Катаболизм аминокислот

1.

Включение углеродных "скелетов" аминокислот в ЦТК
Аланин
Треонин
Глицин
Серин
Цистеин
Аргинин
Гистидин
Глутамин
Пролин
Глутамат
1.1.1.4
(NAD)
Кетоглутарат
1.2.4.2
Изоцитрат
Пируват
NAD
Сукцинил-СоА
NAD
Цитрат
Сукцинат
Ацетил-СоА 4.1.3.7
Ацетоацетил-СоА
Изолейцин
Метионин
Валин
FAD
Оксалоацетат
Фумарат
NAD
Малат
Фенилаланин
Тирозин
Лейцин
Лизин
Триптофан
Аспартат
Аспарагин
Фенилаланин
Тирозин

2.

1) Áåëî ê óáèêâèòèí (М.в. 8500 Да, 74 аминокислоты)
2) Óáèêâèòèðî âàí í û é áåëî ê ðàçðóø àåòñÿ ï ðî òåèí àçàì è
3) Óáèêâèòèðóþ òñÿ â ï î ðÿäêå óáû âàí èÿ ñëåäóþ ù èå àì èí î êèñëî òû (ÀÒÐçàâèñèì àÿ ðåàêöèÿ):
àðãèí èí , ëèçèí , àñï àðàãèí î âàÿ êèñëî òà, àñï àðàãèí , òðèï òî ô àí , ëåéöèí ,
ô åí èëàëàí èí , ãèñòèäèí , ãëóòàì èí î âàÿ êèñëî òà, òèðî çèí , ãëóòàì èí , èçî ëåéöèí
(N-êî í öåâàÿ àì èí î êèñëî òà).
Ï ëî õî óáèêâèòèðóþ òñÿ: ì åòèî í èí , ñåðèí , àëàí èí , òðåî í èí , âàëèí , ãëèöèí ,
öèñòåèí .

3.

Транспорт аминокислот через мембрану
Глутамилтрансферазный цикл)
R
+
H3N
CH
Внеклеточное
пространство
COO-
глутамилтрансфераза
Клеточная
мембрана
+
+
NH3
-OOC CH (CH ) CO
2 2
NH3
R
-OOC CH (CH ) CO NH-CH-CO NH CH COO2 2
2
CH COO-
NH
CH2-SH
глутамиламинокислота
глутамилциклотрансфераза
-
+
H3N
CH
цистеин
NH3-CH-CO-NH-CH2-COO-
R
+
глутатион
CH2-SH
-
COO
цистеинилглицин
АТР
+
дипептидаза
H
O
N
H
глицин
H3N
-
CH2 COO
глутатионсинтетаза
АDР+H3РO4
глицин
COOH
+
NH3-CH-COO-
пироглутаминовая кислота
(оксопролин)
АТР
2 Н2О
5-оксопролиназа
CH2-SH
+
-OOC CH (CH ) CO NH-CH-COO2 2
цистеин
АDР+H3РO4
H3N
+
NH3
COO-
CH
(CH2)2
-
COO
глутаминовая
кислота
глутамилсинтетаза
CH2-SH

4.

1. Декарбоксилирование аминокислот
2. Окислительное дезаминирование
NH3+
R
CH
COO-
NH
- H2
R
H2O
C
O
R
-
COO
а) Оксидаза [FMN (L-а/к-та), FAD (D-а/к-та)]
б) Дегидрогеназа (NAD+-зависимая)
+
C
COO-
NH3

5.

3. Неокислительное дезаминирование
(требуется пиридоксальфосфат)
OH H
CH2-C-COO-
CH2=C-COO-
CH3-C-COO-
NH2
NH2
NH
иминокислота
H2O
CH3-C-COOO

6.

