Автор текста – Анисимова Елена Сергеевна. Авторские права защищены. Продавать текст нельзя. Курсив НЕ НУЖНО зубрить.
Замечания можно присылать по почте:
exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
Параграф 63.
«Декарбоксилирование и его биологические функции».
Д е к а р б о к с и л и р о в а н и е АК (ДК-ние).
Де/карбоксил/ирование – это отщепление карбоксильной группы от АК (приставка де- означает удаление) в виде СО2.
Продукты ДК-ния называются биогенными аминами (п.ч. у них есть аминогруппа) и очень важны для организма: аминоами и продуктами ДК-ния являются ГАМК, серотонин, дофамин и другие вещества. Ферменты, которые катализируют ДК-ние, называются декарбоксилазами – ДК. Для работы ДК-лаз нужен кофермент пиридоксаль/фосфат (ПФ) – соединение пиридоксаля (альдегидной формы В6) и фосфата, образуется при присоединении фосфата к В6 (при фосфорилировании В6).
1. При ДК-нии г л у т а м а т а образуется ГАМК: Гамма-АминоМасляная Кислота. Катализирует синтез ГАМК фермент глутамат/декарбоксилаза (с участием кофермента ПФ и В6 в его составе). Это очень важная реакция, т.к. от ее активности зависит [ГАМК]. Функции глутамата и ГАМК: глутамат и ГАМК – главные нейромедиаторы головного мозга, но глутамат – возбуждающий (активирующий), а ГАМК – тормозящий (ингибирующий). От соотношения [глутамата] и [ГАМК] зависит тонус головного мозга; нарушение соотношения в сторону дефицита ГАМК может привести в крайнем случае – к эпилептическому припадку. При избытке ГАМК возникнуть заторможенность и т.д.. Причиной дефицита действия ГАМК может быть: 1) дефицит рецепторов ГАМК или их активности (из-за особенностей генов, из-за связывания лигандов и т.д.), 2) дефицит самой ГАМК при снижении синтеза ГАМК а) из-за дефицита ПФ, В6 и б) глутамат/ДК и т.д.). Реакция ДК-ния глутамата и синтеза ГАМК:
Г л у т а м а т ; – СО2 Г А М К Функция ГАМК Последствия дефицита ГАМК
Н2N – СН – СООН
|
(СН2)2–СООН Глутамат/Декарбоксилаза
КоФ – ПиридоксальФосфат
с В6 в его составе Н2N – СН – Н
|
(СН2)2–СООН Главный тормозной
нейромедиатор
головного мозга Эпилептический припадок
(в крайнем случае),
тревожность, мании
Формула ГАМК пишется, как формула глутамата, но без СООН группы при (бывшем) ;-углеродном атоме углерода.
2. ДК-ние о р н и т и н а приводит к образованию амина, который называется путресцином. У путресцина есть две аминогруппы, поэтому он носится к диаминам. Путресцин нужен для синтеза полиаминов – этих веществ много в ядре; функции полиаминов: считается, что полиамины участвуют в регуляции деления и дифференцировки. Примеры полиаминов – спермин и спермидин; кроме путресцина, для их синтеза нужен SAM. Путресцин – орнитин без СООН.
ДК-ние лизина дает диамин кадаверин. Кадаверин и путресцин относятся к трупным ядам.
О р н и т и н ; – СО2 Путресцин ; П о л и а м и н ы Функция полиаминов
Н2N–СН–СООН
|
Н2N–(СН2)3 орнитин/ДК-лаза
КоФ – ПФ
с В6 в его составе Н2N–СН– ___ Н
|
Н2N–(СН2)3 Получает
от SАМ
НЕ метил Вещества с неск.
-NH2 аминогруппами
– ПОЛИамины Регуляция синтеза ДНК
и белка ; деления и дифференцировки клеток
Н2N–СН–СООН
| лизин
Н2N–(СН2)4
; Н2N–СН–Н диамин
| кадаверин
Н2N–(СН2)4 В организме человека кадаверин может образовываться микробами. (В клетках человека не обнаружен фермент
для ДК-ния лизина?).
