ПРОЦЕСИ
ДЕТОКСИКАЦІЇ АМІАКУ ТА БІОСИНТЕЗУ СЕЧОВИНИ. СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ШЛЯХИ МЕТАБОЛІЗМУ
АМІНОКИСЛОТ
Основним джерелом утворення аміаку є метаболізм амінокислот,
їх трансамінування з наступним окисним дезамінуванням глутамінової кислоти
ферментом глутаматдегідрогеназою.
Аміак також утворюється при дезамінуванні амідів, амінів, азотистих основ
нуклеотидів.
У головному мозку значна кількість аміаку утворюється при
дезамінуванні АМФ ферментом аденозиндезаміназою,
при цьому утворюється інозинмонофосфат (ІМФ). Певна кількість аміаку
всмоктується в кров з кишечника, де він утворюється з азотвмісних сполук під
впливом ферментів мікрофлори.
Аміак є особливо токсичним для мозку, інші тканини є менш
чутливими або нечутливими до аміаку.
З органів і тканин аміак транспортується в основному в
печінку, а також в нирки.
Під впливом ферменту глутамінсинтетази
в органах, де аміак утворюється, він взаємодіє з глутаміновою кислотою, в
результаті чого синтезується глутамін. Він легко проходить через клітинні
мембрани в кров, звідки захоплюється печінкою та нирками. У печінці під впливом
ферменту глутамінази відбувається
гідроліз глутаміну до глутамату і вільного аміаку.
При інтенсивній м’язовій роботі частина амінокислот може
використовуватися як паливо, при цьому в процесі метаболізму вони втрачають
аміногрупу в реакціях трансамінування з a-кетоглутаровою кислотою. Утворюється
глутамінова кислота, яка дальше передає аміноазот на піруват і утворюється
аланіну. Аланін легко дифундує з м’язів в кров, переноситься в печінку, де
піддається зворотньому трансамінуванню з утворенням глутамату і пірувату.
Піруват використовується у процесі глюконеогенезу, синтезується глюкоза, яка
транспортується назад у м’язи, а глутамат піддається окисному дезамінуванню під впливом
глутаматдегідрогенази з утворенням
аміаку, який знешкоджується у циклі сечовини.
БІОСИНТЕЗ СЕЧОВИНИ
Одна аміногрупа для синтезу сечовини походить від вільного
аміаку, який утворюється при гідролізі глутаміну чи окисному дезамінуванні
глутамату, а інша - від амінокислоти аспартату.
У першій реакції, яка каталізується ферментом карбамоїлфосфатсинтетазою І, аміак
конденсується з бікарбонатом за участю двох молекул АТФ, в
результаті чого утворюється карбамоїлфосфат:
Одна молекула АТФ у цій реакції активує бікарбонат, а інша
служить донором фосфатної групи карбамоїлфосфату.
У другій реакції карбамоїльна група переноситься ферментом орнітинкарбамаїлтрансферазою на
амінокислоту орнітин, в результаті утворюється цитрулін:
Цитрулін транспортується з матриксу мітохондрій в цитоплазму,
де під впливом ферменту аргініносукцинатсинтетази
конденсується з аспартатом з утворенням аргініносукцинату:
У цій реакції молекула АТФ розпадається до АМФ і пірофосфату,
що еквівалентно гідролізу двох молекул АТФ.
У четвертій реакції аргініносукцинат розщеплюється ферментом
аргініносукцинатліазою до аргініну і фумарату:
В останній реакції аргінін розщеплюється аргіназою до орнітину і сечовини:
Аргіназа знаходиться тільки в гепатоцитах, тобто розщеплення
аргініну і утворення сечовини можливе тільки в печінці. Орнітин повертається в
матрикс мітохондрій і запускає новий цикл синтезу сечовини. У внутрішній
мембрані мітохондрій знаходиться спеціальний орнітин/цитрулін білок-переносник.
Через фумарат існує тісний взаємозв’язок між циклом лимонної
кислоти і циклом утворення сечовини. Крім того в циклі трикарбонових кислот
утворюються СО2 і АТФ, які також необхідні для утворення сечовини.