Типы дезаминирования аминокислот
1. Окислительное дезаминирование (NADP+ или FAD)
CH COO- +
R
R
1/2 O2
+
H3N
O
CH
C
CH2
O
C
O
глутамат
+
+ NH4 (NH3)
O
-
O
HN
NAD+(P)
NADPH + H+
C
C
CH2
CH2
-
COO-
O
NH3
+
C
O
O
O
-
H2O
NH3
-
O
C
O
иминоглутарат
C
CH2
CH2
глутамат
дегидрогеназа
C
O-
CH2
-
O
C
O
-кетоглутарат

7.

2. Восстановительное дезаминирование
R
CH COONH3
+
+ 2H
R CH2 COO-
+ NH3

8.

3. Гидролитическое дезаминирование
R
CH COO- + H2O
R CH COO-
+
NH3
OH
+
NH3
4. Внутримолекулярное дезаминирование
R
H
C
H
H
C
+
NH3
COO-
R CH CH
COO- +
NH3

9.

NH2
OH
CH
H2C
N
OH
OH CH
CH2
CH
O
O
P
-
O
H3C
N
N
P
O
CH2
O
O
N
O
-
H
N
H
H
H
OH
H3C
N
O
O
OH
NH
N
O
FAD + 2H
FADH2 + O2
FADH2
FAD + H2O2
H2 O 2
H2O + 1/2 O2

10.

Роль пиридоксальфосфата в реакциях трансаминирования
-
O
O-
O
H
C
COO-
P
O
R1
OH
O
+
CH
NH3
R2
+
C
COO-
O
CH3
N+
H
COO-
Пиридоксальфосфат
COO
R1
R1
-
C
COO-
+ R2
CH
NH3+
O
CH
NH3+
COO-
COO-
H
O-
O
C
P
O
N
CH
-
R1
P
OH
O
N+
O-
O
R1
OH
O
O
C
N
H2C
CH3
N+
CH3
H
H
- H2O
-
O-
O
H2C NH2
P
O
+ H2 O
OH
O
O
+
N+
H
CH3
C
R1
COO-

11.

NH3 + 2H (NADPH)
+
H3N
CH
CH3
COO-
(CH2)2
COO-
глутаминовая
кислота
+
C
O
C
CH3
COO-
O
(CH2)2
COO-
COO-
+ HC
кетоглутаровая
кислота
NH3
COO-

12.

H
C
HO
O
R
CH2
H
P
+
H3 N
H3C
N
H
+
Пиридоксальфосфат
R
CH
COO-
HO
C
N
R
CH
COO-
CH2
P
H2C
HO
N
C
CH2
COOP
+ H2O
H2C
NH2
HO
CH2
P
- H2O
Пиридоксаминфосфат
+
R
O
C
COO-

13.

H
C
HO
Lys
+
P
Lys
H3C
N+
H
R
CH2
CH2
NH2 +
аминотрансфераза
P
O
H2O
N
H3N
H
C
HO
R
CH
H
COO
-
Lys
NH2
+
HO
C
N
CH
COO-
CH2
P

14.

Пути преобразования L-аминокислоты с участием пиридоксальфосфата
I. Трансаминирование
R
COO-
H C
В:
NH3
H
L-аминокислота
H
N
CH2
HO
III. Декарбоксилирование
CH2
HO
P
H3C
H3C
II. Рацемизация
COO-
CH
CH
Enz
+
N
H
Пиридоксальфосфат
(альдимин-фермент)
Рацемизация
C
NH
+
Lys
R
P
N+
H
Трансаминирование
Основание Шиффа
(альдимин)
R
C
R
H
R C COONH
NH
CH
CH
CH2
HO
H3 C
H+ C
P
H3C
N+
H
N
H
H3C
CH2
CH2
HO
P
NH
+
P
H3C
N+
H
хиноидный
интермедиат
H2 O
NH3
CH2
HO
H
+
P
CH2
Enz
Пиридоксаль
фосфат
CH2
HO
N
H
хиноидный
интермедиат
NH3
Lys
CH H
COO-
C
NH
COO-
CH2
HO
R
COO-
R
C
COO
-
NH3
D-аминокислота
H3C
+
N
H
Пиридоксамин
фосфат
P
+
R
C
COO-
O
-кетокислота

15.

