Дезаминирование
Катаболизм аминокислот начинается с дезаминирования
У человека основным способом дезаминирования является окислительное дезаминирование. Выделяют два варианта окислительного дезаминирования: прямое и непрямое.
Прямое окислительное дезаминирование
Прямое дезаминирование катализируется одним ферментом, в результате образуется NH3 и кетокислота. Прямое окислительное дезаминирование может идти в присутствии кислорода (аэробное) и не нуждаться в кислороде (анаэробное).
1. Аэробное прямое окислительное дезаминирование катализируется оксидазами D-аминокислот (D-оксидазы) в качестве кофермента использующими ФАД, и оксидазами L-аминокислот (L-оксидазы) с коферментом ФМН. В организме человека эти ферменты присутствуют, но практически неактивны.
Реакция, катализируемая оксидазами D- и L-аминокислот
2. Анаэробное прямое окислительное дезаминирование существует только для глутаминовой кислоты, катализируется только глутаматдегидрогеназой, превращающей глутамат в α-кетоглутарат.
Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма (кроме мышечных).
Этот тип дезаминирования теснейшим образом связан с трансаминированием аминокислот и формирует с ним процесс трансдезаминирования (см ниже).
Реакция прямого окислительного дезаминирования
глутаминовой кислоты
В печени реакция используется для получения аммиака из его транспортной формы глутаминовой кислоты. Далее аммиак входит в реакции синтеза мочевины.
Непрямое окислительное дезаминирование (трансдезаминирование)
Непрямое окислительное дезаминирование включает 2 этапа и активно идет во всех клетках организма.
Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аминокислоты на кетокислоту с образованием новой аминокислоты и новой кетокислоты при участии ферментов аминотрансфераз. Этот перенос называется трансаминирование и его механизм довольно сложен.
В качестве кетокислоты-акцептора («кетокислота 2») в организме обычно используется α-кетоглутаровая кислота, которая превращается в глутамат («аминокислота 2»).
Схема реакции трансаминирования
В результате трансаминирования свободные аминокислоты теряют α-NH2-группы и превращаются в соответствующие кетокислоты. Далее их кетоскелет катаболизирует специфическими путями и вовлекается в цикл трикарбоновых кислот и тканевое дыхание, где сгорает до СО2 и Н2О.
При необходимости (например, голодание) углеродный скелет глюкогенных аминокислот может использоваться для синтеза глюкозы в глюконеогенезе. В этом случае количество аминотрансфераз увеличивается под влиянием глюкокортикоидов.
Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от аминокислоты 2 – дезаминирование.
Т.к. в организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота, то только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и α-кетоглутаровой кислоты. Этот этап осуществляется глутаматдегидрогеназой (перейти вверх к ее реакции), которая имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.
Учитывая тесную связь обоих этапов, непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование.
Схема обоих этапов трансдезаминирования
Если реакция прямого дезаминирования идет в митохондриях печени, аммиак используется для синтеза мочевины, которая в дальнейшем удаляется с мочой. В эпителии канальцев почек реакция необходима для удаления аммиака в процессе аммониегенеза.
Так как НАДН используется в дыхательной цепи и α-кетоглутарат вовлекается в реакции ЦТК, то реакция активируется при дефиците энергии и ингибируется избытком АТФ и НАДН.
Роль трансаминирования и трансдезаминирования
Реакции трансаминирования:
- активируются в печени, мышцах и других органах при поступлении в клетку избыточного количества тех или иных аминокислот – с целью оптимизации их соотношения,
- обеспечивают синтез заменимых аминокислот в клетке при наличии их углеродного скелета (кетоаналога),
- начинаются при прекращении использования аминокислот на синтез азотсодержащих соединений (белков, креатина, фосфолипидов, пуриновых и пиримидиновых оснований) – с целью дальнейшего катаболизма их безазотистого остатка и выработки энергии,
- необходимы при внутриклеточном голодании, например, при гипогликемиях различного генеза – для использования безазотистого остатка аминокислот в печени для кетогенеза и глюконеогенеза, в других органах – для его прямого вовлечения в реакции цикла трикарбоновых кислот.
- при патологиях (сахарный диабет, гиперкортицизм) обусловливают наличие субстратов для глюконеогенеза и способствуют патологической гипергликемии.
Продукт трансаминирования глутаминовая кислота:
- является одной из транспортных форм аминного азота в гепатоциты,
- способна реагировать со свободным аммиаком, обезвреживая его.
Процесс трансдезаминирования идет в организме непрерывно, потому что:
27. Дезаминирование аминокислот. Виды дезаминирования. Окислительное дезаминирование. Непрямое дезаминирование аминокислот на примере тирозина
ДЕЗАМИНИРОВАНИе- разрушение NН2-группыс выделением аммиака. В организмевозможны следующие виды:
1. Восстановительное
2.ГИДРОЛИТИЧЕСКОЕ:
3. Внутримолекулярное:
Этитри вида ДЕЗАМИНИРОВАНИЯ имеют местопри гниении.
4. Окислительное. ОКИСЛИТЕЛЬНОМУДЕЗАМИНИРОВАНИЮ подвергается толькоГЛУ.
ОКИСЛИТЕЛЬНОМУДЕЗАМИНИРОВАНИЮ подвергаются и другиеаминокислоты, но этот путь являетсянепрямым. Он идёт через ГЛУ и называетсяпроцессом НЕПРЯМОГО ОКИСЛИТЕЛЬНОГОДЕЗАМИНИРОВАНИЯ.