3. ДК-ние с е р и н а дает этанолАМИН. При присоединении к азоту этаноламина трех метильных (СН3-) групп (при метилировании) образуется холин. Функции холина (и ЭА) : 1) холин нужен для синтеза ацетилхолина – главного нейромедиатора периферической нервной системы (второй медиатор – норадреналин) и медиатора головного мозга (важен для памяти); отсутствие ацетилхолина несовместимо с жизнью (не сокращается мускулатура диафрагмы – нет дыхания), 2) холин, этаноламин и серин нужны для синтеза мембранных липидов (сфингомиелина, фосфатидил/холина, фосфатидил/этаноламина и фосфатидил/серина), в том числе для новых клеток при пролиферации. При дефиците В6 ДК-ние и образование ацетилхолина и мембранных липидов снижается (дефицит мембранных липидов приводит к дерматитам и другим последствиям сниженного деления клеток, к патологии нервов). Источником метильных групп является SAM (активная форма метионина), нужны метионин, фолат и В12; катализатор присоединения метила – метил/трансфераза. Для синтеза ацетилхолина нужен источник ацетила (ацетилКоА) и фермент ацетил/трансфераза.
С е р и н ; – СО2 этанолАМИН ; Х О Л И Н ; Функция холина
Н2N–СН–СООН
|
СН2 – ОН серин/ДК-лаза
КоФ – ПФ
с В6 в его составе Н2N–СН–Н
/
СН2 – ОН +3 [СН3]
(метила)
от SAM (СН3)3N+–СН–Н
|
СН2–ОН Для синтеза ацетилхолина (гормон) и фосфолипидов (для мембран и ЛП )
Этаноламин – серин без СООН. Чтобы получить формулу холина, нужно к N этаноламина дописать три СН3.
4. Для образования КоА нужно ДК-ние остатка цистеина, входящего в состав предшественника КоА (кроме цистеина, он содержит пантотенат, АДФ, фосфат). Декарбоксилированый фрагмент цистеина называется тио/этил/амином (отличается от этаноламина только наличием S на месте атома О). Без В6 КоА не образуется. Для АПБ тио/этиламин тоже нужен. Функции КоА: перенос ацилов в ЦТК, липидном обмене, синтезе гетеро/полисахаридов и т.д.
Цистеин c R ; – СО2 ТИОэтилАМИН Функции КоА (нек.) При ; f при дефиците КоА
Н2N–СН–СООН
|
СН2 – SН ДК-лаза
КоФ – ПФ
с В6 в его составе Н2N–СН–Н
/ часть КоА
СН2 – SН Перенос ацилов в ЦТК Дефицит АТФ и АК, слабость, …
В липидном обмене Нарушения, мало АТФ
Синтез гетероПС ; регенерации соединительной тк.
Формула ТИОэтиламина пишется, как формула цистеина, но без СООН. Цистеин похож на серин (S Цис на месте О в Сер).
5. Синтез таурина. При окислении -SH группы цистеина до (-SO3H) образуется цистеинАТ. При ДК-нии цистеинАТа образуется таурин. Функции таурина: 1) считается тормозным регулятором и 2) нужен для синтеза желчных кислот (коньюгат желчной кислоты с таурином называется таурохолатом) для усвоения липидов и ЖРВ.
Ц и с т е и н ; цистеинАТ ; – СО2 Т А У Р И Н Функция таурина
Н2N–СН–СООН
|
СН2 – SН Окисление
+ О2,
оксигеназы Н2N–СН–СООН
| ;
СН2 –SО3Н цистеинАТ/ДК,
КоФ – ПФ
с В6 в его составе Н2N–СН–Н
| ;
СН2 –SО3Н Тормозной медиатор
для синтеза таурохолатов
для ЖРВ и ; риска ЖКБ …
Формула цистеина пишется, как формула цистеина, но с добавлением О3 между S и Н. Таурин – цистеинат без СООН.
6. ДК-ние гистидина дает гистамин. Функции гистамина: 1) через Н1-рецепторы гистамин способствует воспалению и аллергии (за счет расширения сосудов, увеличения проницаемости сосудов; поэтому для снижения аллергии блокируют Н1-рецепторы), а также снижению давления, 2) через Н2-рецепторы гистамин увеличивает секрецию HCl в желудке (поэтому при лечении пептической язвы блокируют Н2-рецепторы). Гистамин – гистидин без СООН.
