Αμινοξέα, πρωτεΐνες και πεπτίδιαείναι παραδείγματα των ενώσεων που περιγράφονται παρακάτω. Πολλά βιολογικά ενεργά μόρια περιλαμβάνουν αρκετές χημικά διακριτές λειτουργικές ομάδες που μπορούν να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους και το ένα με τις λειτουργικές ομάδες του άλλου.
Αμινοξέα.
Αμινοξέα- οργανικές διλειτουργικές ενώσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν μια καρβοξυλική ομάδα - UNSDκαι η αμινομάδα - NH 2 .
μερίδιο α Και β - αμινοξέα:
Βρίσκεται κυρίως στη φύση α - οξέα. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από 19 αμινοξέα και ένα ιμινοξύ ( C 5 H 9ΟΧΙ 2 ):
Το πιο απλό αμινοξέων- γλυκίνη. Τα υπόλοιπα αμινοξέα μπορούν να χωριστούν στις ακόλουθες κύριες ομάδες:
1) ομόλογα γλυκίνης - αλανίνη, βαλίνη, λευκίνη, ισολευκίνη.
Λήψη αμινοξέων.
Χημικές ιδιότητες αμινοξέων.
Αμινοξέα- πρόκειται για αμφοτερικές ενώσεις, tk. περιέχουν στη σύνθεσή τους 2 αντίθετες λειτουργικές ομάδες - μια αμινομάδα και μια ομάδα υδροξυλίου. Επομένως, αντιδρούν τόσο με οξέα όσο και με αλκάλια:
Η μετατροπή οξέος-βάσης μπορεί να αναπαρασταθεί ως:
Η πρώτη ενότητα αυτού του κεφαλαίου έχει ήδη περιγράψει την ανάγκη και τη βασική στρατηγική για την πέψη των αμινοξέων. Εξηγείται από την αδυναμία αποθήκευσης αμινοξέων για το μέλλον και την αδυναμία απομάκρυνσής τους από τα κύτταρα συνολικά. Η περίσσεια αμινοξέων χρησιμοποιείται από οργανισμούς όπως μεταβολικό καύσιμο: οι ανθρακικοί σκελετοί τους κατά τη διάρκεια αναδιατάξεων ενός συγκεκριμένου είδους μπορούν να εμπλέκονται στη βιοσύνθεση λιπαρών οξέων, γλυκόζης, σωμάτων κετονών, ισοπρενοειδών κ.λπ., και επίσης να οξειδωθούν στο TCA, παρέχοντας στο κύτταρο ενέργεια. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι πολλοί μικροοργανισμοί, ιδιαίτερα τα αερόβια βακτήρια, είναι σε θέση να χρησιμοποιούν μεμονωμένα αμινοξέα ως μοναδική πηγή ενέργειας και άνθρακα. Στους αναερόβιους μικροοργανισμούς, ελλείψει κύκλου τρικαρβοξυλικού οξέος στα κύτταρα, έχει αναπτυχθεί ένας άλλος μηχανισμός: ο καταβολισμός των αμινοξέων σε ζεύγη, όταν ένα από αυτά χρησιμεύει ως δότης ηλεκτρονίων και το δεύτερο ως δέκτης. Είναι σημαντικό ότι το ATP σχηματίζεται σε αυτή τη διαδικασία.
Εκτός από τους σκελετούς άνθρακα, η αποικοδόμηση των αμινοξέων παράγει αμινο άζωτο, το οποίο, σε αντίθεση με τον άνθρακα, δεν είναι κατάλληλο για λήψη ενέργειας μέσω οξείδωσης και επιπλέον είναι τοξικό για τα κύτταρα. Επομένως, εκείνες οι αμινομάδες που δεν μπορούν να επαναχρησιμοποιηθούν στη βιοσύνθεση μετατρέπονται σε ουρία (ή άλλες ουσίες) και απεκκρίνονται από το σώμα.
Παρακάτω θα εξετάσουμε τους κύριους τύπους αντιδράσεων στις οποίες μπορούν να εισέλθουν τα αμινοξέα: αντιδράσεις στην α-αμινο ομάδα, στην καρβοξυλομάδα και στην πλευρική αλυσίδα.
