Переаминирование и его значение. Амино/трансферазы в клинике.
Г р у п п ы а т о м о в.
Вы можете встретить разные сочетания атомов.
-NH2 называется аминогруппой.
ОН - гидроксильная группа (от: Н - гидрогениум, а О - оксигениум) или спиртовая.
Атом О, соединенный с атомом углерода двойной (=) связью, называется кето/группой (если С не является первым: =О при первом С является альдегидной группой).
Если с одним атомом С соединены =О и группа ОН, то НО, С и О являются карбоксильной группой, структурная формула которой: О=С-ОН;
не путайте её с группой С-О-О-Н органических перекисей.
Если с одним и тем же атомом С соединены NH2 и =О, то они являются амидной группой.
К л а с с ы веществ.
Вещества с разными функциональными группами относятся к разным классам.
Если в веществе есть СООН группа (карбоксильная), то оно относится к классу карбоновых кислот.
Если в формуле кислоты есть кетогруппа, то кислота является кетокислотой
Если в формуле кислоты присутствует аминогруппа, то кислота является аминокислотой (глутамат - это 'глутарат с аминогруппой', аспартат - это сукцинат с аминогруппой т.д).
Функциональные г р у п п ы и к л а с с ы .
(Класс вещества определяется его самой старшей, то есть самой окисленной группой.)
? В и д
г р у п п ы Название группы Название
класса веществ Приставка: если
группа не старш. Окончание: когда группа старшая П р и м е р ы (ол аль ат -
это ряд окисления)
1 - NН2 Аминогруппа А м и н ы Амино- -амин гистамин, дофамин, серотонин
2 - ОН Гидроксильная спирты (Гидр)окси- -ол этанОЛ глицерОЛ ретинОЛ
3 - С = О карбоНИЛьная (но не карбоКСильная), см. 3а и 3б
а В 1: Н-С=О альдегидная альдегиды Альдо- -аль этанАЛЬ глицерАЛЬ ретинАЛЬ
б Не в 1: С=О Кето или оксО кетоны Кето- -он АцетОН, ДиОксиАцетОНФосфат (ДОАФ
4
НО - С = О
│ карбоКСи-
льная Карбоновые
кислоты Обычно
старшая У кислот -овая
У их анионов: этановая
(этаноАТ) Глиц-овая
глицерАТ ретиноЕвая
ретиноАТ
Если в формуле аминокислоты аспартата зачеркнуть NH2 (аминогруппу) и написать =О (кетогруппу), то получится формула кетокислоты оксалоацетат (ОА).
Формула аланина при аналогичной замене превращается в формулу пирувата,
а формула глутамата - в формулу α-кетоглутаРата (КГ):
1
α - а м и н о к и с л о т ы Н2N - СН - СООН
| А с п а р т а т
СН2 - СООН Н2N - СН - СООН
| А л а н и н
СН3 Н2N - СН - СООН
| Г л у т а м а т
(СН2) 2 - СООН
2 Замена Н2N на =О (кето-) при ПА при ПА и при ПОД
3
α - к е т о к и с л о т ы (=О) О = С - СООН
| Оксалоацетат
СН2 - СООН О = С - СООН
| П и р у в а т
СН3 О = С - СООН
| α-кето г л у т а Р а т
(СН2) 2 - СООН
В организме существуют соответствующие реакции:
аминокислоты могут превращаться в кетокислоты и наоборот.
64. 1. Переаминирование.
Один из способов превратить аминокислоту в кетокислоту называется пере/аминированием (ПА); другой способ см. в п. 65 - дез/аминирование глутамата.
При ПА аминокислота должна вступить в реакцию с кетокислотой.
При этом аминокислота и кетокислота как бы обмениваются группами (амино- и кето-): аминокислота отдает свою аминогруппу (кетокислоте),
получает кетогруппу (от кетокислоты) вместо аминогруппы
и превращается в кетокислоту.
Кетокислота отдает кетогруппу (аминокислоте),
получает аминогруппу (от аминокислоты) вместо кетогруппы
и превращается в аминокислоту.
Определение:
Переаминирование - это реакция между аминокислотой и кетокислотой,
в результате которой аминокислота превращается в кетокислоту,
а кетокислота - в аминокислоту.
Аминокислота аспартат при ПА превращается в кетокислоту оксалоацетат,
аминокислота аланин при ПА превращается в кетокислоту пируват,
а аминокислота глутамат - в кетоглутарат.
Реакции ПА обратимы.
Чаще всего Асп или Ала вступают в реакцию с α-кетоглутаратом или, наоборот,
глутамат вступает в реакцию с оксалоацетатом или пируватом:
Асп + КГ ОА + Глу,
Ала + КГ Пир + Глу.
64. 2. Ферменты переминирования.
Ф е р м е н т ы , которые катализируют ПА, относятся к классу трансфераз ('переносчиков'), к подклассу амино/трансфераз (АТ).