Г и с т и д и н ; – СО2 гистАМИН Функции гистамина (нек.) Р е з у л ь т а т блокады
Н2N–СН–СООН
/
СН2–
гистидинДК-лаза
КоФ – ПФ
с В6 в его составе Н2N–СН–СООН
/
СН2–
Воспаление, аллергия (Н1) Снижение аллергии (и иммунитета?)
Снижение арт. давления Повышение давления?
; секреции HCl и [HCl] для
пищеварения и антибактер. Снижение [HCl] при лечении язвы
(за счет блокады Н2-рецепторов)
7. Напоминание. При присоединении одного атома О к субстрату образуется ОН группа (гидроксильная) – этот процесс называется гидроксилированием и катализируется гидроксилазами. Источником атома О является молекула О2, второй атом О превращается в воду, получая два Н от НАДФН (, Н+); НАДФН – кофермент гидроксилаз (иногда аскорбат), в состав кофермента входит витамин РР. При присоединении атома О (при гидроксилировании Фен) образуется Фен с гидроксильной группой: моно/гидрокси/Фен = тирозин. При присоединении атома О к тирозину образуется тирозин с гидрокси/группой (он же – Фен с двумя гидрокси/группами, поэтому вещество называется:) ДиОксиФенилАланин (ДОФА). Гидроксилирование тирозина катализируется тирозин/гидроксилазой. ДК-ние ДОФА дает амин, который называется доф/амином (ДА). Функции ДА: 1) предшественник норадреналина и адреналина (мобилизуют силы при стрессе, НА дает собранность, внимательность и т.д.), 2) нейромедиатор головного мозга, важный а) для координации и активности движений, б) для воображения, творчества, фантазии, любознательности, обучаемости, в) для нормальной выработки половых гормонов и, следовательно, для репродукции, г) для способности радоваться, 3) гормон, влияющий на почки (выводит воду), сосуды, кишечник (замедляет). Формула ДОФА пишется, как Фен с двумя ОН (в 3 и 4 положении). ДА – как ДОФА без СООН.
Т и р о з и н ; + [О] ДиОксиФенАл. ; – СО2 дофАМИН = ДА Функции дофамина
Н2N–СН–СООН
/
СН2–
+ О2 / – Н2О
+НАДФН,Н+
–НАДФ+
Тирозин-
гидроксилАЗА Н2N–СН–СООН
/
СН2–
ДК-лаза аром. АК
КоФ – ПФ
с В6 в его составе
(без В6 реакция не идет и ДА нет) Н2N–СН– ___ Н
/
СН2–
предшественник НА и А,
двигательная и психическая
активность, воображение,
«гормон счастья»,
репродукция
8. Присоединение атома О к триптофану (по 5-му положению) дает 5-гидрокси/триптофан. ДК-ние 5-ОН-Три дает амин, который называется 5-ОН-трипт/амином = серотонином. Функции серотонина: 1) предшественник мелатонина (не путать с меланином; МТ влияет на биоритмы, на иммунитет, вырабатывается в темноте в эпифизе), 2) нейромедиатор головного мозга, важный для способности радоваться, для дружелюбия (снижает агрессию), для смелости, 3) способствует заживлению (а) снижает кровотечение, стимулируя свертывание крови, б) стимулирует воспалительные и иммунные процессы, в) стимулирует деления клеток), 4) стимулирует перистальтику (препятствуя застою и запорам). Без В6 серотонина нет.
Формула 5-ОН/триптофана пишется, как триптофан с ОН в 5-м положении, СТ – это 5-ОН-Триптофан без СООН.
триптофан ; +[О] 5-ОН-триптофан ; – СО2 Серотонин = СТ Функции серотонина
Н2N–СН–СООН
/
СН2–
+ О2 / – Н2О
+НАДФН,Н+
–НАДФ+
триптофан-
гидроксилАЗА Н2N–СН–СООН
/
СН2–
ДК-лаза аром. АК
КоФ – ПФ
с В6 в его составе
(без В6 реакция не идет и СТ нет) Н2N–СН– Н
/
СН2–
предшественник МТ,
«гормон счастья» и доброты,
стимулирует заживление,
увеличивает иммунитет,
перистальтику
Превращение серотонина в мелатонин происходит в результате присоединения метила (к О) и ацетила (к N).