Регуляція циклу
сечовини
N-Ацетилглутамат є необхідним
активатором для карбамаїлфосфатсинтетази
І – ферменту який лімітує швидкість синтезу сечовини. N-Ацетилглутамат синтезується з
ацетил-КоА і глутамату, аллостеричним активатором цієї реакції є аргінін.
Білкова дієта прискорює синтез сечовини також внаслідок
збільшення кількості аміаку, що утворюється при дезамінуванні амінокислот.
Сечовина – нейтральна, водорозчинна сполука, з печінки вона
переходить в кров, транспортується до нирок, де фільтрується і екскретується з
сечею. Частина сечовини реабсорбується в ниркових канальцях назад в кров. За
добу доросла людина виділяє з сечею близько 20-
Найбільш частим є дефіцит карбамаїлфосфатсинтетази
і орнітинкарбамаїлтрансферази.
Гіперамоніємія розвивається в перші тижні після народження,
що призводить до енцефалопатії і сповільненя розумового розвитку. Лікування
включає обмеження білка в дієті і призначення сполук, що здатні ковалентно
зв’язувати амінокислоти, утворюючи азотвмісні молекули, які екскретуються з
сечею.
СПЕЦІАЛІЗОВАНІ
ШЛЯХИ ОБМІНУ АМІНОКИСЛОТ
Двадцять основних амінокислот організму
людини, які присутні в тканинах або в складі білків, або у вільному стані,
метаболізуються у специфічних біохімічних шляхах. У процесі катаболізму від
амінокислот видаляється аміногрупа у реакціях дезамінування або
трансамінування, в результаті чого утворюється вуглецевий скелет, який
трансформується в метаболіти, що можуть перетворюватися в глюкозу, жирні
кислоти, кетонові тіла або окислюватися в циклі трикарбонових кислот. Вуглецевий скелет 20 основних амінокислот
перетворюється всього в сім молекул: піруват, ацетил CoA, ацетоацетил CoA, a-кетоглутарат, сукциніл CoA, фумарат, оксалоацетат.
Амінокислоти, які
метаболізуються до ацетил-КоА або ацетоацетил-КоА називаються кетогенними, тому що вони є
попередниками кетонових тіл і жирних кислот. Амінокислоти, які деградують до
пірувату, a-кетоглутарату, сукциніл-КoA, фумарату чи оксалоацетату
називаються глюкогенними
амінокислотами, оскільки дані метаболіти циклу трикарбонових кислот і піруват
можуть перетворюватися до фосфоенолпірувату і далі до глюкози. В організмі людини
і тварин відсутні біохімічні шляхи синтезу глюкози з ацетил-КоА або
ацетоацетил-КоА.
З 20 амінокислот тільки
лейцин і лізин є чисто кетогенними амінокислотами. Ізолейцин, фенілаланін,
триптофан і тирозин є одночасно і кетогенними, і глюкогенними. Решту 14
амінокислот є глюкогенними.
Обмін
аланіну
Аланін належить до
замінних глюкогенних амінокислот. В організмі синтезується шляхом
трансамінування з піровиноградної кислоти (фермент – аланінамінотрансфераза):
Катаболізується аланін
у зворотній реакції, перетворюючись у піруват, який декарбоксилюється до
ацетил-КоА і розпадається в циклі трикарбонових кислот, або перетворюється до
оксалоацетату і використовується для глюконеогенезу.
Обмін
глутамінової кислоти і глутаміну
Глутамінова кислота і
глутамін є замінними глюкогенними амінокислотами. Глутамінова кислота
утворюється з a-кетоглутарової
кислоти у реакціях трансамінування або у
реакції відновного амінування a-кетоглутарату.
Катаболізм глутамату відбувається у зворотніх реакціях трансамінування і
окисного дезамінування. В обох випадках утворюється a-кетоглутарат, який або розкладається в
циклі трикарбонових кислот, або через оксалоацетат використовується для синтезу
вуглеводів.
Важливим метаболітом
глутамінової кислоти є g-аміномасляна
кислота (ГАМК). ГАМК утворюється в мозку при декарбоксилюванні глутамату. ГАМК
є основним гальмівним нейромедіатором центральної нервової системи людини і
тварин.
