Метаболизм белков и аминокислот

1. МЕТАБОЛИЗМ БЕЛКОВ И АМИНОКИСЛОТ

2.

Гидролитическое расщепление белков и
полипептидов, поступающих вместе с пищей,
происходит под действием протеолитических
специфических и неспецифических ферментов
(протеиназ и пептидаз):
• Эндо- и экзопептидазы;
• Амино- и карбоксипептидазы;
• Сериновые, цистеиновые и др. пептидазы
Образующиеся аминокислоты поступают в кровь и
переносятся к различным органам и тканям.

3.

Внутриклеточный протеолиз осуществляется
различными лизосомальными протеазами,
амино- и карбоксипептидазами, дипептидазами.
Большинство внутриклеточных протеолитических
ферментов заключено в протеасомы.

4.

⅔ аминокислот, поступающих в клетки и
образующихся в процессе внутриклеточного
протеолиза, вовлекаются в биосинтез белка.
Остальные подвергаются катаболизму.
Основными катаболическими
превращениями аминокислот являются:
• дезаминирование;
• трансаминирование;
• декарбоксилирование.

5.

Продуктами декарбоксилирования
аминокислот являются биогенные амины:
• гистамин (продукт декарбоксилирования
гистидина),
• тирамин (из тирозина),
• кадаверин (из лизина),
• -аминомасляная кислота (из глутамата),
• этаноламин (из серина),
• дофамин (из тирозина),
• серотонин (из окситрипрофана) и др.

6.

Декарбоксилирование аминокислот
необратимый ферментативный процесс,
катализируемый декарбоксилазами
аминокислот.
Кофактор декарбоксилаз аминокислот –
пиридоксальфосфат.

7.

Дезаминирование аминокислот – отщепление
α-аминогруппы – может происходить
различными путями:
восстановительное,
гидролитическое,
внутримолекулярное (элиминирующее),
окислительное.
Основным типом является окислительное
дезаминирование.

8.

Окислительное дезаминирование катализируется:
- НАД-зависимыми дегидрогеназами
аминокислот;
- ФАД (ФМН)-зависимыми оксидазами
аминокислот.
Продукты окислительного дезаминирования –
α-кетокислоты.

9.

COOH
COOH
CH
NH2
+
НАД+
+ Н2О
O
+
НАДН + H+ + NH3
R
R
-аминокислота
-кетокислота
COOH
COOH
CH
C
NH2
+
ФАД
+ Н 2О
C
O
+
ФАДН2 + NH3
R
R
-аминокислота
-кетокислота
ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ

10.

ТРАНСАМИНИРОВАНИЕ АМИНОКИСЛОТ
Трансаминирование (переаминирование)
аминокислот – реакция межмолекулярного
переноса аминогруппы от -аминокислоты
на -кетокислоту без промежуточного
образования аммиака.
Ферменты: аминотрансферазы
(трансаминазы)
Кофермент: пиридоксальфосфат

11.

COOH
COOH
CH
R1
NH2
-аминокислота
α-аминок-таs
+
C
R2
COOH
O
-кетокислота
α-кеток-таs
C
COOH
O
R1
α-кеток-тар
+
CH
NH2
R2
α-аминок-тар
α-аминокислотаs + пиридоксальфосфат-Е →
→ α-кетокислотаp + пиридоксаминфосфат-Е
α-кетокислотаs + пиридоксаминфосфат-Е →
→ α-аминокислотаp + пиридоксальфосфат-Е

12.

Аммиак, образующийся при дезаминировании,
используется:
• для синтеза заменимых аминокислот –
восстановительное аминирование;
• для синтеза азотсодержащих соединений.
Избыточный аммиак – продукт катаболизма –
должен быть инактивирован и выведен
из организма.

13.

ТИПЫ АЗОТИСТОГО ОБМЕНА
в зависимости от формы выведения аммиака
Аммониотелический тип у водных
животных. Конечный продукт – аммиак,
выделяющийся непосредственно в воду.
Уреотелический тип у наземных
позвоночных. Конечный продукт – мочевина.
Урикотелический тип у рептилий и
птиц. Конечный продукт – мочевая кислота.

14.

