متابولیسم اسیدهای آمینه: دریافت انرژی به شکل ATP، تشکیل اجسام گلوکز و کتون. متابولیسم اسیدهای آمینه: مسیرهای متابولیک رایج

اسیدهای آمینه اجزای اصلی همه پروتئین ها هستند. یکی از وظایف اصلی پروتئین ها رشد و ترمیم بافت عضلانی (آنابولیسم) است.

اسیدهای آمینه اجزای اصلی همه پروتئین ها هستند. یکی از وظایف اصلی پروتئین ها رشد و ترمیم بافت عضلانی (آنابولیسم) است.

برای درک تمام پیچیدگی های متابولیسم، مطالعه ساختار مولکولی پروتئین ها ضروری است.

ساختار پروتئین ها و اسیدهای آمینه

پروتئین از کربن، هیدروژن، اکسیژن و نیتروژن تشکیل شده است. همچنین ممکن است حاوی گوگرد، آهن، کبالت و فسفر باشد. این عناصر بلوک های سازنده پروتئین - اسیدهای آمینه را تشکیل می دهند. یک مولکول پروتئین از زنجیره های بلندی از اسیدهای آمینه تشکیل شده است که توسط پیوندهای آمیدی یا پپتیدی به هم متصل شده اند.

غذاهای پروتئینی حاوی اسیدهای آمینه هستند که تنوع آنها به نوع پروتئین موجود بستگی دارد. تعداد بی نهایت ترکیبی از اسیدهای آمینه مختلف وجود دارد که هر کدام ویژگی های پروتئین را مشخص می کند.

در حالی که ترکیبات مختلف اسیدهای آمینه خواص پروتئین را تعیین می کند، ساختار اسیدهای آمینه منفرد بر عملکرد آن در بدن تأثیر می گذارد. یک اسید آمینه شامل اتم مرکزیکربنی که در مرکز گروه آمین با بار مثبت NH قرار دارد 2 در یک طرف و گروه اسید کربوکسیلیک با بار منفی COOH در طرف دیگر. گروه R دیگری به نام زنجیره جانبی، عملکرد اسید آمینه را تعیین می کند.

بدن ما به 20 اسید آمینه مختلف نیاز دارد که به نوبه خود می توانند به گروه های جداگانه تقسیم شوند. نشانه اصلی جدایی خواص فیزیکی آنهاست.

گروه هایی که اسیدهای آمینه به آنها تقسیم می شوند می توانند به شرح زیر باشند.

1. ضروری (EAA). آنها همچنین ضروری نامیده می شوند زیرا بدن قادر به تولید آنها به تنهایی نیست. این آمینو اسیدها را می توانید از غذا دریافت کنید.

این گروه شامل اسیدهای آمینه مانند

• هیستیدین،
• لیزین،
• فنیل آلانین،
• متیونین،
• لوسین،
• ایزولوسین،
• والین،
• ترئونین

2. غیر ضروری (NEAA) یا قابل تعویض. آمینو اسیدهای این گروه توسط بدن شما تولید می شود. برای متابولیسم کامل، آنها کمتر از ضروری نیستند.

اسیدهای آمینه غیر ضروری:

• سیستئین،
• سیستین،
• گلیسین،
• پرولین،
• سرین،
• تریپتوفان،
• تیروزین

پروتئینی که حاوی تمام اسیدهای آمینه ضروری باشد کامل نامیده می شود. و یک پروتئین ناقص، بر این اساس، یا حاوی تمام اسیدهای آمینه ضروری نیست، یا حاوی آن است، اما در مقادیر ناچیز.

با این حال، اگر چندین پروتئین ناقص با هم ترکیب شوند، می توان تمام اسیدهای آمینه ضروری را که یک پروتئین کامل را تشکیل می دهند جمع آوری کرد.

فرآیند هضم

در طی فرآیند هضم، سلول‌های مخاط معده پپسین، پانکراس تریپسین و روده کوچک کیموتریپسین تولید می‌کنند. انتشار این آنزیم ها باعث واکنش تجزیه پروتئین به پپتیدها می شود.

پپتیدها به نوبه خود به اسیدهای آمینه آزاد تجزیه می شوند. این امر توسط آنزیم هایی مانند آمینوپپتیدازها و کربوکسی پپتیدازها تسهیل می شود.

سپس اسیدهای آمینه آزاد از طریق روده ها منتقل می شوند. پرزهای روده با اپیتلیوم تک لایه ای پوشیده شده است که زیر آن رگ های خونی قرار دارند. اسیدهای آمینه وارد آنها می شوند و در سراسر بدن از طریق خون به سلول ها منتقل می شوند. پس از این، فرآیند جذب آمینو اسید آغاز می شود.

بی روحیه

نشان دهنده حذف گروه های آمینه از یک مولکول است. این فرآیند عمدتاً در کبد اتفاق می افتد، اگرچه گلوتامات نیز در کلیه ها از بین می رود. گروه آمینو حذف شده از اسیدهای آمینه در حین انیماسیون به آمونیاک تبدیل می شود. در این حالت، اتم های کربن و هیدروژن می توانند در واکنش های آنابولیسم و ​​کاتابولیسم استفاده شوند.

