Обмін дикарбонових амінокислот.

Классическими работами советских ученых А. Е. Браунштейна и С. Р. Мардашева и американского биохимика Майстера доказана выдающаяся роль дикарбоновых аминокислот (глутаминовой и аспарагиновой кислоты 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 (см. ниже). Выше было указано на особую роль дикарбоновых аминокислот и ферментов, катализирующих их превращения, в перераспределении азота в организме, в дезаминировании и синтезе природных аминокислот (реакции трансдезаминирования и трансреаминирования) и в образовании конечных продуктов белкового обмена - синтезе мочевины. Аспарагиновая кислота принимает непосредственное участие в орнитиновом цикле мочевинообразования, в реакции трансаминирования, в биосинтезе углеводов (глюкогенная аминокислота), карнозина и ансерина, пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов (см. Обмен нуклеиновых кислот), а также в синтезе N-ацетиласпарагиновой кислоты в ткани мозга. Роль N-ацетил-аспартата, содержащегося в довольно высоких концентрациях в ткани мозга млекопитающих, пока не выяснена. Глутаминовая кислота, являющаяся глюкогенной и, соответственно, заменимой аминокислотой для человека и животных, также включается в синтез ряда специфических метаболитов, в частности глутатиона и глутамина. Помимо своей роли в связывании и транспорте аммиака, участвуя тем самым в обезвреживании аммиака и в регуляции кислотно-щелочного состояния, глутамин выполняет уникальные функции в ряде синтезов, в частности в биосинтезе пуриновых и пиримидиновых нуклеотидов, аминосахаров, в обезвреживании фенилуксусной кислоты (синтез фенилацетилглутамина) у человека и человекообразных обезьян, а также в синтезе витамина фолиевой кислоты (птероилглутаминовая кислота). На схеме суммированы реакции синтеза ряда веществ, в которых амидный азот глутамина выполняет специфическую роль, незаменимую азотом других аминокислот. Глутамин, как и аспарагин, оказались, кроме того, эссенциальными факторами для роста некоторых нормальных и опухолевых клеток в культуре ткани; глутамин и аспарагин не могли быть заменены ни друг другом, ни соответствующими дикарбоновыми аминокислотами. Это свидетельствует о том, что в условиях выращивания клеток в культуре ткани теряется способность клеток синтезировать эти амиды синтетазным или трансаминазным путем. Для глутамина (обнаруженного впервые в животных тканях Д. Л. Фердманом) и аспарагина (открытого в белках тканей животных С.Р. Мардашевым) были уже известны пути синтеза в растениях благодаря классическим исследованиям Д.Н. Прянишникова. Однако ферментные системы, катализирующие синтез этих амидов, были выделены из животных тканей и механизм их образования детально рассмотрен выше. Здесь же укажем, что глутамин и аспарагин в животных тканях подвергаются сочетанному трансаминированию и дезаминированию под влиянием специфических трансаминаз амидов (глутаминтрансаминазы и аспарагин-трансаминазы) и неспецифеской ω-амидазы (Майстер).Видно, что в реакции переноса участвует α-аминогруппа аспарагина (а не амидная группа, как предполагалось раньше), в то время как амидная группа промежуточного соединения α-кетосукцинамовой кислоты освобождается в процессе гидролиза в виде аммиака. Поскольку трансаминирование - обратимый процесс, лимитирующими в синтезе аспарагина (и глутамина) факторами являются ω-амиды щавелевоуксусной и α-кетоглутаровой кислот, синтез которых в животных тканях не доказан. Глутаминовая кислота является одним из немногих соединений в дополнение к глюкозе, которые служат энергетическим материалом для ткани мозга. Выше было указано на высокую активность в ткани мозга глутаматдекарбоксилазы, которая превращает глутамат в γ-аминомасляную кислоту (ГАМК). Дальнейшее окисление ее включает трансаминирование с образованием полуальдегида янтарной кислоты, окисление в янтарную кислоту и, наконец, окисление через ЦТК.

В обеих реакциях (декарбоксилировании глутамата и трансаминировании ГАМК) участвует пиридоксальфосфат, который оказался более прочно связанным с ГАМК-трансаминазой. Поскольку ГАМК оказывает тормозящий эффект на синаптическую передачу в ЦНС, 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 гидразида, который связывает альдегидную группу кофермента, или антивитаминов В₆, в частности метоксипиридоксина. Так как ГАМК служит естественно встречающимся "транквилизатором", одним из путей повышения ее концентрации в ЦНС является введение веществ, оказывающих тормозящее действие на ГАМК-трансаминазу, которая устраняет ГАМК эффективно. В последние годы у бактерий и растений (но не в животных тканях) открыт совершенно новый путь синтеза глутаминовой кислоты из α-кетоглутаровой кислоты и глутамина, который является донатором аминогруппй. Реакцию катализирует глутаматсинтаза, требующая доставки энергии АТФ. Предполагается, что при синтезе глутаминовой кислоты главным является этот путь, а не путь синтеза через глутаматдегидрогеназу. В свете этих данных, очевидно, следует внести некоторые коррективы в наши представления о механизме синтеза аминокислот посредством трансреаминирования. С глутаминовой кислотой метаболически связаны также пролин и аргинин через полуальдегид глутаминовой кислоты, хотя следует указать, что аргинин относится к незаменимым аминокислотам, в особенности в молодом возрасте, когда его синтез из глутамата не может обеспечить потребности быстрого роста организма. Кроме того, основным путем метаболизма аргинина является путь синтеза мочевины. Более специфичен и необратим путь превращения гистидина (также частично заменимая для животных аминокислота) в глутаминовую кислоту. В этом превращении участвуют два хорошо изученных фермента - гистидинаммиаклиаза (гистидаза), катализирующая внутримолекулярное дезаминирование гистидина, и уроканиназа, которая катализирует разрыв имизадольного кольца уроканиновой кислоты с образованием имидазолилпропионовой кислоты; последняя через формиминоглутаминовую кислоту превращается в глутаминовую кислоту. О других путях гистидина (образование гистамина и окисление его под действием диаминоксидазы) и об использовании гистамина в синтезе карнозина и ансерина было сказано выше.

Мы поможем в написании ваших работ!