Функція ГАМК полягає в
зниженні нейронної активності і пригніченні збудження в нервових клітинах,
попередженні поступлення в рухові центри мозку сигналів, пов’язаних зі станом
тривоги, страху або стресу. ГАМК покращує покращує обмінні процеси в мозку,
пам’ять і увагу, її дефіцит виявлено у хворих на епілепсію і шизофренію.
Обмін
аспарагінової кислоти і аспарагіну
Аспарагінова кислота і
аспарагін належать до замінних глюкогенних амінокислот. Синтезується
аспарагінова кислота у реакції трансамінування з метаболіту циклу трикарбонових
кислот оксалоацетату. Аспарагінова кислота бере участь в утворенні
піримідинових основ, є донором азоту для біосинтезу сечовини, пурину, виконує
роль нейромедіатора в центральній нервовій системі. Аспарагін є важливим продуктом
азотистого обміну, резервом азоту; знешкоджує аміак, що утворюється в процесі
перетворення білків.
Обмін гліцину
Гліцин – замінна глюкогенна амінокислота, бере участь в
численних синтетичних шляхах, а також може окислюватися з виділенням енергії.
Найважливішими фізіологічно-активними сполуками, які утворюються з гліцину, є
глутатіон, холін, креатин, порфірини, пурин, гіпурова кислота, кон’югати
жовчних кислот, білки.
Синтезується гліцин за допомогою ферменту серингідроксіметилтрансферази з іншої
замінної амінокислоти – серину. Гліцин може відбуватися шляхом його
перетворення в серин, який в подальшому конвертується в піруват, а останній
деградує в циклі лимонної кислоти.
Іншим шляхом розпаду гліцину є його окислення до аміаку і
діоксиду вуглецю ферментом гліцинсинтазою.
Ще одним шляхом катаболізму гліцину є його окислення ФАД-залежною гліциноксидазою з утворенням
гліоксилової кислоти.
Зустрічається генетично детерміноване захворювання гіпероксалурія, при якому утворюється
велика кількість оксалату. Оскільки кальцієва сіль оксалату погано розчинна у
воді, її кристали відкладаються в нирках, викликаючи нефролітіаз і
нефрокальциноз.
Обмін серину
Серин належить до глюкогенних замінних амінокислот. Синтез
серину з 3-фосфогліцерату, який є проміжним метаболітом гліколізу, вимагає
окислення 3-фосфогліцерату до 3-фосфогідроксіпірувату, трансамінування
останнього глутаматом з утворенням 3-фосфосерину і гідролізу останнього до
серину:
Серин перетворюється до пірувату цитозольною сериндегідратазою. Із серину може також утворюватися
гліцин, який в подальшому окислюється до аміаку і діоксиду вуглецю або до
гліоксилової кислоти.
Важливою функцією серину є його участь у синтезі
фосфоліпідів – фосфатидилсерину і фосфатидилетаноламіну.
Обмін
треоніну
Треонін – незамінна
глюкогенна амінокислота. Треонін зазвичай метаболізується до пірувату, проте
проміжний метаболіт у цьому шляху може піддаватися тіолізу коензимом А з
утворенням ацетил-КоА і гліцину.
У іншому метаболічному
шляху треоніндегідратаза перетворює
треонін до a-кетобутирату.
Обмін
лізину
Лізин – незамінна
кетогенна амінокислота. В процесі метаболізму лізин перетворюється до
ацетоацетил-КоА. Вважається, що лізину притаманна противірусна дія, особливо
щодо вірусів, які викликають герпес і гострі респіраторні інфекції. Лізин бере участь у формуванні колагену, його
використовують у відновлювальний період після операцій і травм. Лізин покращує
засвоєння кальцію з крові і його транспорт в кісткову тканину, підвищує імунну
відповідь організму, зокрема, активність нейтрофілів, знижує рівень
тригліцеридів в плазмі крові.
Лізин є попередником для синтезу карнітину – сполуки, яка
транспортує жирні кислоти в матрикс мітохондрій, де вони окислюються з
утворенням енергії, тобто лізин підтримує рівень АТФ в клітині.