آمونیاک برای بدن انسان مضر است، بنابراین تحت تأثیر آنزیم ها به اوره یا اسید اوریک تبدیل می شود.

ترانسانیمیشن

ترانسانیمیشن واکنش انتقال یک گروه آمینه از یک اسید آمینه به یک اسید کتو بدون تشکیل آمونیاک است. انتقال به دلیل عمل ترانس آمیناز - آنزیم از گروه ترانسفرازها انجام می شود.

بیشتر این واکنش‌ها شامل انتقال گروه‌های آمینه به آلفا کتوگلوتارات، تشکیل اسید آلفا کتوگلوتاریک و گلوتامات جدید است. یک واکنش مهم ترانس آمیناز آمینو اسیدهای شاخه دار (BCAA) است که مستقیماً در ماهیچه ها جذب می شوند.

در این حالت، BCAA ها حذف شده و به آلفا کتوگلوتارات منتقل می شوند و اسیدهای کتو با زنجیره شاخه ای و اسید گلوتامیک تشکیل می شوند.

به طور معمول، transanimation شامل آمینو اسیدهایی است که در بافت ها فراوان هستند - آلانین، گلوتامات، آسپارتات.

متابولیسم پروتئین

اسیدهای آمینه ای که وارد سلول ها می شوند برای سنتز پروتئین استفاده می شوند. هر سلول در بدن شما نیاز به گردش ثابت پروتئین دارد.

متابولیسم پروتئین شامل دو فرآیند است:

• سنتز پروتئین (فرایند آنابولیک)؛
• تجزیه پروتئین (فرایند کاتابولیک).

اگر این واکنش را در قالب یک فرمول نمایش دهیم، به این شکل خواهد بود.

متابولیسم پروتئین = سنتز پروتئین - تجزیه پروتئین

بیشترین مقدار پروتئین موجود در بدن در ماهیچه ها یافت می شود.

بنابراین، منطقی است که اگر بدن شما در فرآیند متابولیسم پروتئین، پروتئین بیشتری نسبت به از دست دادن دریافت کند، افزایش توده عضلانی مشاهده خواهد شد. اگر در فرآیند متابولیسم پروتئین، تجزیه پروتئین از سنتز فراتر رود، به ناچار توده کاهش می یابد.

اگر بدن به اندازه کافی پروتئین لازم برای زندگی را دریافت نکند، از خستگی می میرد. اما مرگ، البته، فقط در موارد شدید اتفاق می افتد.

برای برآوردن کامل نیازهای بدن، باید بخش های جدیدی از اسیدهای آمینه بدن را تامین کنید. برای این کار، غذاهای پروتئینی کافی بخورید که منبع اصلی پروتئین بدن شما هستند.

اگر هدف شما افزایش توده عضلانی است، باید اطمینان حاصل کنید که تفاوت در شاخص های نشان داده شده در فرمول بالا مثبت است. در غیر این صورت، نمی توانید به افزایش توده عضلانی برسید.

تعادل نیتروژن

نسبت مقدار نیتروژنی است که با غذا وارد بدن شده و دفع می شود. این روند به شکل زیر است:

تعادل نیتروژن = کل مصرف - ضایعات طبیعی - عرق

تعادل نیتروژن در صورتی حاصل می شود که این معادله برابر با 0 باشد. اگر نتیجه بزرگتر از 0 باشد، تعادل مثبت و اگر کمتر باشد منفی است.

منبع اصلی نیتروژن در بدن پروتئین است. در نتیجه، تعادل نیتروژن همچنین می تواند برای قضاوت در مورد متابولیسم پروتئین مورد استفاده قرار گیرد.

برخلاف چربی یا گلیکوژن، پروتئین در بدن ذخیره نمی شود. بنابراین، با تعادل منفی نیتروژن، بدن باید تشکیلات عضلانی را از بین ببرد. این برای اطمینان از زندگی ضروری است.

میزان مصرف پروتئین

کمبود پروتئین در بدن می تواند منجر به مشکلات جدی سلامتی شود.

مصرف روزانه پروتئین

سبک زندگی انسان	میزان مصرف پروتئین
یک فرد معمولی سبک زندگی کم تحرکی دارد و ورزش نمی کند (مرد یا زن)	1.0 - 1.4 گرم بر کیلوگرم وزن بدن
فردی که به طور منظم ورزش های کم شدت انجام می دهد (مرد یا زن)	1.6 - 2.0 گرم بر کیلوگرم وزن بدن
زنی که می‌خواهد عضله بسازد/لاغر شود و استقامت را بهبود بخشد که به طور منظم ورزش‌های شدید انجام می‌دهد	2.0 - 2.4 گرم بر کیلوگرم وزن بدن
مردی که می خواهد عضله بسازد/لاغر شود و استقامت را بهبود بخشد و به طور منظم ورزش های شدید انجام می دهد.	2.0 - 3.0 گرم بر کیلوگرم وزن بدن

نتیجه گیری

رشد ماهیچه ها به طور مستقیم به مقدار پروتئینی که وارد بدن شما می شود و سنتز می شود بستگی دارد. باید میزان پروتئین مصرفی خود را کنترل کنید. در مورد اهداف خود تصمیم بگیرید که می خواهید از طریق تمرینات و رژیم غذایی خود به آنها برسید. با تعیین هدف، می توانید میزان پروتئین روزانه لازم برای عملکرد بدن را محاسبه کنید.