Обобщение. Некоторые АК подвергаются ДК-нию не сразу, а после окисления (окисление цистеина и гидроксилирование Тир и Три). К некоторым аминам присоединяются дополнительные группы: к этаноламину, к ДА и СТ.
(обобщающая) Д е к а р б о к с и л и р о в а н и е а м и н о к и с л о т .
аминокислоты ; метаболит ; – СО2 амины Функции аминов Последствия при дефиците
1. Глутамат - ; – СО2 ГАМК Торможение мозга Эпилепсия, мании
2. Орнитин - ; – СО2 Путресцин Для полиаминов нарушение регуляции ДНК
3. Серин - ; – СО2 этанолАМИН Для холина, АХ, мембран Дефицит АХ, мембран
4. Цистеин - ; – СО2 ТИОэтилАМИН Для КоА, ЦТК, липидов, ГПС Нет КоА, ЦТК, АТФ и …
5. Цистеин
-SH + цистеинАТ
-SО3Н ; – СО2 Таурин Медиатор, для синтеза
(таурохолатов) ; усвоение А,Д,Е,К цисПНЖК … , риск ЖКБ
6. Гистидин - ; – СО2 гистАМИН Аллергии, секреция HCl Снижение иммунитета?
7. Тирозин +О ОН-Тир=
ДОФА ; – СО2 дофАМИН Для НА и А, гормон счастья
воображения, репродукции Депрессии, скука,
бесплодие и др.
8. Триптофан +О 5-ОН-Три ; – СО2 серотонин Для МТ, гормон счастья Депрессии, агрессия
Причины дефицита аминов: 1) дефицит витамина В6 в пище (оболочек злаков, яиц, бобовых, орехов и т.д.), 2) нарушение превращения В6 в ПФ, 3) снижение активности ДК-лаз из-за мутаций генов, которые их кодируют, или из-за подавления активности этих генов (из-за их репрессии) из-за (на правах версии) привычки ныть или испытывать неприязнь. Действие аминов-гормонов требует наличия не только самих аминов, но и их рецепторов и СТС.
Д е г р а д а ц и я аминов.
Избыток аминов не нужен (избыток гистамина увеличивает проявления аллергии, избыток адреналина способствует гипертензии и т.д.), поэтому лишние количества биогенных аминов должны уничтожаться. ГАМК может превращаться в метаболит ЦТК (далее – вступать в реакции ЦТК и катаболизироваться), серотонин и катехоламины превращаются в неактивные метаболиты и выводятся из организма с мочой. Важным ферментом деградации аминов является МоноАминОксидаза (МАО), диамины разрушаются ДиАминОксидазой.
Источники свободных аминокислот:
аминокислоты могут образоваться 1) при распаде белков (протеолизе) пищи или самого организма, 2) при синтезе из углеводов (в том числе через ЦТК) или из других АК при изменении их радикала (при модификации АК). Первичным источником АК является распад белков пищи.
В результате синтеза из углеводов и модификации АК могут образоваться только заменимые АК. Источником незаменимых АК является только распад белков. Протеолиз пищевых белков должен давать 50-75 грамм АК в сутки (см. № 60). Протеолиз белков организма дает около 300-400 грамм АК в сутки (на этот счет мнения есть разные).
