Всасывание аминокислот

Механизм всасывания аминокислот и низкомолекулярных пептидов – сложный биологический процесс, который включает взаимодействие аминокислот и пептидов с мембранами клеток, формирующих ворсинки слизистой оболочки, их транслокацию через мембраны и высвобождение в кровь. Считается, что этот процесс обеспечивается специфическими переносчиками. Трансмембранная транслокация аминокислот происходит преимущественно против градиента их концентрации и является энергозависимым процессом. В процессе всасывания важная роль принадлежит натриевому насосу.

Одним из механизмов транспорта аминокислот является g-глутамильный цикл. Ключевой фермент процесса - g-глутамилтрансфераза. Этот фермент катализирует перенос глутамильного остатка глутатиона на транспортируемую кислоту:

аминокислота + глутатион (глутамилцистеинилглицин) ¾ ¾ ® глутамиламинокислота + цистеинилглицин

Свободная аминокислота, участвующая в этой реакции, поступает с наружной поверхности клетки, глутатион находится внутри. После реакции глутамиламинокислота оказывается в клетке вместе с цистеинилглицином. Далее эта кислота расщепляется ферментом цитозоля глутамиламинотрансферазой: глутамиламинокислота ¾ ® аминокислота + 5-оксопролин.

В итоге молекула аминокислоты оказывается в цитозоле.

Благодаря высокой проницаемости слизистой кишечника новорожденных и низкой концентрации у них протеолитических ферментов может всасываться некоторое количество нативных белков, обуславливающих сенсибилизацию организма.

Всасываемые в тонком отделе кишечника аминокислоты попадают в портальный кровоток и, следовательно, в печень, а затем в общий кровоток. Кровь освобождается от аминокислот очень быстро – уже через 5 минут 85 – 100 % их оказывается в тканях. Особенно интенсивно поглощают аминокислоты печень и почки.

· пути использования аминокислот в организме животных

Использование аминокислот в организме животных осуществляется по следующим направлениям (рис. 16):

1) для синтеза белков и пептидов;

2) для образования других аминокислот и азотсодержащих соединений;

3) для синтеза углеводов (глюкогенные аминокислоты) и липидов (кетогенные аминокислоты);

4) как источник энергии.

Рис. 16. Пути использования аминокислот в тканях организма животных.

Во 3-м и 4-м случаях аминокислоты теряют аминогруппу, а их безазотистый углеродный скелет превращается в один из следующих промежуточных продуктов метаболизма – пируват, оксалоацетат, a-кетоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат, ацетил-КоА, ацетоацетил-КоА (для каждой аминокислоты свой промежуточный продукт).

Те аминокислоты, безазотистые остатки которых превращаются в один из первых пяти промежуточных метаболитов, называются глюкогенными, потому что эти соединения через фосфоенолпируват далее вовлекаются в глюконеогенез (рис. 17). К глюкогенным аминокислотам относятся глицин, серин, a-аланин, цистеин, валин, метионин, треонин, аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота, глутамин, аргинин, пролин, гистидин.

К кетогенным относятся аминокислоты, безазотистые углеродные остатки которых превращаются в ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, которые далее включаются в кетогенез.

Кетогенной аминокислотой является лейцин.

Рис. 17. Сема включения аминокислот в ЦТК и в глюконеогенез.

Изолейцин, лизин, триптофан, фенилаланин и тирозин относятся одновременно и к кетогенным и к глюкогенным аминокислотам. Некоторые из их углеродных атомов обнаруживаются в ацетил-КоА или ацетоацетил-КоА, тогда как другие появляются в потенциальных предшественниках глюкозы.

Избыток аминокислот относительно того их количества, которое требуется для синтеза белков и других биомолекул, в отличие от глюкозы и жирных кислот не может запасаться и не выделяется из организма. Избыточные аминокислоты используются как метаболическое топливо (конечные продукты распада аминокислот – NH₃, выделяющийся из организма в виде мочевины, СО₂, Н₂О и АТФ).