Διάσπαση αμινοξέων ανά αμινομάδα . Αυτές οι διεργασίες αντιπροσωπεύονται κυρίως από τις αντιδράσεις τρανσαμίνωσης και απαμίνωσης στην α-αμινο ομάδα. Οι αντιδράσεις τρανσαμινίωσης έχουν ήδη συζητηθεί στην ενότητα για τη βιοσύνθεση αμινοξέων. Καταλύονται από τρανσαμινάσες (αμινοτρανσφεράσες), χαρακτηριστικό των οποίων είναι η χρήση της φωσφορικής πυριδοξάλης (παράγωγο της βιταμίνης Β 6) ως προσθετική ομάδα. Η τρανσαμινάση του γλουταμικού και η τρανσαμινάση της αλανίνης έχουν τη μεγαλύτερη σημασία στις διαδικασίες αποδόμησης αμινοξέων. Αυτά τα ένζυμα λειτουργούν ως χοάνες που συλλέγουν αμινομάδες από διαφορετικά αμινοξέα και τα περιλαμβάνουν στη σύνθεση του γλουταμικού και της αλανίνης. Στα ζώα, αυτά τα δύο αμινοξέα χρησιμεύουν ως φορείς του συσσωρευμένου αμινο αζώτου από τους ιστούς στο ήπαρ. Στο ήπαρ, η αμινομάδα της αλανίνης μεταφέρεται από την τρανσαμινάση της αλανίνης σε α-κετογλουταρικό με το σχηματισμό γλουταμινικού:
Έτσι, οι περισσότερες από τις αμινομάδες των διαφόρων αμινοξέων βρίσκονται στη σύνθεση του γλουταμικού, το οποίο υποβάλλεται εύκολα σε απαμίνωση.
Οι αντιδράσεις απαμίνωσης αμινοξέων οδηγούν στην απελευθέρωση της ομάδας NH 2 ως αμμωνία και πραγματοποιούνται με τρεις διαφορετικούς τρόπους. Υπάρχουν οξειδωτική, υδρολυτική και άμεση απαμίνωση (Εικ. 16.12). Ο πιο συνηθισμένος τύπος είναι οξειδωτική απαμίνωση, η οποία πραγματοποιείται στην α-αμινο ομάδα και καταλύεται κυρίως από τη γλουταμική αφυδρογονάση, ένα ένζυμο τυπικό του ήπατος. Μια ασυνήθιστη ιδιότητα αυτού του ενζύμου είναι η ικανότητα να χρησιμοποιεί τόσο το NAD όσο και το NADP ως συνένζυμα. Η δράση της γλουταμικής αφυδρογονάσης ρυθμίζεται από αλλοστερικούς ενεργοποιητές (ADP, GDP) και αναστολείς (ATP, GTP).
Η οξειδωτική απαμίνωση λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια, παράγοντας ένα ιμινο οξύ ως ενδιάμεσο, το οποίο υδρολύεται αυθόρμητα σε κετοξύ και αμμωνία (Εικ. 16.12). Και οι δύο αντιδράσεις είναι αναστρέψιμες και οι σταθερές ισορροπίας τους είναι κοντά στη μονάδα. Νωρίτερα (Εικ. 16.3) είχε δειχθεί πώς, κατά την αντίστροφη αντίδραση, η αμμωνία περιλαμβάνεται στη σύνθεση του γλουταμινικού. Μπορεί να θεωρηθεί ότι η αντίδραση σχηματισμού και απαμίνωσης του γλουταμικού είναι η κεντρική αντίδραση στη διαδικασία του μεταβολισμού της αμμωνίας.
Σε πολλούς οργανισμούς, η οξειδωτική απαμίνωση πραγματοποιείται από αφυδρογονάσες χρησιμοποιώντας συμπαράγοντες φλαβίνης (FMN, FAD). Αυτά τα ένζυμα ονομάζονται οξειδάσες αμινοξέων. Χαρακτηρίζονται από ευρεία εξειδίκευση υποστρώματος: μερικά είναι ειδικά για τα L-αμινοξέα, άλλα για τα D-ανάλογά τους. Πιστεύεται ότι αυτά τα ένζυμα συνεισφέρουν μικρή στην ανταλλαγή αμινομάδων.
Υδρολυτική απαμίνωσηεπηρεάζονται ελάχιστα αμινοξέα, από τα πρωτεϊνογενή - η ασπαραγίνη και η γλουταμίνη. Όταν απαμινώνονται, σχηματίζονται ασπαρτικό και γλουταμινικό, αντίστοιχα. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται πιο σωστά αποαμίδωση, αφού πραγματοποιείται σε βάρος της αμιδικής ομάδας (Εικ. 16.12). Σε σπάνιες περιπτώσεις, η αμινομάδα του αμινοξέος αποκόπτεται επίσης με αυτόν τον τρόπο και στη συνέχεια σχηματίζεται αμμωνία και υδροξυοξύ.