Обмін
аргініну
Аргінін синтезується в
циклі сечовини з амінокислоти орнітину і також поступає в організм з білками
їжі. Під час росту у молодому віці та при деяких патологічних станах
(наприклад, ендотеліальній дисфункції) ендогенної продукції аргініну для
організму недостатньо, тому він належить до частково замінних амінокислот.
Гідролізується аргінін під дією аргінази
до орнітину і сечовини.
З аргініну утворюються
такі важливі метаболіти як оксид азоту, креатинфосфат, спермін. Оксид азоду (NO) – високореактивна двохатомна газова
молекула з неспареним електроном (вільний радикал). Синтезується NO з аргініну в реакції, що
каталізується NO-синтазою (NOS). NO, який утворюється у васкулярному
ендотелії, підтримує базальний тонус судин, викликаючи релаксацію гладеньких
м’язів і, як наслідок, вазодилятацію. Механізм дії органічних нітратів, які
використовуються для лікування ішемічної хвороби серця, наприклад,
нітрогліцерину, полягає в їх денітруванні з наступним звільненням NO, що призводить до розширення
коронарних судин. NO,
що утворюється cNOS
в нейрональній тканині, функціонує як нейротрансмітер.
Недостатня продукція NO призводить до розвитку
гіпертензії, атеросклерозу, імпотенції, схильності до інфекцій. Надлишкове
утворення NO
викликає септичний шок, запальні захворювання, відторгнення трансплантатів,
геморагічний інсульт і канцерогенез.
Обмін
метіоніну
Метіонін належить до
незамінних глюкогенних амінокислот. В клітинах метіонін використовується для
синтезу білків, а також є основним донором метильних (-СН3) груп у
реакціях метилування. При надлишку метіоніну його вуглецевий скелет
трансформується до сукциніл-КоА, який піддається катаболізму в циклі
трикарбонових кислот з утворенням енергії або використовується для
глюконеогенезу.
У реакціях метилування
безпосереднім донором метильних груп є не метіонін, а його похідне – S-аденозилметіонін. Шляхом
метилування за участю S-аденозилметіоніну
утворюються також такі біологічно активні сполуки як карнітин, ансерин,
саркозин, мелатонін, тимідин тощо. S-аденозилметіонін,
втрачаючи метильну групу, перетворюється на S-аденозилгомоцистеїн, який під
впливом ферменту S-аденозилгомоцистеїнгідролази
розщеплюється на аденозин і гомоцистеїн.
Недостатність
цистатіонін-b-синтази
супроводжується гіпергомоцистеїнемією і гомоцистинурією.
Клінічні прояви,
зумовлені гіпергомоцистеїнемією, включають аномалії скелету, сповільнення
розумового розвитку, ектопію кришталика, розвиток атеросклерозу і схильність до
артеріальних та венозних тромбоемболій. Гіпергомоцистеїнемія є незалежним
фактором ризику оклюзивних захворювань судин.
Метіонін, а точніше
його активне похідне S-аденозилметіонін,
бере участь у синтезі креатину – сполуки, яка у вигляді креатинфосфату відіграє
важливу роль у енергозабезпеченні м’язового скорочення. Для синтезу креатину
також необхідні амінокислоти гліцин і аргінін.
На першому етапі, який
відбувається в нирках, гуанідинова група аргініну переноситься на гліцин з
утворенням гуанідиноацетату (глікоціаміну) і орнітину (фермент: аргінін-гліцин амідинотрансфераза):
З нирок глікоціамін з
кров’ю поступає в печінку, де під впливом ферменту гуанідинацетатметилтрансферази метилюється за участю S-аденозилметіоніну до креатину:
З печінки креатин
транспортується у м’язи і мозок,
де фосфорилується ферментом креатинкіназою
до креатинфосфату:
Креатинфосфат є формою
зберігання енергії у м’язах і нервовій тканині. Під час м’язового скорочення,
коли необхідне швидке забезпечення енергією, фосфатна група з креатинфосфату
під дією креатинкінази терміново
передається на АДФ і, таким чином, відбувається регенерація АТФ.
У м’язах і нервовій
тканині також відбувається повільне неферментативне дефосфорилування і
дегідратація креатинфосфату з наступною циклізацією молекули і утворенням
креатиніну:
Креатинін не виконує
ніякої корисної функції і елімінується з організму шляхом ниркової фільтрації і
частково за допомогою канальцевої секреції. Визначення вмісту креатиніну в
крові і сечі є чутливим тестом фільтраційної здатності нирок. Виділення
креатиніну з сечею пропорційне масі м’язової тканини і залежить від віку і
статі.