متابولیسم به عنوان تبدیل انرژی

از دیدگاه مولکولی، حیات یک ارگانیسم چند سلولی واکنش های ژنتیکی و بیوشیمیایی پیچیده ای است که به صورت منظم در سطوح سلولی، بین سلولی، بافت، اندام و سیستم سازمان رخ می دهد و متابولیسم یا تعامل بین مولکول ها و اتم ها را منعکس می کند. از انواع مختلف ترکیبات شیمیایی(مواد بیولوژیکی).

به واکنش هایی که در طول متابولیسم رخ می دهد گفته می شود متابولیسمیا واکنش های متابولیکی همانطور که در فصل قبل گفته شد، از جمله ترکیبات شیمیایی اصلی سلول عبارتند از: آب (70-90 درصد حجم) که خواص مواد بیولوژیکی را تعیین می کند. نمک های سدیم، کلسیم، پتاسیم، منیزیم، کلر و سایر ریز عناصر محلول در آب؛ ترکیبات آلی (30-10 درصد حجم) که نوع ارزشمندی از سوخت بیولوژیکی هستند. تنوع مولکول های آلی از ترکیب اتم های کربن با اتم های سایر عناصر شیمیایی ایجاد می شود.

هر عنصر شیمیاییبا ظرفیت یا توانایی تشکیل مقدار مشخصی مشخص می شود پیوندهای کووالانسی. اینگونه شکل می گیرند مولکول های ساده:الکل ها (الکل)، از جمله یک زنجیره کربن و یک گروه هیدروکسیل (HO)، آمین ها (گروه آمینه - NH 2)، اسیدها (گروه کربوکسیل - COOH)، و غیره از ترکیب های مختلف مولکول های ساده تشکیل می شوند. مولکول های پیچیده،از جمله مهم ترین مولکول های نوکلئیک اسیدها، پروتئین ها، چربی ها و کربوهیدرات ها برای بدن. همه این مولکول ها در نتیجه واکنش های متابولیکی تشکیل می شوند. دو نوع واکنش متابولیک وجود دارد: آنابولیکیا سنتز مولکول های لازم برای زندگی (آنابولیسم) و کاتابولیکیا تجزیه مولکول ها (کاتابولیسم). یک شرکت کننده در یک واکنش متابولیک است متابولیت،نتیجه یک واکنش متابولیک است محصولاگر محصول یک واکنش متابولیک به عنوان ماده اولیه برای واکنش بعدی عمل کند، چنین است بستر

زنجیره ای از چنین واکنش های متوالی است مسیر متابولیکمسیرهای متابولیک پیچیده و به هم مرتبط هستند. از هر جهت

باید فوراً بر اساس اطلاعاتی که از مسیرهای دیگر یا پیوندهای مختلف یک مسیر به دست می‌آید، با وضعیت فعلی در یک سلول و در کل ارگانیسم سازگار شود. هر مسیر متابولیکی مبتنی بر تبدیل انرژی است که تعیین می کند کدام مسیر ممکن است و کدام نه.

تبدیل انرژی(تحولات آن) هستند از یک طرفهماهنگی تولید سوخت زیستی با نیازهای دائماً در حال تغییر برای آن؛ در طرف دیگراین تبعیت از سرعت و جهت‌های تبدیل انرژی در سلول‌های فردی به نیازها و ریتم حیاتی کل ارگانیسم است که به طور دوره‌ای غذا می‌خورد و روزه می‌گیرد، کار می‌کند و استراحت می‌کند، تحمل می‌کند، تغذیه می‌کند، بزرگ می‌کند و به فرزندان خود تجربه تعامل با آنها را می‌آموزد. محیط زیست علاوه بر این، هر ارگانیسمی در طول عملکرد خود برای مدت کوتاه یا طولانی بیمار می شود، به ندرت یا اغلب، ذخایر انرژی موجود را در طول دوره بیماری صرف می کند.

بنابراین، دگرگونی های انرژی در سلول ها، بافت ها، اندام ها و سیستم های بدن به طور مداوم در طول زندگی یک فرد اتفاق می افتد. با این حال، ما می توانیم به طور معمول فرض کنیم که آنها با مصرف غذا شروع می شوند، زمانی که مولکول های مواد مغذی توسط سلول ها برای تولید انرژی (سوخت بیولوژیکی) "تجزیه" می شوند، که سپس برای متابولیسم و ​​سنتز مواد لازم برای بدن استفاده می شود.

هماهنگی و یکپارچگی تمام دگرگونی های انرژی توسط سیستم های تنظیم کننده اصلی بدن تضمین می شود: سیستم عصبی و غدد درون ریز و همچنین سیستم ایمنی که عملکرد تنظیمی خود را یا به طور غیرمستقیم از طریق تنظیم عصبی غدد درون ریز یا از طریق اندام های لنفاوی خود که دارای غدد درون ریز هستند اعمال می کند. عملکرد (به فصل 14 مراجعه کنید). به طور کلی، کنترل دگرگونی‌های انرژی در بدن با عملکرد ترکیبی انتقال‌دهنده‌های عصبی، هورمون‌ها، فاکتورهای رشد تنظیم‌کننده و همچنین انواع مولکول‌های سیگنالی که متابولیسم انرژی را واسطه می‌کنند تضمین می‌شود (فصل 8 را ببینید).