Σαν άποτέλεσμα άμεση (ενδομοριακή) απαμίνωσηεμφανίζονται ακόρεστες ενώσεις. Η άμεση απαμίνωση συνήθως υποβάλλεται σε ιστιδίνη, καθώς και σε σερίνη. Ωστόσο, η πρωταρχική ενζυματική επίθεση της σερίνης οδηγεί στην εξάλειψη ενός μορίου νερού (το ένζυμο υδρτάση της σερίνης) και η πλευρική ομάδα υδροξυλίου της σερίνης εμπλέκεται σε αυτόν τον μετασχηματισμό. Η αυθόρμητη απαμίνωση σε αυτή την περίπτωση υφίσταται μια ασταθή ενδιάμεση ένωση - αμινοακρυλικό. Το προϊόν της καθαρής αντίδρασης είναι το πυροσταφυλικό και αυτός ο τύπος απαμίνωσης προκαλείται από μια αναδιάταξη στην πλευρική αλυσίδα αμινοξέων.
Αντιδράσεις αμινοξέων στην καρβοξυλομάδα . Οι μετασχηματισμοί στην καρβοξυλομάδα των αμινοξέων μπορούν να χρησιμοποιηθούν από οργανισμούς για την αποικοδόμηση αυτών των μορίων, καθώς και για τη μετατροπή τους σε άλλες ενώσεις απαραίτητες για το κύτταρο, κυρίως αμινοακυλο αδενυλικά και βιογενείς αμίνες. Ο σχηματισμός αμινοακυλαδενυλικών στο προπαρασκευαστικό στάδιο της πρωτεϊνοσύνθεσης έχει ήδη περιγραφεί στο Κεφάλαιο 3. Βιογενείς αμίνεςεμφανίζονται σε αντιδράσεις που καταλύονται από αποκαρβοξυλάσες αμινοξέων. Αυτά τα ένζυμα είναι ευρέως κατανεμημένα σε ζώα, φυτά και ιδιαίτερα σε μικροοργανισμούς και είναι γνωστό ότι σε παθογόνους μικροοργανισμούς, οι αποκαρβοξυλάσες μπορούν να χρησιμεύσουν ως παράγοντες επιθετικότητας, με τη βοήθεια του οποίου το παθογόνο διεισδύει στους αντίστοιχους ιστούς. Οι αποκαρβοξυλάσες L-αμινοξέων, καθώς και οι τρανσαμινάσες, χρησιμοποιούνται ως προσθετική ομάδα της φωσφορικής πυριδοξάλης.
Οι μονοαμίνες (βιογενείς αμίνες) επιτελούν διάφορες λειτουργίες στους οργανισμούς. Για παράδειγμα, η αιθανολαμίνη, η οποία σχηματίζεται κατά την αποκαρβοξυλίωση της σερίνης, είναι αναπόσπαστο μέρος των πολικών λιπιδίων. Κατά την αποκαρβοξυλίωση της κυστεΐνης και της ασπαρτικής, σχηματίζονται κυστεαμίνη και β-αλανίνη αντίστοιχα, τα οποία αποτελούν μέρος ενός τόσο σημαντικού συνενζύμου για τα κύτταρα όπως το συνένζυμο Α. Η αποκαρβοξυλίωση της ιστιδίνης οδηγεί στον σχηματισμό ισταμίνης, ενός μεσολαβητή που εμπλέκεται στη ρύθμιση του ρυθμού μεταβολικών διεργασιών, της δραστηριότητας των ενδοκρινών αδένων, της πίεσης στα ζώα. Πολλές άλλες βιογενείς αμίνες λειτουργούν ως σηματοδοτικές ουσίες, ιδιαίτερα ευρέως κατανεμημένες σε ζώα και ανθρώπους. νευροδιαβιβαστές.
