Тема 9. 3. Трансаминирование и дезаминирование аминокислот

1. Промежуточный обмен аминокислот чаще всего начинается с отщепления α-аминогруппы от аминокислоты. Это происходит с помощью двух типов реакций:

• трансаминирования;

• дезаминирования.

Трансаминирование - реакция переноса аминогруппы с аминокислоты (донора) на α-кетокислоту (акцептор), в результате чего образуются новая кетокислота и новая аминокислота. Реакция обратима.

Реакция трансаминирования происходит с участием ферментов аминотрансфераз (трансаминаз), которые локализованы в цитозоле и митохондриях клеток практически всех органов. Коферментом этих ферментов является производное витамина В₆ - пиридоксальфосфат. Трансаминированию подвергаются все аминокислоты, кроме лизина, треонина и пролина.

Аминотрансферазы обладают субстратной специфичностью к разным аминокислотам. В тканях человека обнаружено более 10 различных аминотрансфераз. Наиболее распространенными являются:

• аспартатаминотрансфераза (АСТ), по обратной реакции - глутаматоксалоацетаттрансаминаза;

• аланинаминотрансфераза (АЛТ), по обратной реакции - глутаматпируваттрансаминаза.

Название каждой аминотрансферазы включает названия субстратов:

• донора аминогруппы (аминокислоты);

• акцептора аминогруппы (α-кетокислоты). Например, фермент, катализирующий реакцию

называется глутаматоксалоацетатаминотрансфераза. По субстратам обратной реакции этот фермент называется аспартатаминотрансферазой (АСТ). Название акцептора - α-кетоглутарата - из названия фермента обычно исключается, так как эта кетокислота является основным акцептором аминогрупп в организме.

Основными донорами аминогрупп в реакциях трансаминирования являются глутамат, аспартат и аланин.

Реакции трансаминирования играют большую роль в обмене аминокислот.

• Путем трансаминирования из соответствующих α-кетокислот синтезируются заменимые аминокислоты, если их в данный момент в ткани недостаточно. Таким образом происходит перераспределение аминного азота в тканях и органах.

• Трансаминирование - один из начальных этапов катаболизма аминокислот. Образующиеся α-кетокислоты могут затем окисляться в цикле трикарбоновых кислот, а некоторые - использоваться для синтеза глюкозы или кетоновых тел.

Трансаминирование происходит во многих тканях, но наиболее активно - в печени.

2. В клинике широко используется определение активности некоторых аминотрансфераз в сыворотке крови, особенно часто - АСТ и АЛТ. Эти ферменты являются органоспецифическими, наиболее активны в клетках печени и сердца. В норме их активность в крови мала - 5-40 ЕД/л.

Существуют изоферменты АСТ: цитозольная форма (ц-АСТ) и митохондриальная (м-АСТ). В печени, миокарде и большинстве других органов м-АСТ представляет 80% массы фермента, но в сыворотке - лишь менее 12% как у здоровых людей, так и у больных. Повышение активности м-АСТ в сыворотке крови имеет место при острых поражениях печени, инфаркте миокарда, сопровождающихся некрозом тканей и разрушением клеточных мембран, при этом повышение активности м-АСТ отражает тяжесть болезни, поражение органа и прогноз.

Определение активности АЛТ и АСТ применяется для диагностики заболеваний миокарда и печени, в том числе при отравлении хлорорганическими соединениями, используемыми на химических производствах (CCl₄, хлороформ и др.). В этом случае активность ферментов в сыворотке крови увеличивается до 400 ед. и больше.

• Особенно важное значение для диагностики имеет увеличение активности АЛТ при безжелтушных формах вирусного гепатита.

• Для определения степени поражения печени и сердца определяют соотношение активностей АСТ-АЛТ в сыворотке крови - коэффициент де Ритиса, который в норме составляет 1,33+0,42.

• При гепатитах активность АЛТ увеличивается в 6-8 раз по сравнению с нормой, а АСТ - в 2-4 раза (рис. 9.4). Коэффициент де Ритиса уменьшается до -0,6. Однако при циррозе печени коэффициент де Ритиса приближается к 1,0 вследствие развивающегося некроза тканей и выхода в кровь митохондриальной фракции АСТ.

• При инфаркте миокарда активность АСТ увеличивается в 8-10 раз, а активность АЛТ - в 1,5-2 раза (рис. 9.5). Коэффициент де Ритиса значительно увеличивается. При стенокардии, пороках сердца, инфаркте

легкого активность аминотрансфераз в крови не увеличивается, что дает возможность дифференциальной диагностики заболеваний сердца.

Рис. 9.4. Активность аминотрансфераз сыворотки крови при остром гепатите

Рис. 9.5. Активность аминотрансфераз сыворотки крови при инфаркте миокарда

Особую важность имеет возможность дифференциальной диагностики тяжести заболеваний печени и сердца, а также анализ динамики течения заболевания.

3. Катаболизм аминокислот начинается с реакции дезаминирования - удаления α-аминогруппы, которая выделяется в виде аммиака и образования безазотистого остатка (α-кетокислоты). При дезаминировании в отличие от трансаминирования общее количество аминокислот уменьшается.

Продукт дезаминирования аммиак -токсичное соединение, в клетках подвергается обезвреживанию.

Безазотистый остаток представляет собой α-кетокислоту, которая включается:

• в реакции окисления до СО₂ и Н₂О;

• в реакции трансаминирования для синтеза заменимых аминокислот;

• в анаплеротические реакции для восполнения убыли метаболитов ОПК или для синтеза других соединений;

• в глюконеогенез;

• в кетогенез.

Дезаминированию подвергаются все аминокислоты кроме лизина и пролина (табл. 9.3).

Существует несколько типов реакций дезаминирования:

• окислительное - характерно только для Глу;

• неокислительное - характерно для Сер, Тре и Гис;

• непрямое - для остальных аминокислот.

Прямому окислительному дезаминированию подвергается только глутамат. Окислительное дезаминирование глутамата происходит под действием фермента глутаматдегидрогеназы, коферментом которого является NAD+. Реакция идет в митохондриях многих тканей, наиболее активно - в печени. В реакцию неокислительного дезаминирования вступают:

• серин и треонин - с отщеплением воды;

• гистидин - внутримолекулярным способом.

Большинство аминокислот подвергается в клетке непрямому дезаминированию, которое включает две стадии:

А. Трансаминирование с α-кетоглутаратом и образование Глу в цитозоле клетки;

Б. Окислительное дезаминирование Глу в митохондриях.

Центральную роль в непрямом дезаминировании играют глутамат и α-кетоглутарат.

Другой тип дезаминирования аминокислот - непрямое неокислительное - происходит с участием цикла ИМФ-АМФ и характерен для мышечной ткани и мозга, в которых глутаматдегидрогеназа малоактивна:

Аминогруппа аминокислот с помощью двух последовательных реакций трансаминирования переносится на ИМФ с образованием АМФ, который гидролитически дезаминируется с выделением аммиака.

Таблица 9.3. Реакции дезаминирования аминокислот

Катаболизм аминокислот и, соответственно, реакции дезаминирования ускоряются при:

• голодании в результате ускорения распада белков тканей;

• поступлении с пищей больших количеств белка;

• сахарном диабете и других длительно протекающих тяжелых заболеваниях, также сопровождающихся распадом тканевых белков.