با صحبت در مورد نقش تک تک سلول ها و بافت ها در توزیع و مصرف انرژی وارد شده به بدن به شکل غذا و همچنین نقش آب (به فصل 6 مراجعه کنید)، باید انرژی برترین و پر انرژی ترین آنها را برجسته کنیم. سلول های کبد، ماهیچه ها، مغز، سلول های چربی و گلبول های قرمز. به عنوان مثال، در طول تغذیه معمولی، سلول های کبد، گلوکز را به شکل گلیکوژن ذخیره می کنند و در زمان ناشتا، آن را آزاد می کنند تا تمام ذخایر آن تمام شود. اگر سهام

گلیکوژن خشک شده است، کبد اسیدهای آمینه را به گلوکز تبدیل می کند (گلوکونئوژنز) و ابتدا چربی ها (اسیدهای چرب) را به اجسام کتون تبدیل می کند و سپس (از طریق اکسیداسیون) تری گلیسیرید را از آنها که حامل انرژی هستند، سنتز می کند. تری گلیسیرید وارد خون می شود و در تمام بافت ها و اندام ها از جمله مغز که ذخایر انرژی خود را ندارد توزیع می شود. بنابراین، انتقال گلوکز به سلول های عصبی ماهیت غیرفعال دارد و نیازی به مصرف انرژی خارجی ندارد. سیستم حمل و نقل غیرفعال شامل منافذ تنظیمی، کانال های اتصالات بین سلولی و غشای سلولی است (به فصل 6 مراجعه کنید). این کانال‌ها عبور مولکول‌ها و جریان‌های یونی مختلف را کنترل می‌کنند و توان عملیاتی آن‌ها (مثلاً برای یون‌های Ca 2 +، K + و Na +) به سیگنال‌های خارج از سلول بستگی دارد که به دروازه‌های کانال‌هایی می‌رسند که گیرنده‌ها در آن هستند. که آنها را تشخیص می دهند واقع شده اند.

به نوبه خود، انتقال گلوکز به گلبول های قرمز فعال است، زیرا به دلیل این اتفاق می افتد گرادیان غلظتیا انتشار را به دلیل حرکت متقابل دو طرفه آنیون های Cl- و HCO- از طریق غشای پلاسمایی گلبول های قرمز تسهیل می کند. در این مورد، حمل و نقل فعال به دلیل منبع خارجی انرژی آزاد شده در طول هیدرولیز ATP رخ می دهد و (به دلیل چنین حرکتی) در برابر گرادیان غلظت پیش می رود.

منابع مختلف انرژی برای عضلات عبارتند از گلوکز و گلیکوژن، اسیدهای چرب، اجسام کتون و اسیدهای آمینه. یک مکان خاصمیتوکندری مسئول "تنفس بافتی" یا متابولیسم انرژیبه دلیل فرآیندهای اکسیداسیون و فسفوریلاسیون و همچنین سنتز ATP برای بافت ها و اندام های "وابسته بحرانی" که عملکرد آن کاملاً به پر کردن به موقع ذخایر ATP بستگی دارد. در میان این ساختارهای مورفوفنشنال «وابسته بحرانی» سلول‌ها و بافت‌های مغز، میوکارد، ماهیچه‌های اسکلتی، شبکیه چشم، جزایر لانگرهانس در لوزالمعده و غیره هستند. اختلالات متابولیسم انرژی که در آنها رخ می‌دهد سهم قابل توجهی در طیف و حجم انسان دارد. آسیب شناسی ارثی

در همان زمان، خود میتوکندری ها اغلب "رنج می کشند". بنابراین، تا به امروز، یک کلاس بزرگ از بیماری های میتوکندری (بیش از 200 نوزولوژی) شناسایی شده است که با ناتوانی بیماران به دلیل علائم تخریب عصبی شدید در پس زمینه کاهش قابل توجه ذخایر انرژی آشکار شده است (به فصل 26 مراجعه کنید).

به طور خاص، اختلالات در ساختار و عملکرد میتوکندری در بیماری های آلزایمر و پارکینسون (به فصل 28 مراجعه کنید)، سندرم کاردیومیوپاتیک، دیابت شیرین و سایر آسیب شناسی ها شناسایی شده است.

پشتیبانی تروفیک

پشتیبانی تروفیکیا تروفیسم، مجموعه ای از واکنش های متابولیک است که حفظ ساختار و عملکرد سلول ها، بافت ها، اندام ها و سیستم های بدن، افزایش آنها در فرآیند بار عملکردی بیش از حد (وضعیت هایپرتروفی) یا کاهش در روند را تعیین می کند. عدم فعالیت عملکردی (وضعیت سوء تغذیه). تامین انرژی تمام ساختارهای بدن با کمک رشته‌های عصبی و مولکول‌های سیگنالی که به گیرنده‌های غشای سلولی در سلول‌های هدف می‌رسند، اتفاق می‌افتد. دومی نه تنها نورون ها را در مورد وضعیت آنها آگاه می کند، بلکه یک اثر تحریک کننده نیز بر آنها دارد و باعث ایجاد تغییرات عملکردی کافی در نورون ها می شود و بنابراین، واسطه اثر معکوس روی سلول های هدف می شود. در عین حال، خود سیستم عصبی صرفاً به دلیل مولکول‌های سیگنالی که از سلول‌های هدف به نورون‌ها وارد می‌شوند، تروفیسم خاص خود را فراهم می‌کند. تمام واکنش های متابولیکی که در یک ارگانیسم چند سلولی رخ می دهد توسط پروتئین های آنزیمی تنظیم کننده کاتالیز می شوند و به دلیل اتصال آنزیم ها به سوبستراها رخ می دهند. این نوع واکنش نامیده می شود آنزیمی

