Метаболизм аргинина. Окисление аргинина до конечных продуктов, биоэнергетика процесса. Орнитиновый цикл.

АРГИНИН: 1) частично заменимая аминокислота (может синтезироваться в орнитиновом цикле)

                2) гликогенная

                3) с положительно заряженным радикалом

1.в организм поступает с пищей

2. образуется при протеолизе эндогенных белков и в орнитиновом цикле

3. входит состав ядерных белков – гистонов

4. в ферментах – остатки аргинина участвуют в формировании и функционировании их активного центра

5. одна из важнейших реакций для организма с участием аргинина – реакция образования оксида азота (NO – первичный мессенджер, он взаимодействует с геном гунилатциклазы, и приводит образованию цГМФ (вторичного мессенджера)-расширяет сосуды, снижает частоту сердечных сокращений.) NO – регулирует апоптоз, предотвращает агрегацию тромбоцитов, выполняет функцию нейромедиатора, препятствует развитию опухолей.

6. аргинин – используется в синтезе биогенных аминов (путресцина, спермина, спермидина), креатинфосфата

7. у микроорганизмов аргинин используется в синтезе аргининфосфата

8. при декарбо ксилировании аргинина образуется агматин

9. углеводородный скелет аргинина может участвовать в синтезе углеводородов, липидов, аминокислот и др. соединений.

10. при нарушении всасывания аргинина и некоторых аминокислот – заболевание – гипераргинемия – увеличение концентрации аргинина в крови

 КАТАБОЛИЗМ АРГИНИНА

 

α- Кетоглутарат окисляется ч/з 2,5 оборота ЦТК. Биоэнергетика окисления аргинина – 22 молекулы АТФ

Орнитиновый цикл

Мочевина - основной конечный продукт азотистого обмена

В 40-х годах XX века немецкие биохимики Г. Кребс и К. Гензелейт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, состоящий из нескольких стадий, ключевым соединением которого, замыкающим цикл, является орнитин. Поэтому процесс синтеза мочевины получил название "орнитиновый цикл".

Мочевина (карбамид) - полный амид угольной кислоты - содержит 2 атома азота. Источником одного из них является аммиак, который в печени связывается с диоксидом углерода с образованием карбамоилфосфата под действием карбамоилфосфатсинтетазы I.

 Далее под действием орнитинкарбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на α-аминокислоту орнитин, и образуется другая α-аминокислота - цитруллин

В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg²⁺. В реакции затрачивается 1 моль АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей. Аспартат - источник второго атома азота мочевины

Далее фермент аргининосукцинатлиаза (аргининосукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина

Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са²⁺ или Мn²⁺. Высокие концентрации орнитина и лизина, являющихся структурными аналогами аргинина, подавляют активность этого фермента:

Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.

Первые две реакции процесса происходят в митохондриях гепатоцитов. Затем цитруллин, являющийся продуктом этих реакций, транспортируется в цитозоль, где и осуществляются дальнейшие превращения

Метаболизм гистидина. Альтернативные пути катаболизма гистидина. Образование гистамина и его роль в организме.

ГИСТИДИН:

1)частично заменимая

2)гликогенная

3) с положительно заряженным радикалом

МЕТАБОЛИЗМ:

1) организм взрослого человека может продолжительное время существовать без поступления этой аминокислоты с пищей, однако растущий организм в ней нуждается

2) радикалы гистидина участвуют в формировании третичной структуры белков

3) некоторые ферменты содержат радикалы гистидина в каталитическом участке активного центра

4)остатки гистидина играют роль также в молекуле гемоглобина – каждая из четырех полипептидных цепей присоединена к молекуле гемма ч/з координационную связь м/уазотом имидазола гистидина протомера и железом гемма.

5) ряд остатков гистидина гемоглобина участвуют в транспорте протонов от периферических тканей к легким, т.к. легко присоединяют и легко отдают протоны

6) др остатки гистидина в гемоглобине участвуют в связывании 2,3- дифосфоглицерата – регулирует сродство гемоглобина к кислороду

7) гистидин используется в синтезе дипептидов карнозина и ансерина (они – полуфункциональные молекулы, выполняют буферную функцию, защищают клетки от действия активных форм кислорода, замедляют старение организма, активируют гуанилатциклазу)

8)в головном мозге человека присутствует гомокарнозин, который синтезируется из гистидина и y-аминомасляной кислоты.

9) существуют 2 пути катаболизма гистидина:1-гистидин преобразуется до гидантоин-5-пропионовой кислоты, в виде которой поступает в мочу; 2-гистидин трансформируется до α-кетоглутаровой кислоты, дальнейшее окисление в цикле Кребса и цепи переноса электронов

10) БИОЭНЕРГЕТИКА: окисления гистидина ч/з цикл Кребса и ЦПЭ (цепь переноса электронов) – 23,5 мол АТФ (с учетом обезвреживания аммиака в орнитиновом цикле и трансаминазной реакции) или 26 мол АТФ (с учетом обезвреживания аммиака в орнитиновом цикле и глутаматдегидрогеназной реакции)

Декарбоксилирование гистидина приводит к образованию гистамина (фермент – декарбоксилаза ароматическихL-аминокислот, неспецифических по отношению к гистидину ферментом)

Гистамин выполняет функцию нейромедиатора в нервной ткани и медиатора в других тканях, депонируется в тучных клетках соединительной ткани базофильных гранулоцитах крови, участвует в развитии аллергических и воспалительных реакций. Высвобождение гистамина из его депо стимулируют тканевые гормоны, некот-ые лекарственные препараты и аллегрены. Гистамин стимулирует сокращение гладких мышц бронхов (ч/з Н1 рецептор), расширяет капилляры и повышает их проницаемость; ч/з Н2 рецептор стимулирует образование HCl в желудке и замедляет сердечный ритм, а ч/з Н3 рецептор активирует ЦНС. В организме гистамин быстро разрушается, превращаясь а имидазолацеториботид, который удаляется с мочой

Метаболизм метионина. Образование S -аденозилметионина и его участие в реакциях метилирования. Катаболизм метионина до конечных продуктов, биоэнергетика процесса.

МЕТИОНИН: 1)гликогенная

                           2)незаменимая

3) с неполярным радикалом

 

S-аденозилметионин (SАМ) – активная форма метионина

1) образуется в реакции метионина с АТФ

2) участвует в реакциях метилирования

3) метилированию подвергаются – нуклеиновые кислоты, белки, гормоны и др. (метилирование нукл кислот по азотистым основаниям защищает их от действия нуклеаз, ферментов, гидролизирующих нукл кислоты)

4) участвуя в реакциях метилирования, SАМ преобразуется до сукцинил-КоА

 

5) преобразование SАМ в сукцинил-КоА тормозится при недостатке метионина (она незаменимая АК). В этом случае происходит регенерация метионина из гомоцистеина (промежуточный продукт катаболизма SАМ) метаболизм

Катаболизм

БИОЭНЕРГЕТИКА: окисление метионин    сукцинил-КоА     ЦТК – 26 мол АТФ, но с учетом предыдущих этапов и затрат на нейтрализацию аммиака энергетический баланс – 19,5 мол АТФ