БИОСИНТЕЗ ГЛУТАМИНА
Образование амидов (глутамина и аспарагина) –
процесс первичного связывания аммиака в клетках.
Биосинтез глутамина – наиболее распространенный
путь связывания и обезвреживания аммиака в
организме.
Глутамин – нетоксичная форма транспортировки и
хранения аммиака.
Фермент: глутаминсинтетаза

15.

3
Фермент: глутаминсинтетаза
NH2
NH2
CH
C
H2
C
H2
COOH
C
OH + NH3 + АТФ
O
NH2
CH
C
H2
C
H2
COOH
глутамин
C
O
C
H2
C
H2
COOH
глутаминовая кислота
+ АТФ
CH
NH2
+ АТФ
+ Фн
D
глутамин

16.

ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ МОЧЕВИНООБРАЗОВНИЯ
1. Синтез карбамоилфосфата
Фермент: карбамоилфосфат-синтетаза
O
NH4+ + СО2 + 2АТФ + Н2О
O
Н2 О
H2N
C
H2N
C
O PO3H2
карбамолилфосфат
O PO3H2
+ 2АДФ + Фн
карбамолилфосфат
Синтез карбамоилфосфата происходит в митохондриях
клеток печени. Донор азота только аммиак
(а не амины и другие азотсодержащие соединения).

17.

2. Образование цитруллина
H N
CO
Фермент: орнитинкарбамоилтрансфераза
2
O
H2N
H2N
C
O PO3H2 +
C
H2
C
H2
CH2
CH
HN
C
H2
NH2
COOH
орнитин
орнитин
H2 N
C
H2
нитин
CH2
CH
CO
HN
NH2
COOH
цитр
C
H2
C
H2
CH2
CH
+ Фн
NH2
COOH
цитруллин
цитруллин

18.

3. Взаимодействие цитруллина с аспарагиновой кислотой
Фермент: аргининосукцинатсинтетаза
H2N
CO
HN
CH2 C
NH2
C C CH2
H2 H2
+
CH NH2
COOH
цитруллин
CH COOH
HN
+ АТФ
HN
H2C COOH
аспартат
H COOH
цитруллин
HN C N
COOH
аспартат
+ АМФ
CH2
+ ФФн
H
+ АТФ
COOH
CH
HN
C
H2
C
H2
CH NH2
COOH
аспартат
C
H2
CH
C
H2
C
C
C
C
CH2 COOH
H2
C N
H
аргининосукцинат
аргининосукцинат
+ АМФ + ФФн
аргининосукцин

19.

4. Образование аргинина
Фермент: аргининосукцинатлиаза
CH2 COOH
HN
C N
H
HN
C
H2
CH
C
H2
COOH
CH2
HN
C
HN
NH2
C
H2
C
H2
CH NH2
CH NH2
CH
COOH
+
HC
COOH
COOH
COOH
аргининосукцинат
CH2
аргинин
фумарат

20.

5. Гидролиз аргинина с образованием мочевины
Фермент: аргиназа
HN
C NH2
H2N
HN
C
H2
C
H2
CH2
+ H2O
C
H2
C
H2
CH2
CH NH2
H2N
C
+
O
CH NH2
COOH
COOH
аргининаргинин
орнитин
орнитин
H2N
мочевина
мочевина

21.

Суммарное уравнение мочевинообразования
СО2 + NH3 + аспартат + 3АТФ + 2Н2О
мочевина + фумарат + 2АДФ +АМФ + 2Фн + ФФн

22. БИОСИНТЕЗ АМИНОКИСЛОТ

Аминокислоты, образующиеся при гидролизе
белков:
2/3 расходуются на синтез белка;
1/3 катаболизируются.
Т.е. 1/3 аминокислот должна синтезироваться вновь.

23.

БИОСИНТЕЗ ЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТ
Заменимые аминокислоты:
ала, асн, асп, гли, глн, глу, про, сер, тир, цис
Незаменимые аминокислоты:
вал, иле, лей, лиз, мет, тре, три, фен, арг, гис
Углеродный скелет образуется из промежуточных
метаболитов:
гликолиза,
пентозомонофосфатного пути
цикла Кребса.

24.

Пути синтеза:
прямое аминирование α-кетокислот или
ненасыщенных карбоновых кислот;
переаминирование;
взаимопревращение аминокислот.