Креатинурія
– це посилене виділення креатину з сечею, зустрічається при лихоманці,
голодуванні, цукровому діабеті, травматичних пошкодженнях м’язів, м’язовій
дистрофії і гіпертиреоїдизмі.
Обмін
цистеїну
Цистеїн синтезується з
амінокислоти метіоніну, яка постачає –SH групу, і амінокислоти серину, яка надає для синтезу
вуглецевий скелет і аміногрупу. Цистеїн належить до замінних глюкогенних
амінокислот.
Метаболізується цистеїн
кількома шляхами залежно від потреб клітини. Основним метаболітом є
цистеїнсульфінова кислота, яка в подальшому трансамінується до неорганічного
сульфіту і піровиноградної кислоти або перетворюється до гіпотаурину і таурину.
Таурин
знаходиться у вільному стані у великій кількості в клітинах різних органів,
особливо багато його в сітківці ока і центральній нервовій системі. В печінці
таурин кон’югується з жовчними кислотами і може стимулювати виділення жовчі і
екскрецію холестеролу. Він також відіграє важливу роль у знешкодженні токсичних
речовин та регуляції внутрішньоклітинного кальцію.
Важливим шляхом метаболізму цистеїну є синтез глутатіону.
Спершу цистеїн конденсується із глутаматом в реакції, яка каталізується γ-глутамілцистеінлігазою, а потім до дипептиду приєднується
гліцин. Глутатіон
(γ-глутаміл-цистеїніл-гліцин) – трипептид, присутній у високій
концентрації у всіх клітинах тварин і людини.
Завдяки наявності γ-глутамільного зв’язку та
реактивної сульфгідрильної групи глутатіон бере участь у численних реакціях
метаболізму, забезпечуючи тим самим нормальний перебіг ряду фізіологічних та
біохімічних процесів. Зокрема, глутатіон підтримує функціональну активність
біологічних мембран, бере участь в механізмах передачі нервових імпульсів, у
синтезі білка та ДНК, в модулюванні конформаційного стану білкових молекул і
регуляції активності ферментів, у механізмах транспорту амінокислот та у
синтезі простагландинів, у підтриманні відновленого стану заліза (Fe2+) у гемоглобіні. Проте найбільш
важливими функціями глутатіону є його участь у процесах
детоксикації ксенобіотиків і відновлення органічних пероксидів та пероксиду
водню. Глутатіон може кон’югувати з електрофільними метаболітами ксенобіотиків
та ендогенних субстратів за участю глутатіон-S-трансферази
з утворенням глутатіонових кон’югатів, які в подальшому перетворюються у
тіоефіри – меркаптурати.
При відщепленні атомів водню від тіолових груп двох молекул
цистеїну утворюється молекула цистину.
Цистинурія – це спадкове захворювання, що
характеризується порушенням реабсорбції в ниркових канальцях цистину, лізину,
орнітину і аргініну (ці чотири амінокислоти мають одинаковий механізм
транспорту). Оскільки цистин нерозчинний у воді, клінічно цистинурія
проявляється утворенням цистинових каменів в сечовивідних шляхах, тобто
сечокам’яною хворобою.
Обмін амінокислот з розгалуженими
ланцюгами
Валін, лейцин та ізолейцин
– незамінні амінокислоти. На першому
етапі катаболізму один і той же фермент каталізує трансамінування всіх трьох
амінокислот з утворенням відповідних розгалужених
α-кетокислот, які в подальшому піддаються окисному декарбоксилюванню, в
результаті чого утворюються ацил-КоА тіоефіри. Реакція окисного
декарбксилювання каталізується ферментним комплексом мітохондрій –
дегідрогеназою розгалуженого ланцюга. Ацил-КоА тіоефіри дегідрогенуються і
утворюються відповідні ненасичені
ацил-КоА тіоефіри. З цього моменту катаболізм кожної амінокислоти іде своїм
специфічним шляхом. Лейцин перетворюється на ацетоацетат і ацетил-КоА,
ізолейцин – на сукциніл-КоА (попередник у глюкогенному шляху) і ацетил-КоА,
катаболізм валіну призводить до утворення сукциніл-КоА.