Αντιδράσεις πλευρικής αλυσίδας αμινοξέων . Όσο ποικίλη είναι η δομή των ριζών αμινοξέων, τόσο διαφορετικοί είναι οι χημικοί μετασχηματισμοί που μπορούν να υποστούν. Μεταξύ αυτών των διαφορετικών αντιδράσεων, μπορεί κανείς να ξεχωρίσει εκείνες που επιτρέπουν στο κύτταρο να λάβει άλλες από ένα αμινοξύ. Για παράδειγμα, η τυροσίνη σχηματίζεται από την οξείδωση του αρωματικού δακτυλίου της φαινυλαλανίνης. Η υδρόλυση της αργινίνης οδηγεί στο σχηματισμό ορνιθίνης (βλ. κύκλο ουρίας). η διάσπαση της θρεονίνης συνοδεύεται από το σχηματισμό γλυκίνης κ.λπ.
Εκτός από αυτές τις αντιδράσεις, μεγάλη σημασία έχουν οι μετασχηματισμοί των πλευρικών ομάδων που σχετίζονται με την εμφάνιση φυσιολογικά δραστικών ουσιών. Έτσι, η ορμόνη αδρεναλίνη σχηματίζεται από τυροσίνη, το νικοτινικό οξύ (βιταμίνη PP, η οποία είναι μέρος των συνενζύμων νικοτιναμίδης) και το ινδολεξικό οξύ (αναπτυξιακή ουσία) σχηματίζονται από την τρυπτοφάνη και τα μερκαπτουρικά οξέα από την κυστεΐνη (συμμετέχουν στην εξουδετέρωση των αρωματικών ενώσεων ). Η πιθανότητα μετατροπής της σερίνης σε πυροσταφυλικό κατά την αφυδάτωση της πλευρικής της αλυσίδας και την απαμίνωση έχει ήδη σημειωθεί.
Έτσι, διάφοροι χημικοί μετασχηματισμοί αμινοξέων μπορούν να οδηγήσουν στο σχηματισμό βιολογικά δραστικών ουσιών με ευρύ φάσμα δράσης και, επιπλέον, στην εξάλειψη των αμινομάδων με τη μορφή αμμωνίας με το σχηματισμό σκελετών άνθρακα. Στην επόμενη ενότητα, θα εξεταστεί η τύχη της αμμωνίας και των ατόμων άνθρακα των διασπασμένων αμινοξέων.
Τα αμινοξέα είναι ετερολειτουργικές ενώσεις που περιέχουν απαραιτήτως δύο λειτουργικές ομάδες: μια αμινομάδα - NH 2 και μια καρβοξυλική ομάδα - COOH που σχετίζεται με μια ρίζα υδρογονάνθρακα. Ο γενικός τύπος των απλούστερων αμινοξέων μπορεί να γραφτεί ως εξής:
Δεδομένου ότι τα αμινοξέα περιέχουν δύο διαφορετικές λειτουργικές ομάδες που επηρεάζουν η μία την άλλη, οι χαρακτηριστικές αντιδράσεις διαφέρουν από αυτές των καρβοξυλικών οξέων και των αμινών.
Ιδιότητες αμινοξέων
Η αμινομάδα - NH 2 καθορίζει τις βασικές ιδιότητες των αμινοξέων, καθώς είναι σε θέση να προσαρτήσει ένα κατιόν υδρογόνου στον εαυτό της σύμφωνα με τον μηχανισμό δότη-δέκτη λόγω της παρουσίας ενός ζεύγους ελεύθερων ηλεκτρονίων στο άτομο αζώτου.
Η ομάδα -COOH (καρβοξυλική ομάδα) καθορίζει τις όξινες ιδιότητες αυτών των ενώσεων. Επομένως, τα αμινοξέα είναι αμφοτερικές οργανικές ενώσεις. Αντιδρούν με τα αλκάλια όπως τα οξέα:
Με ισχυρά οξέα -όπως βάσεις- αμίνες:
Επιπλέον, η αμινομάδα σε ένα αμινοξύ αλληλεπιδρά με την καρβοξυλική ομάδα του, σχηματίζοντας ένα εσωτερικό άλας:
Ο ιονισμός των μορίων αμινοξέων εξαρτάται από την όξινη ή αλκαλική φύση του μέσου:
Δεδομένου ότι τα αμινοξέα σε υδατικά διαλύματα συμπεριφέρονται σαν τυπικές αμφοτερικές ενώσεις, στους ζωντανούς οργανισμούς παίζουν το ρόλο ρυθμιστικών ουσιών που διατηρούν μια ορισμένη συγκέντρωση ιόντων υδρογόνου.