· катаболизм аминокислот

Дезаминирование аминокислот является одним из наиболее общих процессов обмена аминокислот. Существует несколько типов дезаминирования аминокислот. При восстановительном дезаминировании образуются аммиак и предельные карбоновые кислоты. При гидролитическом – аммиак и гидроксикислоты. Эти два вида дезаминирования характерны для большинства бактерий, населяющих преджелудки жвачных и толстый отдел кишечника других видов животных. При внутримолекулярном дезаминировании образуются непредельные кислоты и аммиак. В организме животных таким путем дезаминируется аминокислота гистидин. Наиболее распространенным видом дезаминирования является окислительное, при котором образуются аммиак и кетокислоты. В реакциях окислительного дезаминирования принимают участие ферменты оксидазы и дегидрогеназы аминокислот.

Оксидазы L-аминокислот в качестве кофермента содержат ФМН, а оксидазы D-аминокислот – ФАД. Однако активность оксидаз аминокислот в физиологических условиях невелика.

Важная роль в процессе окислительного дезаминирования принадлежит глутаматдегидрогеназе (ГлДГ). Она участвует в окислительном дезаминировании глутаминовой кислоты, в результате чего образуются аммиак и a-кетоглутаровая кислота.

СООН СООН СООН

½ ½ ½

(СН₂)₂ НАД (CH₂)₂ Н₂О (CH₂)₂

½ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® ½ ¾ ¾ ¾ ® ½

CHNH₂ НАДН(Н⁺) С=NH NH₃ C = O

½ ½ ½

COOH СООН COOH

глутаминовая иминоглутаровая a-кетоглутаровая

кислота кислота кислота

ГлДГ присутствует только в митохондриальном матриксе и ответственна за большую часть аммиака, образующегося в тканях животных.

Окислительное дезаминирование аминокислот осуществляется в организме животных непрямым путем, так как оно сопряжено с процессом трансаминирования.

Реакции трансаминирования, в ходе которых осуществляется перенос аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту, катализируются ферментами аминотрансферазами, содержащими в качестве кофермента пиридоксальфосфат (ПФ).

Аминотрансферазы широко распространены во многих органах и тканях (печень, сердце, почки, мышцы и др.)

Наибольшее значение имеют аланинаминотрансфераза (АлТ) и аспартатаминотрансфераза (АсТ).

СООН СООН СООН СООН

½ ½ ½ ½

(СН₂)₂ СНNH₂ ПФ (CH₂)₂ C = O

½ + ½ ¾ ¾ ¾ ¾ ® ½ ½

C = O CH₃ АлТ СHNH₂ CH₃

½ ½

COOH COOH

a-кетоглутаровая a-аланин глутаминовая пировиноградная

кислота кислота кислота

СООН СООН СООН СООН

½ ½ ½ ½

(СН₂)₂ СНNH₂ ПФ (CH₂)₂ C = O

½ + ½ ¾ ¾ ¾ ¾ ® ½ ½

C = O CH₃ АсТ СHNH₂ CH₂

½ ½ ½ ½

COOH СООН COOH СООН

a-кетоглутаровая аспарагиновая глутаминовая щавелево-уксусная

кислота кислота кислота кислота

Определение активности АсТ и АлТ широко используется в лабораторной практике для диагностики патологий печени.

Рис. 18. Связь процессов трансаминирования и дезаминирования

через a-кетоглутаровую и глутаминовую кислоты.

Глутаминовая кислота, образованная в реакциях трансаминирования, далее подвергается окислительному дезаминированию под действием глутаматдегидрогеназы, в результате чего образуется a-кетоглутаровая кислота, которая может пополнять фонд ЦТК и служить субстратом для реакций трансаминирования.