АТ, катализирующая ПА аспартата (Асп + КГ ОА + Глу), называется аспартат/амино/трансферазой (сокращенно - АсАТ);
АТ, катализирующая ПА аланина (Ала + КГ Пир + Глу) , называется аланин/амино/трансферазой (АлАТ);
обратную реакцию Пир + Глу Ала + КГ тоже катализирует АлАТ.
Аминотрансферазы работают с участием кофермента пиридоксаль/фосфата (ПФ), в состав которого входит витамин В6.
Без В6 и ПФ АТ не работают и реакции ПА не протекают (с нужной скоростью).
ПА - первый этап в непрямом дез/аминировании аминокислот (см. п. 65)
(происходит перед прямым дез/аминированием глутамата; катаболизм)
и второй этап в непрямом восстановительном аминировании, приводящем к синтезу аминокислот
(происходит после прямого аминирования кетоглутарата, анаболизм).
64. 3. Переаминирование с а с п а р т а т о м :
Субстраты ПА: Асп и КГ Продукты ПА: ОА и Глу
Названия
и формулы аминокислота
А с п а р т а т
Н2N - СН - СООН
|
СН2 - СООН
+ кетокислота
Кетоглутарат
О = С - СООН
|
(СН2)2 - СООН
Новая кетокислота
О к с а л о а ц е т а т
О = С - СООН
|
СН2 - СООН
+ Новая аминокислота
Г л у т а м а т
Н2N - СН - СООН
|
(СН2) 2 - СООН
Из чего образуется
или во что превратится Из белков
(еды или тканей) Образуется в ЦТК Для ГНГ или ЦТК
(глюкоза или АТФ) Для прямого
дезаминирования
Фермент,
КоФ и витамин Фермент: 'переносчик' аминогруппы аспартат/амино/трансфераза = АсАТ;
работает с участием кофермента пиридоксаль/фосфата (ПФ), содержащего пиридоксаль (В6)
64. 4. Переаминирование с а л а н и н о м :
Субстраты ПА: Ала и КГ Продукты ПА: пируват и Глу
Названия
и формулы аминокислота
А л а н и н
Н2N - СН - СООН
|
СН2 - СООН
+ кетокислота
Кетоглутарат
О = С - СООН
|
(СН2)2 - СООН
Новая кетокислота
П и р у в а т
О = С - СООН
|
СН2 - СООН
+ Новая аминокислота
Г л у т а м а т
Н2N - СН - СООН
|
(СН2) 2 - СООН
Из чего образуется
или во что превратится Из белков
(еды или тканей) Образуется в ЦТК Для ГНГ или ЦТК
(глюкоза или АТФ) Для прямого
дезаминирования
Фермент,
КоФ и витамин Фермент: 'переносчик' аминогруппы аланин/амино/трансфераза = АлАТ;
работает с участием кофермента пиридоксаль/фосфата (ПФ), содержащего пиридоксаль (В6)
Реакции ПА обратимы. Разберем оба направления.
64. 5.
Направление процесса: аминокислота + кетоглутарат кетокислота + глутамат.
64. 5. 1. И с т о ч н и к и с у б с т р а т о в .
1. Источником аминокислот для ПА является распад белков.
Если человек ест, то АК образуются при распаде белков пищи, а если не ест, то распадаются белки самого организма (белков крови, печени, мышц и т.д.), что приводит к их дефициту (дефицит белков плазмы приводит к отекам, белков мышц - к мышечной слабости и т.д.; при длительном голодании разрушаются белки сердца и ряд других - это приводит к смерти).
2. Источником кетоглутарата для ПА является ЦТК (кетоглутарат образуется в одной из реакций ЦТК, после чего подвергается действию не фермента ЦТК, а действию ферментов пере/аминирования амино/трансфераз - таким образом, КГ как бы извлекается из ЦТК).
64.5. 2. Ч т о происходит с п р о д у к т а м и ПА?
Первый продукт ПА - кетокислоты.
Оксалоацетат, пируват и другие кетокислоты, образованные при ПА (из Асп, Ала и т.д.), могут использоваться для синтеза глюкозы в печени (другими словами, являются субстратами для глюко/нео/генеза: ГНГ).
Синтез глюкозы за счет ПА и ГНГ необходим организму при отсутствии других источников глюкозы, то есть при отсутствии углеводной пищи в течение 12 часов (в среднем) и далее (примерно на 12 часов хватает резерва глюкозы - гликогена печени; любителям алкоголя, лекарств - гликогена не хватит на 12ч).
Если через 12 часов отсутствия углеводной пищи (злаки, картофель, овощи, фрукты, кондитерские изделия) ПА и ГНГ не заработают, то человек может умереть.
Потому что [глюкозы] в крови снизится (возникнет гипогликемия), что приведет к появлению слабости, предобморочному состоянию, затем (если не принять мер для увеличения гликемии, то есть не съесть углеводы или не сделать инъекцию раствора глюкозы) к обмороку, гипогликемической коме и смерти.