Τα αμινοξέα είναι άχρωμες κρυσταλλικές ουσίες που λιώνουν με αποσύνθεση σε θερμοκρασίες άνω των 200 °C. Είναι διαλυτά στο νερό και αδιάλυτα στον αιθέρα. Ανάλογα με τη ρίζα R, μπορεί να είναι γλυκές, πικρές ή άγευστες.
Τα αμινοξέα χωρίζονται σε φυσικά (που βρίσκονται σε ζωντανούς οργανισμούς) και συνθετικά. Μεταξύ των φυσικών αμινοξέων (περίπου 150), διακρίνονται τα πρωτεϊνογενή αμινοξέα (περίπου 20), τα οποία αποτελούν μέρος των πρωτεϊνών. Έχουν σχήμα L. Περίπου τα μισά από αυτά τα αμινοξέα είναι απαραίτητος, γιατί δεν συντίθενται στον ανθρώπινο οργανισμό. Απαραίτητα οξέα είναι η βαλίνη, η λευκίνη, η ισολευκίνη, η φαινυλαλανίνη, η λυσίνη, η θρεονίνη, η κυστεΐνη, η μεθειονίνη, η ιστιδίνη, η τρυπτοφάνη. Αυτές οι ουσίες εισέρχονται στο ανθρώπινο σώμα με την τροφή. Εάν η ποσότητα τους στην τροφή είναι ανεπαρκής, διαταράσσεται η φυσιολογική ανάπτυξη και λειτουργία του ανθρώπινου οργανισμού. Σε ορισμένες ασθένειες, το σώμα δεν είναι σε θέση να συνθέσει κάποια άλλα αμινοξέα. Έτσι, με τη φαινυλκετονουρία, η τυροσίνη δεν συντίθεται. Η πιο σημαντική ιδιότητα των αμινοξέων είναι η ικανότητα να εισέρχονται σε μοριακή συμπύκνωση με την απελευθέρωση νερού και το σχηματισμό μιας αμιδικής ομάδας -NH-CO-, για παράδειγμα:
Οι μακρομοριακές ενώσεις που λαμβάνονται ως αποτέλεσμα μιας τέτοιας αντίδρασης περιέχουν μεγάλο αριθμό θραυσμάτων αμιδίου και, ως εκ τούτου, ονομάζονται πολυαμίδια.
Εκτός από τις προαναφερθείσες συνθετικές ίνες νάιλον, αυτές περιλαμβάνουν, για παράδειγμα, ενάνθ, που σχηματίζεται κατά την πολυσυμπύκνωση του αμινοενανθικού οξέος. Οι συνθετικές ίνες είναι κατάλληλες για αμινοξέα με αμινο και καρβοξυλομάδες στα άκρα των μορίων.
Πολυαμίδια των α-αμινοξέων ονομάζονται πεπτίδια. Με βάση τον αριθμό των υπολειμμάτων αμινοξέων διπεπτίδια, τριπεπτίδια, πολυπεπτίδια. Σε τέτοιες ενώσεις, οι ομάδες -NH-CO- ονομάζονται πεπτιδικές ομάδες.
23.6.1. Αποκαρβοξυλίωση αμινοξέων - διάσπαση της καρβοξυλικής ομάδας από το αμινοξύ με το σχηματισμό CO2. Τα προϊόντα των αντιδράσεων αποκαρβοξυλίωσης αμινοξέων είναι βιογενείς αμίνες εμπλέκονται στη ρύθμιση του μεταβολισμού και των φυσιολογικών διεργασιών στο σώμα (βλ. πίνακα 23.1).
Πίνακας 23.1
Βιογενείς αμίνες και οι πρόδρομοί τους.
Οι αντιδράσεις αποκαρβοξυλίωσης αμινοξέων και των παραγώγων τους καταλύονται αποκαρβοξυλάσες αμινοξέα. συνένζυμο - φωσφορική πυριδοξάλη (παράγωγο της βιταμίνης Β6). Οι αντιδράσεις είναι μη αναστρέψιμες.
23.6.2. Παραδείγματα αντιδράσεων αποκαρβοξυλίωσης.Ορισμένα αμινοξέα αποκαρβοξυλιώνονται απευθείας. Αντίδραση αποκαρβοξυλίωσης ιστιδίνη :
Ισταμίνηέχει ισχυρό αγγειοδιασταλτικό αποτέλεσμα, ειδικά τα τριχοειδή στο επίκεντρο της φλεγμονής. διεγείρει τη γαστρική έκκριση τόσο της πεψίνης όσο και του υδροχλωρικού οξέος και χρησιμοποιείται για τη μελέτη της εκκριτικής λειτουργίας του στομάχου.