Декарбоксилирование
R
H C
COO-
H C
NH3
H C
CH
NH
CH
CH2
HO
CH2
HO
P
R
H+
H C H
N
NH
CH
CH
CH2
HO
P
CH2
HO
N+
H
H3C
N+
H
N
H
H3C
N+
H
Пиридоксальфосфат
Lys
R
H
C
H
C
N
N
CH
CH
CH2
N+
P
H
R
CH2
HO
H3C
N
H
карбанион
хиноидный
интермедиат
Резонансные структуры
для стабилизации карбаниона PLP
NH3
Enz
R
HO
H3C
P
P
H3C
H3C
CO2
-
N
+
Enz
R
C
O
L-аминокислота
Lys
O
R
P
Пиридоксаль-Enz
фосфат (альдимин)
+
H C H
NH3
амин

16.

Декарбоксилирование аминокислот
1
H3N CH-COO- L-гистидинкарбоксилиаза
CH2
N
+ CO2
CH2
N
NH
гистидин
2
NH2
CH2
NH
гистамин
(снижает кровяное давление)
CH2
NH2
CH2 + CO2
CH2
OH
OH
тирозин
тирамин
H3N CH-COO-
NH3-CH-COOR
пиридоксальфосфат
NH2-CH2-R + CO2

17.

Декарбоксилирование аминокислот
3
H3N CH-COO
NH2
CH2 + CO
2
CH2
-
CH2
3
9
2
HN1
HN
триптофан
4
H3N CH-COO(CH2)4
NH2
лизин
4
5
8
7
триптамин
6
NH2
(CH2)5 + CO2
NH2
кадаверин
5-окситриптамин
(серотонин)
(например, болевые
ощущения при воспалении)

18.

Декарбоксилирование аминокислот
5
H3N CH-COO-
NH2
(CH2)3
(CH2)4
+ CO2
NH
C NH
NH2
NH
C NH
NH2
аргинин
6
H3N CH-COO(CH2)3
NH2
орнитин
агматин
NH2
(CH2)4 + CO2
NH2
путресцин (тетраметилендиамин)
SAM
COOH2N (CH2)4 NH
H2N (CH2)3 NH
(CH2)4 NH
(CH2)3
спермин
NH2
(клеточный рост и дифференцировка)
(CH2)3
NH2
спермидин
HC NH3
(CH2)2
S CH2 O
CH3
N
N
OH OH
NH2
N
N

19.

Катаболизм валина
O
H2N
CH C
CH
H3C
O-
CH3
âàëèí
O
òðàí ñêåòî ëàçà
O
C
CH
H3C
C
O-
NAD+
O C
äåãèäðî ãåí àçà
CoASH
S-CoA
+ CO2
CH
H3C
CH3
2-êåòî èçî âàëåðèàí î âàÿ
êèñëî òà
NADH
CH3
изобутирил-СоА

20.

Катаболизм валина
O C
S-CoA
FADH2
O
C
S-CoA
+H2O
C
CH
H3C
FAD
CH3
изобутирил-СоА
-2H
àöèë-Ñî Àäåãèäðî ãåí àçà
H3C
CH2
åí î èë-Ñî À-ãèäðàòàçà
(ãèäðî ëèàçà) 4.2.1.17
ì åòàêðèë-Ñî À
(ì åòèëàêðèëèë-Ñî À)
O C
S-CoA
CH
H3C
O
H2O
CH2
OH
3-î êñèèçî áóòèðèë-Ñî À
HS-CoA
3.1.2.4
ãèäðî ëàçà
C
O-
CH
H3C
CH2
OH
-î êñèèçî áóòèðàò
(3-î êñèèçî ì àñëÿí àÿ ê-òà)

21.