Это связано с тем, что без глюкозы погибают нейроны и эритроциты (т.к. они нуждаются в глюкозе для выработки АТФ и без глюкозы не могут получить достаточное количество АТФ).
ГНГ - это важный, но не единственный путь для кетокислот, полученных при ПА из АК.
Второй путь использования кетокислот - это их поступление в ЦТК.
Есть два варианта превращений кетокислот в ЦТК.
Первый вариант
- превращение аминокислот в ОКСАЛОАЦЕТАТ и многократное использование в ЦТК (в первой реакции ЦТК ОА вступает в реакцию с ацетилКоА, превращаясь в цитрат, а в последней реакции оксалоацетат образуется снова и может вступать в реакцию с новой молекулой ацетилКоА);
этот путь относится к анаплеротическим реакциям, то есть к таким, которые позволяют восполнить или увеличить количество метаболитов ЦТК (это способствует синтезу АТФ в клетке, синтезу АК из метаболитов ЦТК и далее - белков).
Второй вариант
превращений углеводородных скелетов аминокислот (не только кетокислот) в ЦТК - разрушение до СО2, то есть катаболизм АК.
Этот вариант позволяет клетке получить больше АТФ, поэтому протекает при потребности клетки в АТФ (когда для выработки АТФ не хватает углеводов или липидов) - спасает клетку от смерти.
Избыточные АК тоже подвергаются катаболизму в ЦТК.
Как АК разрушаются до СО2?
Некоторые АК превращаются в ацетилКоА, не превращаясь в оксалоацетат (см. далее о кетогенных в п. 67),
далее ацетилКоА поступает в ЦТК, где превращается в 2СО2 (а водород переносится на коферменты для переноса в ДЦ и выработки АТФ).
Большинство АК могут превращаться в оксалоацетат (см. в ? 67 о гликогенных АК). Катаболизм ОА происходит так:
1) ОА превращается в ФЕП (эту реакцию встречали в ГНГ п.33),
2) ФЕП превращается в пируват (эту реакцию встречали в гликолизе п.32),
3) пируват превращается в ацетилКоА под действием ПДГ-комплекса с участием 5 витаминов,
4) ацетилКоА поступает в ЦТК и превращается в 2СО2, отдавая водород коферментам для ДЦ и АТФ.
Второй продукт ПА - глутамат.
Глутамат, образованный при ПА (из КГ) и не только, вступает в реакции, которые называются прямым окислительным дез/аминированием (ПОД) - см. ? 65.
В результате ПОД глутамат превращается в кетоглутарат и аммиак.
КГ может вступать в ПА с новой АК или 'вернуться' в ЦТК - то есть особого расхода КГ и истощения ЦТК для ПА не происходит (но если в ПА вступает большее количество АК, то потребуются новые 'порции' КГ).
Аммиак очень токсичен (повышение его концентрации может привести к смерти), поэтому аммиак нужно обезвреживать; для спасения от аммиака нужна здоровая печень и отсутствие любви к алкоголю - см. п 66.
Итог - ПА дает:
1) полезный продукт кетокислоту, которая спасает от гипогликемии (и от дефицита АТФ), и
2) ядовитый продукт аммиак, который приходится обезвреживать, чтобы не умереть.
В этом направлении реакции ПА идут или тогда,
1) когда нужна глюкоза (при голоде, повышенных нагрузках, дефиците углеводов в пище, некоторых заболеваниях), или тогда,
2) когда есть избыток аминокислот (при повышенном распаде белков организма при переедании белков или при заболеваниях, сопровождающихся разрушением клеток и повышенным распадом белков организма).
Это направление ПА приводит к разрушению АК, то есть является этапом в катаболизме АК (см. п. 65) и белков.
Первый этап непрямого окислительного дез/аминирования. Для успешного выполнения функций ПА нужен В6.
1. АК превращаются в кетокислоты (или другие метаболиты ЦТК, не только путем ПА), когда: КГ
в Глу,
Глу
в
ПОД
NH3
2. или есть избыток АК из-за повышенного распада белка: или нужны кетокислоты для:
3. или из-за распада избытка пищевых белков
(при съедании
более 75г белков
мяса, творога...) или из-за распада собственных
белков организма при:
(см. справа 'нужны кетокислоты') или для синтеза
глюкозы при голодании > 12ч
(глюкоза
пищи и гликоген
закончились)
или для поступления в ЦТК:
4. при некоторых заболеваниях для получения кетокислот
при голоде или превращение в ОА и многократное использование его Или распад до СО2 для АТФ и Т
64.6.
Направление процесса: кетокислота + глутамат аминокислота + кетоглутарат.
64. 6. 1. И с т о ч н и к и с у б с т р а т о в.
Источником кетокислот (пирувата, оксалоацетата) является глюкоза: пируват образуется при гликолизе, а ОА образуется из пирувата (реакцию встречали в ГНГ, нужен витамин биотин).
Источником глутамата может быть распад белков и другие процессы (см. п 65 и/или 67).