Αντίδραση αποκαρβοξυλίωσης γλουταμικό :
GABA- ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής στο κεντρικό νευρικό σύστημα.
Ένας αριθμός αμινοξέων υφίσταται αποκαρβοξυλίωση μετά από προκαταρκτική οξείδωση. Προϊόν υδροξυλίωσης τρυπτοφάνη μετατρέπεται σε σεροτονίνη:
ΣεροτονίνηΣχηματίζεται κυρίως στα κύτταρα του κεντρικού νευρικού συστήματος, έχει αγγειοσυσπαστική δράση. Συμμετέχει στη ρύθμιση της αρτηριακής πίεσης, της θερμοκρασίας του σώματος, της αναπνοής, της νεφρικής διήθησης.
Προϊόν υδροξυλίωσης τυροσίνη πηγαίνει στην ντοπαμίνη
ντοπαμίνηχρησιμεύει ως πρόδρομος των κατεχολαμινών. είναι ανασταλτικός μεσολαβητής στο κεντρικό νευρικό σύστημα.
Thiogroup κυστεΐνη οξειδώνεται σε μια σουλφο ομάδα, το προϊόν αυτής της αντίδρασης αποκαρβοξυλιώνεται για να σχηματίσει ταυρίνη:
Ταυρίνησχηματίζεται κυρίως στο ήπαρ. συμμετέχει στη σύνθεση ζευγαρωμένων χολικών οξέων (ταυροχολικό οξύ).
21.5.3. Καταβολισμός βιογενών αμινών.Υπάρχουν ειδικοί μηχανισμοί σε όργανα και ιστούς που εμποδίζουν τη συσσώρευση βιογενών αμινών. Ο κύριος τρόπος αδρανοποίησης των βιογενών αμινών - η οξειδωτική απαμίνωση με το σχηματισμό αμμωνίας - καταλύεται από μονο- και διαμινοξειδάσες.
Μονοαμινοξειδάση (ΜΑΟ)- Ένζυμο που περιέχει FAD - εκτελεί την αντίδραση:
Η κλινική χρησιμοποιεί αναστολείς ΜΑΟ (νιλαμίδη, πυραζιδόλη) για τη θεραπεία της κατάθλιψης.
Το μεγαλύτερο μέρος της ενέργειας του σώματος προέρχεται από την οξείδωση των υδατανθράκων και των ουδέτερων λιπών (έως και 90%). Το υπόλοιπο ~ 10% οφείλεται στην οξείδωση των αμινοξέων. Τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται κυρίως για τη σύνθεση πρωτεϊνών. Η οξείδωση συμβαίνει:
1) εάν τα αμινοξέα που σχηματίζονται κατά την ανανέωση των πρωτεϊνών δεν χρησιμοποιούνται για τη σύνθεση νέων πρωτεϊνών.
2) εάν μια περίσσεια πρωτεΐνης εισέλθει στο σώμα.
3) κατά τη διάρκεια της νηστείας ή του διαβήτη, όταν δεν υπάρχουν υδατάνθρακες ή η απορρόφησή τους είναι μειωμένη, τα αμινοξέα χρησιμοποιούνται ως πηγή ενέργειας.
Σε όλες αυτές τις περιπτώσεις, τα αμινοξέα χάνουν τις αμινομάδες τους και μετατρέπονται στα αντίστοιχα α-κετοξέα, τα οποία στη συνέχεια οξειδώνονται σε CO 2 και H 2 O. Μέρος αυτής της οξείδωσης συμβαίνει μέσω του κύκλου του τρικαρβοξυλικού οξέος. Ως αποτέλεσμα της απαμίνωσης και της οξείδωσης, σχηματίζονται πυροσταφυλικό οξύ, ακετυλο-CoA, ακετοακετυλο-CoA, α-κετογλουταρικό οξύ, ηλεκτρυλο-CoA, φουμαρικό οξύ. Ορισμένα αμινοξέα μπορούν να μετατραπούν σε γλυκόζη και άλλα σε κετονοσώματα.
Τρόποι εξουδετέρωσης της αμμωνίας στους ζωικούς ιστούς
Η αμμωνία είναι τοξική και η συσσώρευση στο σώμα μπορεί να οδηγήσει σε θάνατο. Υπάρχουν οι ακόλουθοι τρόποι εξουδετέρωσης της αμμωνίας:
1. Σύνθεση αλάτων αμμωνίου.
