Обмен фенилаланина и тирозина

Основной путь: превращение в тирозин

До 80% пищевого фенилаланина, не израсходованного на построение тканевых белков, подвергается гидроксилированию.

• Субстраты: Фенилаланин, кислород ($O_2$) и кофермент тетрагидробиоптерин ($H_4БП$).
• Фермент: Фенилаланингидроксилаза (монооксигеназа), требующая ионов железа ($Fe^{2+}$).
• Продукты: Тирозин, вода и дигидробиоптерин ($H_2БП$).

Образовавшийся тирозин является условно заменимой аминокислотой, так как животные клетки не могут самостоятельно синтезировать ароматическое кольцо. В ходе реакции кофермент окисляется до $H_2БП$, и для его восстановления необходим фермент дигидробиоптеринредуктаза, использующий $NADPH+H^+$.

Основные пути использования тирозина

Дальнейшая судьба тирозина зависит от типа ткани, в которой он оказался:

1. В печени (энергетический обмен). Тирозин теряет аминогруппу (фермент тирозинаминотрансфераза + витамин $B_6$), превращаясь в п-гидроксифенилпируват. После ряда сложных реакций, включающих разрыв ароматического кольца диоксигеназами, образуются фумарат (идет в цикл Кребса или на синтез глюкозы) и ацетоацетат (кетоновое тело).
2. В меланоцитах (пигментация). С участием фермента тирозиназы и ионов меди ($Cu^+$) тирозин окисляется до ДОФА, а затем превращается в пигменты меланины.
3. В щитовидной железе. Служит предшественником тиреоидных гормонов — йодтиронинов.
4. В нервной ткани и надпочечниках. Используется для синтеза катехоламинов.

Синтез катехоламинов

Синтез протекает в нервных окончаниях и мозговом веществе надпочечников.

Лимитирующей стадией является первая реакция — образование ДОФА из тирозина. Ее катализирует тирозингидроксилаза, которая жестко регулируется: тормозится конечным продуктом (норадреналином) и активируется фосфорилированием (цАМФ-зависимой протеинкиназой) или кортизолом.

Этапы синтеза:

1. Тирозин → ДОФА. Фермент: тирозингидроксилаза ($H_4БП$, $O_2$, $Fe^{2+}$).
2. ДОФА → Дофамин. Фермент: ДОФА-декарбоксилаза (кофактор — пиридоксальфосфат). Происходит выделение $CO_2$.
3. Дофамин → Норадреналин. Фермент: дофамингидроксилаза (кофакторы — витамин С, медь, $O_2$).
4. Норадреналин → Адреналин. Фермент: метилтрансфераза. Донором метильной группы выступает S-аденозилметионин (SAM).

Наследственные энзимопатии

Нарушения в обмене этих аминокислот приводят к тяжелым заболеваниям:

• Фенилкетонурия (ФКУ). Возникает при дефекте фенилаланингидроксилазы (классическая форма) или нарушении обмена $H_4БП$ (вариантная). Фенилаланин направляется по альтернативному пути с образованием токсичных фенилпирувата и фениллактата. Это вызывает поражение мозга и судороги.
• Алкаптонурия. Поломка диоксигеназы гомогентизиновой кислоты. Проявляется потемнением мочи на воздухе и отложением пигмента в хрящах (охроноз).
• Тирозиноз (Тирозинемия I типа). Дефект фумарилацетоацетатгидролазы, ведущий к тяжелому поражению печени и почек.
• Альбинизм. Блокада тирозиназы в меланоцитах, из-за чего кожа, волосы и радужка лишены пигмента меланина.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизмы регенерации тетрагидробиоптерина дигидробиоптеринредуктазой
• Специфичность ферментов-диоксигеназ при расщеплении ароматических колец
• Альтернативные пути метаболизма при классической фенилкетонурии
• Роль S-аденозилметионина в метилировании норадреналина
• Аллостерическая и ковалентная регуляция тирозингидроксилазы

Другие темы раздела «Обмен аминокислот»

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