Когда происходит распад белка организма? Белки организма подвергаются распаду в следующих случаях: 1) белок стал ненужным (например, фермент ГНГ при сытости), 2) белок нужен, но испорчен окислением или иначе (тогда организм должен синтезировать новые молекулы этого белка), 3) белок нужен и не испорчен, но входящие в его состав АК потребовались организму для синтеза других веществ (других белков, других АК, нейромедиаторов, глюкозы), 4) белки матрикса приходится разрушать, чтобы освободить место для образующихся нервов или сосудов, особенно в эмбриогенезе. Частота распада и синтеза конкретного белка зависит от его функции; ключевые ферменты распадаются, когда перестают быть нужными (орнитин-декарбоксилаза), обычные неключевые ферменты существуют дольше ключевых, структурные белки существуют еще дольше (альбумины, коллаген). Молекул коллагена хватает на несколько недель, поэтому симптомы цинги появляются через несколько недель отсутствия витамина С в пище. Виды внутриклеточного протеолиза. Внутриклеточные белки могут распадаться в лизосомах и в гиалоплазме. Распад в гиалоплазме происходит с затратой АТФ с участием белка убиквитина: убиквитин присоединяется к белкам клетки, которые должны распасться (является меткой для белков, подлежащих протеолизу). Комплекс молекул, при участии которых происходит протеолиз в гиалоплазме, называют протеасомой.
Основные пути обмена аминокислот (и роль пиридоксаль/фосфата): 1) обмен по карбоксильной группе (СООН), 2) по аминогруппе (-NH2, имеются в виду группы, связанные с ;-углеродным атомом) и 3) обмен по радикалу. Обмен по СООН группе заключается либо в ее удалении (см. выше декарбоксилирование), либо в связывании аминоацила с тРНК – это называется активацией и рекогницией АК и происходит для использования АК в синтезе белка (путь для большинства АК). Обмен по аминогруппе заключается в ее замене на кетогруппу при реакции с кетокислотой (переаминирование) или в удалении в виде аммиака (см. дезаминирование). Обмен по радикалу заключается в изменении радикала, в результате чего АК превращается в другую АК (см. источники АК в организме). Примеры обмена по радикалу: превращение аспартата в аспарагин и глатамата в глутамин, серина в глицин или в Цис, Фен в Тир: см. синтез заменимых АК. Переаминирование и дезаминирование (см. № 64 и 65) приводят к удалению азота из АК (который превращается в аммиак и должен обезвредиться: № 66) и к превращению АК в метаболит ЦТК или кетоновое тело. Поступая в ЦТК, АК или превращается в глюкозу (этот путь нужен при гипогликемии, для способности организма выжить при отсутствии глюкозы в пище более суток), или распадается до СО2, отдавая атомы Н в ДЦ – этот путь нужен при потребности клетки в АТФ. ПФ участвует в большинстве реакций с участием АК: ДК, переаминирование и те, которых нет в программе.
По СООН группе По аминогруппе По радикалу
1.
Что происходит Реакция с тРНК
(замена ОН
атомов на тРНК) Отщепление
= декарбокси-
лирование Замена на кето:
переамини-
рование Удаление
в виде NH3
(дезамин-е) Изменение R
(модифи-
кация)
2. Во что превращается АК Аминоацил-тРНК Амины кетокислота и … Кетокислота и NH3 Др. АК
3. Для чего нужен процесс Для синтеза белка Получение аминов Синтез глюкозы или АТФ (голод) Синтез АК и …
4. Фермент процесса АА-тРНК-синтетаза ДК-лазы АТрансферазы Глу-ДГ См. № 67
5. КоФ и витамин АТФ ПФ с В6 в его составе НАДФН с РР См. 67
Ф у н к ц и и г и с т а м и н а .
Рецепторы гистамина эффект Последствия блокады рецепторов При лечении какого заболевания блокируют
Н1-рецепторы Воспаление, аллергия Снижение воспаления и аллергии При лечении аллергии
Н2-рецепторы ; [HCl] и препепсина Снижение [HCl] и препепсина При лечении пептической язвы
Белок, осуществляющий транспорт хлорида в полость желудка, называется кистофиброзным трансмембранным регулятором проводимости (имеется в виду – проводником хлорида через мембрану; т.к. «за хлоридом» идет и вода, то от активности этого белка зависит, насколько жидкими будут секреты, в т.ч. в ЖКТ) и сокращенно обозначается . Кистофиброзным он называется потому, что при его дефекте развивается заболевание, которое назвали кистофиброзом (гомозиготы не доживают до взрослого возраста из-за слишком густых секретов, зато гетерозиготы имеют повышенные шансы на выживание при холере).
Примечание:
В формулы гистидина, тирозина, триптофана, фениламиланина и их производных нужно самим дорисовать ароматические кольца.