2. Σύνθεση αμιδίων δικαρβοξυλικών αμινοξέων.
3. Σύνθεση ουρίας.
Η σύνθεση των αλάτων αμμωνίου συμβαίνει σε περιορισμένο βαθμό στα νεφρά, αυτό είναι σαν μια πρόσθετη προστατευτική συσκευή του σώματος σε περίπτωση οξέωσης. Η αμμωνία και τα κετοξέα χρησιμοποιούνται εν μέρει για την επανασύνθεση αμινοξέων και για τη σύνθεση άλλων αζωτούχων ουσιών. Επιπλέον, στους ιστούς των νεφρών, η αμμωνία εμπλέκεται στη διαδικασία εξουδετέρωσης οργανικών και ανόργανων οξέων, σχηματίζοντας ουδέτερα και όξινα άλατα μαζί τους:
R - COOH + NH 3 → R - COONH 4;
H 2 SO 4 + 2 NH 3 → (NH 4) 2 SO 4;
H 3 PO 4 + NH 3 → NH 4 H 2 PO 4
Με αυτόν τον τρόπο, το σώμα προστατεύεται από την απώλεια σημαντικής ποσότητας κατιόντων (Na, K, εν μέρει Ca, Mg) στα ούρα κατά την απέκκριση οξέων, γεγονός που θα μπορούσε να οδηγήσει σε απότομη μείωση του αλκαλικού αποθέματος του αίματος. . Η ποσότητα των αλάτων αμμωνίου που εκκρίνεται στα ούρα αυξάνεται σημαντικά στην οξέωση, καθώς η αμμωνία χρησιμοποιείται για την εξουδετέρωση του οξέος. Ένας από τους τρόπους σύνδεσης και αποτοξίνωσης της αμμωνίας είναι να τη χρησιμοποιήσετε για να σχηματίσετε έναν αμιδικό δεσμό μεταξύ γλουταμίνης και ασπαραγίνης. Ταυτόχρονα, η γλουταμίνη συντίθεται από το γλουταμικό οξύ υπό τη δράση του ενζύμου συνθετάση της γλουταμίνης και η ασπαραγίνη συντίθεται από το ασπαρτικό οξύ με τη συμμετοχή της συνθετάσης της ασπαραγίνης:
Με αυτόν τον τρόπο αποβάλλεται η αμμωνία σε πολλά όργανα (εγκέφαλος, αμφιβληστροειδής, νεφρά, συκώτι, μύες). Τα αμίδια των γλουταμινικών και ασπαρτικών οξέων μπορούν επίσης να σχηματιστούν όταν αυτά τα αμινοξέα βρίσκονται στην πρωτεϊνική δομή, δηλαδή, όχι μόνο ένα ελεύθερο αμινοξύ μπορεί να είναι δέκτης αμμωνίας, αλλά και οι πρωτεΐνες στις οποίες περιλαμβάνονται. Η ασπαραγίνη και η γλουταμίνη χορηγούνται στο ήπαρ και χρησιμοποιούνται στη σύνθεση της ουρίας. Η αμμωνία μεταφέρεται στο ήπαρ και με τη βοήθεια της αλανίνης (κύκλος γλυκόζης-αλανίνης). Αυτός ο κύκλος εξασφαλίζει τη μεταφορά των αμινομάδων από τους σκελετικούς μυς στο ήπαρ, όπου μετατρέπονται σε ουρία και οι μύες που εργάζονται λαμβάνουν γλυκόζη. Στο ήπαρ, η γλυκόζη συντίθεται από τον ανθρακικό σκελετό της αλανίνης. Σε έναν εργαζόμενο μυ, το γλουταμινικό οξύ σχηματίζεται από α-κετογλουταρικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια μεταφέρει την ομάδα αμίνης - NH 2 στο πυροσταφυλικό οξύ, ως αποτέλεσμα, συντίθεται η αλανίνη, ένα ουδέτερο αμινοξύ. Σχηματικά, ο υποδεικνυόμενος κύκλος μοιάζει με αυτό:
Γλουταμινικό οξύ + πυροσταφυλικό οξύ ↔
↔ α-κετογλουταρικό οξύ + αλανίνη
Ρύζι. 10.1. Κύκλος γλυκόζης-αλανίνης.