آنزیم ها و واکنش های آنزیمی

یک مولکول آنزیمی قادر به تشکیل یک مرکز فعال یا "جیب" است که در آن یک مولکول بستر وارد می شود و در آن توسط گروه های مختلف از نظر عملکردی "حمله" می شود.

طبق قوانین ژنتیک کلاسیک، یک واکنش بیوشیمیایی توسط یک آنزیم کاتالیز می شود. این بر اساس فرمول ارائه شده در سال 1941 توسط J. Beadle و E. Tatem است: "یک ژن - یک آنزیم" که بعداً به فرمول تبدیل شد: "یک ژن - یک زنجیره پلی پپتیدی". مدت طولانیدگم اصلی زیست شناسی مولکولی در نظر گرفته شد (به فصل 1 مراجعه کنید).

لازم به ذکر است که این اصل، که در آنزیم شناسی مشترک است، اکنون اغلب برای آنزیم های چند عملکردی و سیستم های چند آنزیمی (کمپلکس ها) مشاهده می شود.

واکنش های آنزیمی رخ داده در بدن بر اساس مدل های Michaelis-Menten،که تمام فرمول های بیان ژن شناخته شده را در نظر می گیرد:

جایی که E آنزیم است. S - بستر؛ ES و EP - مجتمع های آنزیم با سوبسترا S و آنزیم با محصول P.

بنابراین، یک واکنش آنزیمی منفرد به حداقل یک سوبسترا و یک آنزیم نیاز دارد. در این حالت، سوبسترا می تواند DNA، RNA، پروتئین یا مولکول های دیگر باشد و آنزیم می تواند مولکول های پروتئین های تنظیم کننده باشد. واکنش های آنزیمی با تمام فرآیندهای جایگزین در سلول و بدن همراه است: پیشرفت و پسرفت، سنتز و پوسیدگی، رشد و تکامل (پیری)، تحریک و مهار، خواب و بیداری، و به طور کلی هر فرآیند مولکولی دیگر (فیزیکوشیمیایی، ژنتیکی و بیوشیمیایی، مورفولوژیکی). ، فیزیولوژیکی و پاتوفیزیولوژیکی) مرتبط با آنتوژنز (به فصل 12 مراجعه کنید).

عملکرد سلول و بدن توسط آنزیم ها تامین می شود

همانطور که می دانید، آنزیم ها عملکردهای متعددی را برای سلول ها و ارگانیسم ها انجام می دهند. اجازه دهید مهم ترین واکنش های آنزیمی را فهرست کنیم. این:

بیان ژن هایی که پروتئین های ساختاری و عملکردی را برای سلول ها، بافت ها، اندام ها و سیستم های بدن تولید می کنند (واکنش های DNA-mRNA-پروتئین).

واکنش های محافظتی بدن: ایمنی ذاتی و اکتسابی، لخته شدن خون، عمل سیتوکروم P 450 و غیره (واکنش های آنزیم-پروتئین، واکنش های آنزیم-سوبسترا).

شناسایی مولکول ها در طول انتقال غشایی آنها (از جمله کنترل جریان یون)، برهمکنش هورمون ها و سایر مولکول های سیگنال دهنده با گیرنده ها، تولید و هدایت تکانه های عصبی و غیره (همان واکنش ها).

فعالیت ذهنی، کار سلول های ماهیچه ای و... (همان واکنش ها). علاوه بر این، اینها نیز واکنش های آنزیمی هستند که بین اسیدهای نوکلئیک رخ می دهند و از مرحله لقاح گامت ها شروع می شوند. به عنوان مثال، آنزیم های سیتوپلاسم تخمک و عوامل هسته ایرونویسی های موجود در تخمک و اسپرم. نمونه‌های دیگر واکنش‌های DNA-mRNA در حین رونویسی، واکنش‌های mRNA-rRNA، واکنش‌های mRNA-tRNA در حین ترجمه و واکنش‌ها هستند.

اتصال اختصاصی سایت بین باقی مانده‌های اسید آمینه آنزیم‌ها و توالی‌های نوکلئوتیدی DNA.

رویدادهای اصلی درون سلولی

متابولیسم

در میان بسیاری از رویدادهای مختلف بیولوژیکی مهم متابولیسم درون سلولی، ابتدا باید فرآیندهای "فناوری" اصلی را که در سطح مولکولی رخ می دهند - متابولیسم نوکلئوتیدهای پورین و پیریمیدین، اسیدهای آمینه غیر ضروری و ضروری، تخریب DNA و پروتئین ها در نظر بگیریم.