Катаболизм валина
O
C
O-
NAD+
NADH + Í
+
O
CH
H3C
C
O-
NAD+ NADH + Í
CH
CH2
1.1.1.31
î êñèäî ðåäóêòàçà
OH
-î êñèèçî áóòèðàò
(3-î êñèèçî ì àñëÿí àÿ ê-òà)
H3C
CH
CoASH
O
ñåì èàëüäåãèä ì åòèëì àëî í àòà
(ì åòèëì àëî í î âû é ï î ëóàëüäåãèä)
+
O
-
C
O
H3C C
H
H C
C
O
C
S-CoA
"S"
O
рàöåì àçà
S
R
ì åòèëì àëî í èë-Ñî À
C
O
CH3
O
S-CoA
"R"
O C
-
(B12)
5.4.99.2
ì óòàçà
O-
CH2
CH2
C O
S-CoA
ñóêöèí èë-Ñî À

22.

Пути образования аммиака
1. Окислительное дезаминирование аминокислот
аминокислота
FAD
H2 O 2
оксидаза
аминокислот
кетокислота
FADH2
O2
NH3
2. Дезаминирование глутамата глутаматдегидрогеназой
кофермент
аминокислота
CH
глутаминовая
кислота
NAD+
O
глутаматдегидрогеназа
кетокислота
NH2
кетоглутарат
NADH + H+
CH2
кофермент
NH3

23.

Три пути синтеза карбамоилфосфата
1. Аммиакзависимая карбамоилфосфат синтетаза (КФ 6.3.4.16)
NH3 + CO2 + 2ATP + H2O
N-ацетилглутамат
NH2-C-O- P + 2ADP + Pi
O
(в митохондрия х клеток печени) синтез мочевины и аргинина

24.

2. Глутаминзависимая карбамоилфосфатсинтетаза (КФ 6.3.5.5)
L-Gln-NH2 + CO2+ ATP + H2O
NH2-C-O- P + L-Glu + ADP
O
(в цитозоле клеток животных, требует ионов Mg2+)
синтез пиримидиновых нуклеотидов

25.

3. Карбаматкиназа (КФ 2.7.2.2) (обратимая реакция )
NH3 + CO2+ ATP
NH2-C-O- P + ADP
O
у микроорганизмов (вероя тно, для ресинтеза АТР)

26.

Цикл мочевины
O
O
H2PO4- + HO P O
+ 2ADP + H+
C
NH2
NH2
OH
êàðáàì î èëô î ñô àò
ATP
C O + H PO 2
4
NH
2
(CH2)3
1
CH NH3+
+ 2ATP + H2O
CH2
COOH
3
COO
H2C
C
O
-
OOC
öèòðóëëèí
NH2
COO-
àñï àðàãèí î âàÿ
êèñëî òà
-
NH4+ + HCO3- +
(èëè NH3 + CO2)
COOH
H2N CH
(CH2)3
CH NH3+
NH2
COOH
C N
CH
NH
CH2
+ AMP
î êñàëî àöåòàò
+ H2P2O72-
(CH2)3 COOH
COO-
CH
î ðí èòèí
NH3+
-
COOH2C
2 H2PO4-
COO
NH2
+
C NH2
5
(H2O)
àðãèí èí î ñóêöèí àò
(CH2)3
ì î ÷åâèí à
COO-
OOC
ì àëàò
COO-
4
NH
H2N C NH2
O
-
CH
OH
HC
OOC
CH
-
ô óì àðàò
CH NH3+
àðãèí èí
1
2
Êàðáàì î èëô î ñô àòñèí òåòàçà (6.3.4.16)
Î ðí èòèí êàðáàì î èëòðàí ñô åðàçà (2.1.3.3)
3
Àðãèí èí î ñóêöèí àòñèí òåòàçà (6.3.4.5)
4
Àðãèí èí î ñóêöèí àòëèàçà (4.3.2.1)
(âí óòðèì î ëåêóëÿðí àÿ äèñì óòàöèÿ)
5
Àðãèí àçà (3.5.3.1)
(L-àðãèí èí àì èäèí î ãèäðî ëàçà)