Таким образом, в результате последовательных реакций, катализируемых аминотрансферазами и глутаматдегидрогеназой, происходит дезаминирование исходной аминокислоты. Однако оно происходит не прямым путем (рис. 18), а через реакцию трансаминирования с участием a-кетоглутаровой кислоты, являющейся акцептором аминогруппы.

Кроме того, трансаминирование является одним из путей синтеза заменимых аминокислот в организме животных.

Одним из путей обмена аминокислот является их декарбоксилирование, сопровождающееся образованием СО₂ и биогенных аминов.

Декарбоксилазы аминокислот в качестве кофермента содержат пиридоксальфосфат.

Амины, образующиеся при декарбоксилировании соответствующих аминокислот, влияют на процессы обмена веществ и функции определенных органов и тканей.

Так, при декарбоксилировании гистидина образуется гистамин, расширяющий капилляры и снижающий кровяное давление. Он также усиливает секрецию соляной кислоты в желудке.

При декарбоксилировании глутаминовой кислоты образуется g-аминомасляная кислота (ГАМК), которая тормозит деятельность нервных клеток.

· токсичность аммиака и пути его нейтрализации

В процессе дезаминирования аминокислот, аминов и некоторых других азотсодержащих соединений образуется аммиак, который является высокоактивным, а отсюда и токсичным для организма, особенно для мозга. Поэтому концентрация его в организме поддерживается на низком уровне (в норме уровень аммиака в крови не превышает 1–2 мг/л). Концентрация 50 мг/л является токсичной. Высокую токсичность аммиака можно объяснить его свойствами. Он легко проникает через мембраны, в т.ч. митохондриальные, изменяет рН в отдельных структурах клетки, значение заряда на мембранах, а также взаимодействует с a-кетоглутаровой кислотой, смещая равновесие глутаматдегидрогеназной реакции в сторону образования глутаминовой кислоты.

СООН СООН

½ ½

СН₂ НАДН(Н⁺), NH₃ СН₂

½ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® ½

СН₂ глутаматдегидрогеназа СН₂

½ ½

С = О НАД⁺, Н₂О СНNH₂

½ ½

СООН СООН

a-кетоглутаровая глутаминовая

кислота кислота

a-кетоглутаровая кислота выходит из ЦТК, а НАДН(Н⁺) не поступает в дахательную цепь, что приводит к нарушению синтеза АТФ. Органы и ткани (в первую очередь головной мозг) испытывают энергетический голод.

Несмотря на постоянное образование аммиака в организме, концентрация его незначительная. Это объясняется механизмами своевременного обезвреживания аммиака.

В организме животных существуют следующие пути нейтрализации аммиака – синтез аммонийных солей, образование амидов моноаминодикарбоновых аминокислот и синтез мочевины.

Синтез аммонийных солей происходит в почках и занимает небольшой удельный вес в процессе детоксикации аммиака (на долю азота аммонийных солей приходится до 6 % азота мочи).

Обезвреживание аммиака на месте его образования (печень, мозг, почки, мышцы и др.) происходит за счет амидирования аспарагиновой и глутаминовой кислот с образованием соответственно аспарагина и глутамина.

O O

// //

С – ОН C - NH₂

½ ½

CH₂ АТФ CH₂

½ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® ½

CHNH₂ аспарагинсинтетаза СНNH₂

½ ½

CОOH АМФ, Н₄Р₂О₇ CОOH

аспарагиновая кислота аспарагин

O O

// //

С – ОН C - NH₂

½ ½

СН₂ АТФ СН₂

½ ½

СН₂ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ® СН₂

½ ½

СНNH₂ глутаминсинтетаза CHNH₂

½ ½

СООН АДФ, Н₃РО₄ СООН

глутаминовая кислота глутамин

Аспарагин и глутамин поступают в печень. Где снова превращаются соответственно в аспарагиновую и глутаминовую кислоты с высвобождением аммиака, который используется для биосинтеза мочевины. Животные, у которых конечным продуктом катаболизма белков является мочевина, называются уреотелическими.