متابولیسم نوکلئوتید

نوکلئوتید ترکیبی از سه عنصر است: فسفات-قند-پایه. در این ترکیب، فسفات با تولید انرژی همراه است. در این مورد، بستر اصلی انرژی، ATP، نقش مرکزی را ایفا می کند، اگرچه سایر ترکیبات انرژی (GTP، CTP، UTP) نیز در آن نقش دارند. اجزای کربوهیدراتی نوکلئوتید دئوکسی ریبوز یا ریبوز هستند. بازهای نیتروژنی از طریق اتم نیتروژن (N) در موقعیت نهم پورین و موقعیت اول پیریمیدین با آنها مرتبط می شوند و از انتقال اطلاعات ارثی اطمینان حاصل می کنند.

بازهای نیتروژنی نوکلئوتید پورین های A و G و پیریمیدین های C، T و U هستند.

نوکلئوتیدهای DNA (دئوکسی ریبونوکلئوتیدها) عبارتند از: آدنین (dAMP)، گوانین (dGMP)، سیتوزین (dCMP) و تیمین (dTMP).

نوکلئوتیدهای RNA (ریبونوکلئوتیدها) عبارتند از: اسیدهای آدنیل (AMP)، گوانیل (GMP)، اسیدیلیک (CMP) و یوریدیلیک (UMP).

سنتز نوکلئوتیدهای پورین

اکثر سلول ها پورین های نو را از پیش سازهایی که وزن مولکولی کمی دارند، سنتز می کنند. منابع پورین های آزاد اسیدهای نوکلئیک هستند که در طی تجزیه مولکول DNA در لیزوزوم های سلولی تجزیه می شوند و محل سنتز آنها کبد است.

چرخه پورینواکنش ریبوتیلاسیون یا افزودن قطعات جزء به ریبوز-5-فسفات است. این

این مکانیسم مشخصه سنتز نوین پورین ها، پورین های آزاد و نوکلئوتیدهای پیریمیدین با مشارکت 5-فسفریبوزیل-1-پیرووات (شکل فعال ریبوز-5-فسفات) یا فسفریبوزیل-1-پیروفسفات (PRPP) است. تشکیل PRPP در طول مسیر پنتوز فسفات در طول انتقال یک گروه پیروفسفات (PP) از گلوتامین ATP، که توسط PRPP سنتتاز کاتالیز می شود، رخ می دهد. محصول این واکنش 5-فسفریبوسیلامین است. پس از تشکیل آن، یک سری واکنش های متوالی رخ می دهد (در مجموع 9 مورد وجود دارد) که با مونتاژ اولین نوکلئوتید پورین، از جمله هیپوگزانتین خاتمه می یابد - این اسید اینوزینیک(IMP).

تشکیل IMP به عنوان نوعی تقاطع متابولیک عمل می کند: آدنین یا گوانین از این اسید تشکیل می شود.

در طی این دگرگونی ها، یک گروه فرمیل (FH) نیز از NH 10-formyltetrahydrofolate یا Tetrahydrofolate (FH 4) تشکیل می شود - این یک واکنش فرمیلاسیون است. تتراهیدروفولات (FH 4) که در واکنش فرمیلاسیون شرکت می کند، کوآنزیم ویتامین F یا اسید فولیک (پتروئیل گلوتامیک) است. FH 4 از هیدروفولات ردوکتاز (FH 2) با مشارکت NADPH و فرمیل ترانسفراز احیا می شود.

گروه فرمیل نیز از سرین می آید که در حضور سرین هیدروکسی متیلاز، یک گروه هیدروکسی متیل (CH 2 OH) را به FH 4 منتقل می کند و در نتیجه گلیسین، آب و N 5 N 10-methylene-FH 4 تشکیل می شود. با این حال، ترکیب دوم هنوز آماده شرکت در فرمیلاسیون نیست، زیرا گروه متیلن (CH2) نسبت به گروه فرمیل (FH) احیاتر است. بنابراین، CH2 توسط آنزیم NADP + به یک مشتق متیل اکسید می شود، که پس از هیدرولیز، به N 10-formyl-FH 4 یا دهنده گروه فرمیل لازم برای سنتز نوکلئوتیدهای پورین تبدیل می شود. در اینجا مناسب است به این نکته توجه کنیم که سنتز de novo پورین ها پورین آزاد تولید نمی کند، زیرا پورین های جدید بلافاصله به نوکلئوتیدهای پورین تبدیل می شوند. همچنین یک مسیر شناخته شده برای سنتز نوکلئوتیدهای پورین وجود دارد که طی آن پورین های آزاد به دست آمده از تجزیه نوکلئوتیدها و حفظ شده پس از برهمکنش با PRPP به آنها تبدیل می شوند. دو فسفریبوزیل ترانسفراز در این مسیر نقش دارند: یکی تشکیل نوکلئوتیدهای پورین را از آدنین کاتالیز می کند، دیگری از هیپوگزانتین و گوانین. علاوه بر این، در مورد دوم (سنتز نوکلئوتیدهای پورین از هیپوگزانتین یا ریبونوکلئوتید AMP، و سنتز گوانین از ریبونوکلئوتید GMP)، هیپوگزانتین-گوانین فسفریبوسیل ترانسفراز شرکت می کند.