Αυτός ο κύκλος εκτελεί δύο λειτουργίες: 1) μεταφέρει αμινομάδες από τους σκελετικούς μύες στο ήπαρ, όπου μετατρέπονται σε ουρία.
2) παρέχει στους εργαζόμενους μύες γλυκόζη που προέρχεται από το αίμα από το ήπαρ, όπου χρησιμοποιείται ο ανθρακικός σκελετός της αλανίνης για το σχηματισμό της.
Σχηματισμός ουρίας- ο κύριος τρόπος εξουδετέρωσης της αμμωνίας. Αυτή η διαδικασία μελετήθηκε στο εργαστήριο του IP Pavlov. Έχει αποδειχθεί ότι η ουρία συντίθεται στο συκώτι από αμμωνία, CO 2 και νερό.
Η ουρία απεκκρίνεται στα ούρα ως το κύριο τελικό προϊόν της πρωτεΐνης, αντίστοιχα του μεταβολισμού των αμινοξέων. Η ουρία αντιπροσωπεύει έως και το 80-85% του συνόλου του αζώτου των ούρων. Η κύρια θέση σύνθεσης ουρίας στο σώμα είναι το συκώτι. Έχει πλέον αποδειχθεί ότι η σύνθεση της ουρίας γίνεται σε διάφορα στάδια.
Στάδιο 1 - ο σχηματισμός του φωσφορικού καρβαμοϋλίου συμβαίνει στα μιτοχόνδρια υπό τη δράση του ενζύμου καρβαμοϋλοφωσφορική συνθετάση:
Στο επόμενο στάδιο, η κιτρουλίνη συντίθεται με τη συμμετοχή ορνιθίνης:
Η κιτρουλίνη περνά από τα μιτοχόνδρια στο κυτταρόπλασμα των ηπατικών κυττάρων. Μετά από αυτό, μια δεύτερη αμινομάδα εισάγεται στον κύκλο με τη μορφή ασπαρτικού οξέος. Υπάρχει συμπύκνωση μορίων κιτρουλίνης και ασπαρτικού οξέος με το σχηματισμό αργινίνης-ηλεκτρικού οξέος.
Κιτρουλίνη ασπαρτική αργινίνη-ηλεκτρική
οξύ οξύ
Η αργινίνη-ηλεκτρικό οξύ διασπάται σε αργινίνη και φουμαρικό οξύ.
Υπό τη δράση της αργινάσης, η αργινίνη υδρολύεται, σχηματίζεται ουρία και ορνιθίνη. Στη συνέχεια, η ορνιθίνη εισέρχεται στα μιτοχόνδρια και μπορεί να συμπεριληφθεί σε έναν νέο κύκλο αποτοξίνωσης με αμμωνία και η ουρία απεκκρίνεται στα ούρα.
Έτσι, στη σύνθεση ενός μορίου ουρίας εξουδετερώνονται δύο μόρια NH 3 και CO 2 (HCO 3), κάτι που είναι επίσης σημαντικό για τη διατήρηση του pH. Για τη σύνθεση ενός μορίου ουρίας, καταναλώνονται 3 μόρια ATP, συμπεριλαμβανομένων δύο στη σύνθεση του φωσφορικού καρβομοϋλίου, ένα για το σχηματισμό αργινίνης-ηλεκτρικού οξέος. Το φουμαρικό οξύ μπορεί να μετατραπεί σε μηλικό και οξαλοξικό οξύ (κύκλος Krebs), και το τελευταίο μπορεί να μετατραπεί σε ασπαρτικό οξύ με τρανσαμίνωση ή αναγωγική αμίνωση. Μέρος του αζώτου του αμινοξέος απεκκρίνεται από το σώμα με τη μορφή κρεατινίνης, η οποία σχηματίζεται από την κρεατίνη και τη φωσφορική κρεατίνη.
Από το συνολικό άζωτο των ούρων, η ουρία αντιπροσωπεύει έως και 80-90%, τα άλατα αμμωνίου - 6%. Με την υπερβολική σίτιση με πρωτεΐνες, η αναλογία αζώτου ουρίας αυξάνεται και με ανεπαρκή τροφοδοσία πρωτεΐνης, μειώνεται στο 60%.
Στα πτηνά και τα ερπετά, η αμμωνία εξουδετερώνεται με το σχηματισμό ουρικού οξέος. Η κοπριά πουλερικών στα πτηνοτροφεία είναι πηγή αζωτούχου λιπάσματος (ουρικό οξύ).
