределении азота в организме, дезаминировании и синтезе природных аминокислот (реакции трансдезаминирования и трансреаминирования), в образовании конечных продуктов белкового обмена – синтезе мочевины.

   Основные  катаболические пути превращения  дикарбоновых аминокислот и их  амидов могут быть представлены в виде следующих реакций на схемах 1 и 2.

   Глутамин  и аспарагин оказались, кроме  того, эссенциальными факторами  (эссенциальные — это означает  незаменимые, наиболее существенные  элементы питания, обеспечивающие  защиту организма от факторов  риска) для роста некоторых нормальных и опухолевых клеток в культуре ткани; они не могут быть заменены ни друг другом, ни соответствующими дикарбоновыми аминокислотами. Это свидетельствует о том, что в условиях выращивания клеток в культуре ткани некоторые клетки теряют способность синтезировать эти амиды синтетазным или трансаминазным путем.

   В лаборатории  Майстера получены доказательства, что глутамин и аспарагин в  животных тканях подвергаются  сочетанному трансаминированию  и дезамидированию под влиянием  специфических трансаминаз амидов (глутаминтрансаминазы и аспарагинтрансаминазы) и неспецифической ω-амидазы (схема3). Таким образом, в реакции переноса участвует α-аминогруппа аспарагина, а не амидная группа, как предполагали раньше; в то же время амидная группа промежуточного соединения

α-кетосукцинамовой кислоты в дальнейшем освобождается  в процессе гидролиза в виде аммиака. Трансаминирование – обратимый  процесс, поэтому лимитирующими  факторами в синтезе аспарагина и глутамина являются ω-амиды  оксалоацетата и α-кетоглутаровой кислоты, синтез которых в животных тканях пока не доказан. 
 

Роль  глутаминовой кислоты.

   Глутаминовая  кислота, являющаяся гликогенной  и заменимой аминокислотой для  человека и животных, также включается  в синтез ряда специфических  метаболитов, в частности глутатиона и глутамина. Помимо участия в транспорте аммиака и регуляции кислотно-щелочного равновесия, глутамин – это незаменимый источник азота в ряде синтезов, в частности в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, амино-сахаров, в обезвреживании фенилуксусной кислоты (синтез фенилацетил-глутамина) у человека и человекообразных обезьян, а также в синтезе витамина фолиевой кислоты (птероилглутаминовая кислота).

   Глутаминовая кислота является одним из немногих соединений, помимо глюкозы, которые служат энергетическим материалом для ткани мозга. Ранее была отмечена высокая активность в ткани мозга глутаматдекарбоксилазы, катализирующей превращение глутамата в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК). Дальнейшее последовательное окисление ГАМК включает трансаминирование с образованием полуальдегида янтарной кислоты, окисление в янтарную кислоту и, наконец, окисление через ЦТК. В обеих реакциях (декарбоксилирование глутамата и трансаминирование ГАМК) участвует пиридоксальфосфат, который оказался более прочно связанным с ГАМК-трансаминазой. ГАМК оказывает тормозящий эффект на синаптическую передачу в ЦНС, поэтому судорожные явления, наблюдаемые при недостаточности витамина В6, могут быть связаны со снижением образования ГАМК в глутаматдекарбоксилазной реакции. У животных судороги могут быть вызваны также введением изониазида, который связывает альдегидную группу кофермента или антивитаминов В6 , в частности метоксипиридоксина. ГАМК – естественно встречающийся «транквилизатор», поэтому одним из путей повышения ее концентрации в ЦНС является введение веществ, оказывающих тормозящее действие на ГАМК-трансаминазу, которая эффективно устраняет ГАМК.

   С метаболизмом  глутаминовой кислоты связаны также пути обмена пролина и аргинина, хотя следует напомнить, что аргинин относится к частично незаменимым аминокислотам организма, особенно в молодом возрасте, когда его синтез из глутамата не может обеспечить потребности быстрого роста организма. Основным путем метаболизма аргинина является путь синтеза мочевины. Более специфичен и необратим путь превращения гистидина (также частично незаменимая для животных аминокислота) в глутаминовую кислоту. В этом превращении участвуют два хорошо изученных фермента – гистидинаммиаклиаза (гистидаза), катализирующая внутримолекулярное дезаминирование гистидина, и урока-ниназа, которая катализирует разрыв имидазольного кольца уроканиновой кислоты с образованием имидазолилпропионовой кислоты; последняя через формиминоглутамат превращается в глутаминовую кислоту. 
 
 
 
 
 
 
 
 

Роль  аспарагиновой кислоты.

   Аспарагиновая  кислота принимает непосредственное  участие в орнитиновом цикле  мочевинообразования, как донор NН2-группы, в реакциях трансаминирования и биосинтезе углеводов (гликогенная аминокислота), карнозина и ансерина. В синтезе пиримидиновых оснований (всей молекулой) и как донор NН2-группы – в синтезе пуриновых оснований, а также в синтезе N-ацетиласпарагиновой кислоты в ткани мозга. Роль последней, содержащейся в довольно высоких концентрациях в ткани мозга млекопитающих, пока не выяснена.

    Обе  аминокислоты участвуют в формировании  третичной и четвертичной структур  белков,  так как являются полярными  заряженными аминокислотами и  в образовании гидратной оболочки белков, а также эти аминокислоты принимают участие в формировании активных центров ферментов. Амидирование аспарагиновой и глутаминовой кислот приводит к образованию глутамина и аспарагина, необходимых для синтеза белков. 

Схема 1.

   Схема  2.

   Схема  3. 

    Схема  4. 

   Схема 5. Метаболические превращения глутамата и глутамина в тканях животных (схема по Майстеру). 1 - реакции цикла лимонной кислоты; 2 - глутаматдегидрогеназа; 3 - глутаматтрансаминаза; 4 - глутаминсинтетаза; 5 - глутаминаза; 6 - глутаминтрансаминаза; 7 - карбамоилфосфатсинте-таза (печень); 8 - ω-амидаза; 9 - γ-глутамилцистеинсинтетаза; 10 - глутатионсинтетаза; 11 - γ-глутамилтрансфераза; 12 - γ-глутамилциклотрансфераза; 13 - 5-оксопролиназа; 14 - цистеинил-глициназа; 15 - глутаматдекарбоксилаза; 16 - глутамат-N-ацетилаза; 17 - ферменты, катализирующие распад этих аминокислот; 18 - амидотрансферазы глутамина; 19 - глутамин-фенилаце-тилтрансфераза.