(GGPRT)، که در تعامل با PRPP، IMP و فسفر معدنی (P) را تشکیل می دهد. به نظر می رسد برای سلول های انسانی، ذخیره آدنین در مقایسه با هیپوگزانتین و گوانین اهمیت کمتری دارد. هیپوگزانتین آزاد از AMP تشکیل می شود که گروه فسفات (PH) توسط 5-نوکلئوتیداز حذف شده و به آدنوزین تبدیل می شود، که گروه NH 2 توسط آنزیم آدنوزین دآمیناز (ADA) از آن حذف می شود. در نتیجه، آدنوزین به اینوزین تبدیل می شود که از آن هیپوگزانتین و ریبوز-1-فسفات با کمک آنزیم دیگری - نوکلئوزید فسفوریلاز تشکیل می شود.

همچنین باید توجه داشت که در غیاب ADA در این مسیر متابولیک، یک بیماری لنفوسیتی اتوزومال مغلوب (20q13.11) ایجاد می‌شود که با نقص ایمنی ترکیبی شدید (SCID) آشکار می‌شود. روش درمان SCID که در سال 1990 در ایالات متحده پیشنهاد شد، اولین مورد استفاده در پزشکی از یک روش ژن درمانی بود که ماهیت آن معرفی سلول های بنیادی مغز استخوان بود. در شرایط آزمایشگاهیژن ADA نرمال و متعاقب آن پیوند خودکار این سلول ها in vivo(به فصل 20 مراجعه کنید).

در پایان، باید تاکید کرد که سنتز نوکلئوتیدهای پورین به صرف انرژی زیادی از سلول نیاز دارد و بنابراین مکانیسم استفاده مجدد از پورین‌های آزاد برای آن مفیدتر است، زیرا به سلول اجازه می‌دهد سنتز de novo را محدود کند.

علاوه بر این، بدن دارای سلول‌های منحصربه‌فردی (گلبول‌های قرمز) است که قادر به سنتز پورین‌های نو نیستند و بنابراین فقط از پایه‌های پورین آماده استفاده می‌کنند. اهمیت مکانیسم بازیافت پورین های آزاد را می توان با مثالی از سندرم Lesch-Nyhan مغلوب مرتبط با X (Xq26-27) نشان داد که با عقب ماندگی ذهنی، اختلال در هماهنگی و پرخاشگری خودکار (به دلیل عدم وجود HGPRT). در چنین بیمارانی، سنتز نوکلئوزیدهای پورین در سلول های کبد به شدت افزایش می یابد (قند و پایه وجود دارد، اما فسفات وجود ندارد)، که منجر به افزایش سطح PRPP، تشکیل مقادیر زیادی اسید اوریک می شود. در کبد) و رسوب کریستال های اورات (در کلیه ها).

علائم مشابهی با نقرس مشاهده می شود، اما در این مورد بیماران اختلالات عصبی ندارند (به دلایل هنوز ناشناخته). ظاهرا نقرس یک فنوکپی از سندرم لش-نیهان است. توجه به این نکته ضروری است که اسید اوریک، که در کبد از هیپوگزانتین و گوانین تشکیل می شود، توسط آلوپورین مهار می شود. این دارو برای درمان نقرس استفاده می شود و باعث تجمع غالب گوانین می شود تا اورات

و هیپوگزانتین که در آب محلول هستند و بنابراین به راحتی از بدن دفع می شوند.

مسیر سنتز نوکلئوتید پورین de novo نمونه ای از مهار آلوستریک طبق اصل است. بازخورد. در این حالت محل کنترل مهار اولین واکنش (برگشت پذیر) سنتز پورین است. این توسط سنتتاز PRPP کاتالیز می شود که توسط ریبونوکلئوتیدهای AMP، ADP، GMP و GDP مهار می شود.

سنتز نوکلئوتیدهای پیریمیدین

اکثر سلول ها نوکلئوتیدهای پیریمیدین را سنتز می کنند. در عین حال، مسیر استفاده مجدد از پیریمیدین های آزاد مشخص است که کمتر از پورین ها مشخص است.

سنتز پیریمیدین های آزاد با اسید آسپارتیک شروع می شود و منجر به تشکیل اسید اوروتیک (ترکیبی با ساختار حلقوی) می شود که در حضور PRPP و تحت تأثیر کینازها به اوراسیل (UMP) تبدیل می شود.

در طول تولید متعادل تری فسفات های دئوکسی نوکلئوتید (و همچنین پورین ها)، تنظیم بازخورد آلوستریک رخ می دهد (به فصل 8 مراجعه کنید). احیای آنها در سطح دی فسفات ها با کمک NADPH (انتقال الکترون ها به ردوکتاز) اتفاق می افتد. تنها پس از این، آنها در چندین مرحله به تری فسفات تبدیل می شوند (در نتیجه فسفوریلاسیون توسط کینازهای حاوی ATP). ابتدا، dUTP، که در سنتز نقش ندارد (حاوی تیمین است)، با تشکیل PP به dUMP هیدرولیز می شود.