Хвороба кленового сиропу – спадкове захворювання, зумовлене
порушенням окисного декарбоксилювання розгалужених a-кетокислот, що виникає внаслідок
дефекту гену, який відповідає за синтез дегідрогенази
розгалуженого ланцюга. В крові і внутрішніх органах збільшується вміст
валіну, лейцину та ізолейцину і відповідних розгалужених a-кетокислот. Сеча таких хворих має
характерний запах кленового сиропу. Хвороба проявляється в немовлят,
розвивається кетоацидоз, затримується фізичний і розумовий розвиток дитини,
можлива летаргія. Невчасне розпізнавання хвороби призводить до втрати
свідомості, коми і смерті.
Обмін
фенілаланіну і тирозину
Фенілаланін належить до незамінних
амінокислот. Приблизно три чверті фенілаланіну, що поступає в організм,
гідроксилюється ферментом фенілаланінгідроксилазою
з утворенням тирозину, тому останній є замінною амінокислотою. Гідроксилювання
фенілаланіну відбувається в основному в печінці, а також в нирках. Утворений
тирозин трансамінується ферментом тирозинамінотрансферазою,
в результаті чого утворюється р-гідроксіфенілпіруват, який під впливом 4-гідроксіфенілпіруватоксидази у
складній реакції, що включає окислення, декарбоксилювання, переміщення бокового
ланцюга і гідроксилювання, перетворюється до гомогентизинової кислоти.
Ароматичне кільце гомогентизинової кислоти розщеплюється гомогентизатоксидазою з утворенням фумарилацетоацетату, який, у
свою чергу розпадається до фумарату і ацетоацетату.
Недостатність
фенілаланінгідроксилази або тетрагідробіоптерину призводить до фенілкетонурії – найбільш поширеного
спадкового захворювання.
Оскільки фенілаланін не
перетворюється на тирозин, відбувається його акумуляція в тканинах і крові
(гіперфенілаланінемія), в результаті активується альтернативний трансаміназний
механізм метаболізму фенілаланіну, що призводить до утворення великої кількості
фенілпірувату:
Фенілпіруват може частково
перетворюватися до феніллактату і фенілацетату:
Всі три кислоти
(фенілпіровиноградна, фенілмолочна, фенілоцтова) накопичуються в крові і
виділяються з сечею.
Найбільш характериними клінічними
симптомами при фенілкетонурії є неврологічні і психічні розлади, розумова
відсталість, підвищена збудливість, судоми, мікроцефалія, гіпопігментація
волосся і райдужки, катаракта.
Тирозиноз. Відсутність або дефіцит
тирозинамінотрансферази призводить до розвитку тирозинемії ІІ типу, яка характеризується гіпертирозинемією і
тирозинурією. Клінічні прояви можуть включати ерозії і бляшки рогівки, ураження
шкіри, сповільнення розумового розвитку. Серйознішим захворюванням є тирозинемія І типу, яка викликається
дефіцитом фумарилацетоацетатгідролази.
У цьому випадку мають місце
ураження печінки, дисфункція ниркових канальців, явища рахіту, полінейропатія.
Накопичення фумарилацетоацетату, який є алкілуючим агентом, призводить до
алкілування ДНК і туморогенезу. Дієта дітей з такими вадами повинна містити
мінімальну кількість тирозину і фенілаланіну.
Алкаптонурія – рідкісне спадкове метаболічне
захворювання, що розвивається внаслідок генетичного дефекту
гомогентизатоксидази. Вміст гомогентизинової кислоти збільшується в крові і
вона виділяється з сечею. На повітрі гомогентизинова кислота аутоокислюється до
відповідного хінону, який полімеризується з утворенням пігменту чорного
кольору. При тривалій хворобі гомогентизинова кислота в крові і тканинах
повільно окислюється до темного пігменту, який відкладається в хрящах, кістках
та інших сполучнотканинних структурах (охроноз).
