Обмен безазотистого остатка аминокислот

Основные пути использования безазотистого остатка

После того как аминокислота теряет свою аминогруппу, оставшаяся углеродная часть ($\alpha$-кетокислота) вовлекается в различные метаболические процессы. Существует пять главных направлений ее использования:

1. Энергетическая функция. Окисление углеродного скелета до углекислого газа ($CO_2$) и воды ($H_2O$) с выделением энергии.
2. Синтез заменимых аминокислот. Безазотистый остаток может вновь получить аминогруппу в ходе реакций трансаминирования, превращаясь в другую аминокислоту.
3. Анаплеротические реакции. Углеродные скелеты используются для восполнения пула метаболитов общего пути катаболизма (в частности, цикла Кребса) или для создания иных важных соединений.
4. Глюконеогенез. Процесс образования молекул глюкозы из неуглеводных предшественников.
5. Кетогенез. Синтез кетоновых тел.

Конечные продукты катаболизма и гликогенные аминокислоты

Независимо от сложности строения, катаболизм углеродного скелета любой аминокислоты в конечном итоге сводится к образованию всего шести базовых соединений. Все они являются участниками общего пути катаболизма или цикла трикарбоновых кислот (ЦТК):

• Пируват;
• Ацетил-КоА;
• $\alpha$-кетоглутарат;
• Сукцинил-КоА;
• Фумарат;
• Оксалоацетат.

Особую группу составляют гликогенные аминокислоты. К ним относятся те молекулы, безазотистый остаток которых в процессе распада превращается в пируват или промежуточные звенья ЦТК (такие как $\alpha$-кетоглутарат, сукцинил-КоА и фумарат). В конечном счете все эти метаболиты трансформируются в оксалоацетат, который является прямым субстратом для глюконеогенеза (синтеза глюкозы).

Синтез заменимых аминокислот путем трансаминирования

Углеродный каркас для восьми заменимых аминокислот (аланина, аспартата, аспарагина, серина, глицина, пролина, глутамата, глутамина) и цистеина может быть полностью построен на основе глюкозы. Центральным механизмом здесь выступает реакция трансаминирования — перенос $\alpha$-аминогруппы на $\alpha$-кетокислоту.

Универсальным донором аминогруппы в этих реакциях является глутамат. Процесс катализируется ферментами аминотрансферазами (трансаминазами), для работы которых обязательно требуется кофермент пиридоксальфосфат (активная форма витамина $B_6$).

• Образование аланина происходит из пирувата при участии фермента аланинаминотрансферазы (АЛТ). Пируват принимает аминогруппу от глутамата.
• Образование аспартата идет из оксалоацетата под действием аспартатаминотрансферазы (АСТ).
• Образование самого глутамата осуществляется путем переноса аминогруппы на $\alpha$-кетоглутарат.

Эти реакции обратимы, что позволяет организму гибко перераспределять азот в зависимости от текущей диеты (например, при вегетарианском питании, богатом углеводами и глутаматом).

Специфические пути образования отдельных аминокислот

Помимо прямого трансаминирования, существуют и другие механизмы формирования аминокислот:

• Реакции амидирования. Глутамин и аспарагин образуются из глутамата и аспартата соответственно. Этот процесс требует затрат энергии (гидролиза АТФ). При синтезе глутамина фермент глутаминсинтетаза присоединяет свободный аммиак. При образовании аспарагина донором амидной группы выступает сам глутамин.
• Синтез из промежуточных продуктов гликолиза. Предшественником серина является 3-фосфоглицерат. В свою очередь, серин служит субстратом для образования глицина (реакция требует кофермента тетрагидрофолата) и отдает свой углеродный скелет для синтеза цистеина.
• Условно заменимые аминокислоты. Тирозин и цистеин требуют для своего создания присутствия незаменимых аминокислот. Тирозин синтезируется путем гидроксилирования фенилаланина, а для образования цистеина необходим метионин, выступающий в роли донора атома серы.
• Частично заменимые аминокислоты. Аргинин и гистидин образуются в организме, но в количествах, недостаточных для покрытия всех потребностей (особенно у детей). Аргинин синтезируется как промежуточный продукт орнитинового цикла, а гистидин — из рибозы и АТФ.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизм реакции трансаминирования и роль витамина B6
• Связь обмена серина, глицина и фолиевой кислоты
• Орнитиновый цикл и образование аргинина
• Затраты энергии в реакциях амидирования (глутаминсинтетаза)
• Специфичность ферментов АЛТ и АСТ в клинической диагностике

Другие темы раздела «Обмен аминокислот»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.