28. Синтез мочевины (орнитиновый цикл), последовательность реакций. Биологическая роль
Синтезмочевины — основной путь обезвреживанияаммиака — ОРНИТИНОВЫЙ ЦИКЛ.
КАРБОМОИЛФОСФАТ
Образованиемочевины идёт только в печени. Две первыереакции цикла (образование ЦИТРУЛЛИНАи АРГИНИНОСУКЦИНАТА) идут в МИТОХОНДРИЯХ,остальные в цитоплазме. В организме всутки образуется 25гр мочевины. Этотпоказатель характеризует мочевино-образующую функцию печени. Мочевина изпечени поступает в почки, где и выводитсяиз организма как конечный продуктазотистого обмена.
29. Особенности обмена пуриновых нуклеотидов. Их строение и распад. Образование мочевой кислоты. Подагра
Для биосинтеза ПУРИНОВЫХ основанийдоносами атомов и атомных групп являются:
Окислениемочевой кислоты — окисление ПУРИНОВЫХНУКЛЕОЗИДОВ.
Мочеваякислота является конечным продуктомраспада ПУРИНОВЫХ НУКЛ.
Уровеньмочевой кислоты свидетельствует обинтенсивности распада ПУРИНОВЫХоснований тканей организма и пищи.
НАРУШЕНИЕОБМЕНА НУКЛЕОТИДОВ. ГИПЕРУРИКЕМИЯ -повышение уровня мочевой кислоты вкрови указывает на повышенный распаднуклеиновых кислот или пуриновыхнуклеотидов.(подагру).
Заболеваниегенетически детерминировано и носитсемейный характер. При подагре кристаллымочевой кислоты откладываются в суставныххрящах, синовиальной оболочке, клетчатке.
Развивается тяжелый острый механическийподагрический артрит и нефропатии.
30.Генетический код
Генетическийкод и его свойства.
Генетическийкод – способзаписи информации об А-К последовательностинуклеотидов в ДНК или РНК.
Свойства:
-
Триплетность – 3 нуклеотидных остатка кодируют 1 АК
-
Квазидуплетность – информацию об АК несут первые 2 нуклеотида в кодоне, а 3 малозначим
-
Однозначность – каждый триплет кодирует только 1 АК
-
Вырожденность – свойство ген. Кода, при которомодну и ту же АК могут кодировать несколько триплетов
-
Универсальность – свойство в том, что генетический код одинаков почти у всех видов организмов
-
Линейность – информация заключается в зрелой мРНК, в процессе трансляции считывается последовательно, строго в определенном направлении без остановок
-
Коллинеарность – соответствие последовательности кодонов в зрелой мРНК последовательности АК в синтезируемом белке
Современныепредставления о структурно-функциональнойорганизации ДНК: генная (структурные,регуляторные элементы ДНК) и негенная(тандемные повторы, псевдогены, мобильныеэлементы ДНК) области.Основныенаправления молекулярной биологии(OMICS): геномика, транскриптомика, РН-омика.
95%ДНК человека представляет негеннаячасть. 5% — собственно гены.
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕЭЛЕМЕНТЫ ГЕНОМА:
1.СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ
2.РЕГУЛЯТОРНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Структурныегены кодируют синтез МРНК, ТРНК, РРНК.Регуляторные элементы не кодируют РНКи, соответственно, белков; влияют наработу
структурныхгенов.
Негенная часть представлена:
1.ТАНДЕМНЫЕ ПОВТОРЫ монотонные повторы НУКЛЕОТИДОВ, не имеющие смысла. Этотак называемые «пустынные участки»ДНК. В настоящее время смысл этихучастков: выполнение структурной функциии площадки для образования генов вэволюции (эволюционный резерв).
2.ПСЕВДОГЕНЫ — неактивные, но стабильные генетические элементы, возникающие в результате мутации в ранее работавшихгенах (гены, выключенные мутацией). Этопобочный продукт и генетический резервэволюции. Составляют 20 — 30% не геннойчасти ДНК.
3.Мобильные генетические элементы:
-ТРАНСПОЗОНЫ- участки ДНК, способные вырезаться ивстраиваться в другие области
ДНК.Это так называемые «странники генов».
-РЕТРОТРАНСПОЗОНЫ- участки ДНК, копирующиеся в пределахгенома, как внутри
хромосомы,так и между ними. Могут изменять смыслструктурных генов человека, приводятк мутациям. Геном человека изменяетсяв течении жизни на 10 — 30%.-поврежденные неактивные, мобильныегенетические элементы. Не могут нивырезаться, ни встраиваться из-за отсутствия в клетке ОБРАТНОЙ ТРАНСФЕРАЗЫ. Если фрагмент поступаетв клетку с вирусом, то тогда эти геныначинают транскрибироваться.
Основныенаправления молекулярной биологии:
ГЕНОМИКА- отрасль молекулярной биологии, изучающаяструктуру и механизмы работы гена.
Транскриптомика– изуение и идентификация всех мРНК,кодирующих белки, изучение их количестваи закономерностей экспрессии структурныхгенов.
РН-омика– раздел молекулярной биологии,занимающийся изучением и идентификациейвсех некодирующих РНК