Альбінізм. Генетично детермінована
відсутність або недостатність фермента тирозинази призводить до зниження
продукції або відсутності меланіну в шкірі, волоссі, очах. Зниження вмісту
пігменту в шкірі зумовлює високу чутливість альбіносів до сонячного світла,
підвищується ризик розвитку раку шкіри і сонячних опіків. Відсутність пігменту
в райдужці ока призводить до фотофобії, знижується гострота зору, може
розвинутися косоокість і ністагм.
Обмін
триптофану
Триптофан є незамінною амінокислотою
і попередником у синтезі таких фізіологічно активних сполук, як серотонін і
нікотинамід (вітамін РР). З триптофану утворюється приблизно 50 % необхідного
для організму нікотинаміду, решту надходить з їжею.
Основний, або окисний шлях, яким метаболізується
близько 95 % амінокислоти, починається з його окислення ферментом триптофандиоксигеназою (піролазою) до
формілкінуреніну. Серотоніновий шлях метаболізму триптофану починається з його
гідроксилювання до 5-гідрокситриптофану ферментом триптофангідроксилазою. Декарбоксилювання 5-гідрокситриптофану
ПАЛФ-залежною декарбоксилазою
призводить до утворення серотоніну.
Серотонін виконує функції
нейротрансміттера в мозку, його дефіцит є одним з факторів формування
депресивних станів і тяжких форм мігрені. Серотонін також викликає скорочення
гладеньких м’язів артеріол і бронхіол, підвищує функціональну активність
тромбоцитів і їх схильність до агрегації, бере участь у процесах алергії і
запалення, підсилює перистальтику кишечника і його секреторну активність.
Похідним серотоніну є мелатонін.
Деградація серотоніну відбувається
під впливом моноамінооксидази і альдегіддегідрогенази з утворенням
кінцевого продукту 5-гідроксиіндолоцтової кислоти, яка виділяється з сечею.
Хвороба
Хартнупа –
спадкові розлади всмоктування в кишечнику і реабсорбції в ниркових канальцях
триптофану та інших нейтральних амінокислот. Виникає дефіцит триптофану в
організмі, що призводить до недостатнього синтезу нікотинової кислоти і
серотоніну. Хвороба проявляється пеллагроподібними змінами шкіри, мозочковою
атаксією, порушенням розумового розвитку, аміноацидурією, індиканурією.
Обмін
гістидину
Гістидин належить до незамінних
глюкогенних амінокислот. Фермент гістидаза
відщеплює вільний аміак від гістидину, в результаті чого утворюється урокаїнова
кислота. Дві наступні реакції ведуть до утворення іміноглутамінової кислоти.
Потім формімінова група від іміноглутамату переноситься на тетрагідрофолієву
кислоту і утворюється глутамінова кислота.
Гістидинемія
- спадкове захворювання, зумовлене
дефіцитом гістидази. В крові і сечі підвищується вміст гістидину, зрідка можуть
спостерігатися порушення розумового розвитку. Обмеження гістидину в дієті
нормалізує біохімічні аномалії.
При декарбоксилюванні гістидину
ферментом гістидиндекарбоксилазою утворюється
гістамін. Гістамін відіграє важливу
роль у розвитку алергічних реакцій і запалення, розширює судини, знижує
кров’яний тиск, викликає спазм гладеньких м’язів бронхів, посилює секрецію
соляної кислоти і пепсину в шлунку, пригнічує звільнення нейромедіаторів (ГАМК,
ацетилхоліну, серотоніну, норадреналіну) в ЦНС.
Обмін
проліну
Пролін і гідроксипролін є основними
амінокислотами колагену. Пролін утворюється з глутамату і перетворюється на
глутамат, тому належить до замінних глюкогенних амінокислот.
На першому етапі глутамінова
кислота відновлюється до глутаматсеміальдегіду у реакції, що вимагає НАДФН+Н+
і АТФ. Пролін конвертується проліноксидазою
до D-пірролін-5-карбоксилату, який
знаходиться у рівновазі з глутаматсеміальдегідом. Останній або окислюється до
глутамату, або трансамінується до орнітину. Орнітин може декарбоксилюватися орнітиндекарбоксилазою до путресцину,
який служить джерелом для синтезу фізіологічно активних поліамінів спермідину і сперміну.