سپس dUMP به dTMP متیله می شود.متیلاسیون

- این انتقال یک گروه متیل بسیار فعال (CH 3) از متیونین دهنده به مولکول های سایر ترکیبات از جمله DNA است (به زیر مراجعه کنید). در این مورد، نوکلئوزید-تیمیدین تحت اثر تیمیدین کیناز به TMP سنتز می شود.

متیلاسیون dUMP نیز تحت تأثیر آنزیم تیمیدیلات سنتتاز رخ می دهد که کوآنزیم آن N 5 N 10 - methylene-FH 4 یا متیلن تتراهیدروفولات (FH 4) است. سپس dTMP به dTTP (اوراسیل متیله) فسفریله می شود که به dTTP تبدیل می شود. در مورد سنتز پورین، گروه متیلن (CH 2) برای تشکیل یک گروه فرمیل اکسید می شود (به بالا مراجعه کنید)، و در مورد سنتز تیمیدیلات، احیا شده و به گروه متیل (CH 3) تیمین منتقل می شود. وجود تیمیدیلات سنتتاز در این حالت FH 4 به FH 2 تبدیل می شود.برای معکوس

واکنش بازیابی

آنزیم دهیدروفولات ردوکتاز مورد نیاز است که کمبود آن با ظهور یکی از نسخه‌های ژن فنیل کتونوری مرتبط است (به زیر مراجعه کنید).

یکی دیگر از مسیرهای متابولیکی تبدیل FH 4 به متیلن-FH 4 با واکنش با سرین است، اما برای انجام این کار، FH 2 توسط دهیدروفولات ردوکتاز به FH 4 کاهش می یابد.

متیونین سنتتاز به یک کوفاکتور - ویتامین B 12 نیاز دارد که در غیاب کامل آن کم خونی مرگبار اتوزومال مغلوب ایجاد می شود (6p12-p21.2). با این بیماری، بدن گلیکوپروتئین معده تولید نمی کند، که برای بازگرداندن ویتامین B12 در روده ضروری است، اگرچه مقدار زیادی از آن با غذا تامین می شود. در این راستا، ذخایر FH 4 برای سنتز پورین در دسترس نیست و تتراهیدروفولات به متیل-FH 4 تبدیل می شود و باعث اختلالات عصبی مرتبط با اسیدوز متیل مالونیک در بیماران می شود. کمبود ویتامین B12 منجر به سوء جذب مادرزادی فولات اتوزوم مغلوب (کم خونی مگالوبلاستیک) می شود. یکی از ژن های کاندید آن به 11q13.3-q14.1 نگاشت شده است.

دو واکنش شناخته شده است که به ویتامین B12 وابسته هستند.

آنها توسط آنزیم های مختلف کاتالیز می شوند: متیل مالونیل-CoA موتاز (6p12-p21.2) و متیونین سنتاز (ژنی که نقشه برداری نشده است). با کمبود آنزیم اول، اسیدوز کشنده ایجاد می شود، در حالی که کمبود آنزیم دوم تنها باعث تاخیر اولیه در رشد روانی حرکتی می شود که با علائم عصبی به دلیل اثرات سمی هموسیستئین همراه است.

متیلاسیون توالی های DNA

متیلاسیون توالی‌های DNA (به عنوان مثال، باقی‌مانده‌های سیتوزین در موقعیت 5) برای تشکیل 5-متیل سیتوزین (5-mC) از طریق عملکرد تعدادی آنزیم، که مجموعاً متیل ترانسفرازهای سیتوزین-DNA یا M-tase نامیده می‌شوند، رخ می‌دهد.لگن M یک آنزیم "نگهداری" است که تنها توالی های DNA نیمه متیله تشکیل شده در حین تکثیر زمانی که رشته دختر تازه سنتز شده هنوز متیله نشده است را شناسایی و متیله می کند. چهار آنزیم از این قبیل شناخته شده است (Dnmt 1، Dnmt 2، Dnmt 3a و Dnmt 3b). بیشترین مورد مطالعه Dnmt 1 یا پروتئینی با وزن مولکولی حدود 190 کیلو دالتون است که دارای 2 دامنه است:کاتالیزوری (واقع در قسمت C ترمینال آنزیم)، از نظر ساختاری نزدیک به سیتوزین M-تازهای باکتریایی، ونظارتی

(واقع در قسمت N ترمینال)، حاوی یک توالی سیگنال است که آنزیم را به سمت مجتمع های تکثیر فعال در سلول های در حال تقسیم هدایت می کند.

نشان داده شده است که بقایای سیتوزین عمدتاً در دی نوکلئوتیدهای CpG یا جزایر CpG متیله می شوند (به فصل های 1 و 25 مراجعه کنید). در مجموع، حدود 70 درصد از جزایر CpG و 6-7 درصد از باقی مانده های سیتوزین در ژنوم یوکاریوتی متیله شده اند. این متیلاسیون پشتیبان در شکل نشان داده شده است. 32: در نتیجه همانند سازی، دی نوکلئوتیدهای متیله CpG در رشته مادری DNA وجود دارد. DNA متیل ترانسفراز CpG های متیله را در آن تشخیص می دهد و همان الگوی متیلاسیون را در رشته دختر باز می سازد. لازم به ذکر است که ماس ها فقط توانایی محدودی برای متیله کردن توالی های DNA de novo در مناطق کاملاً متیله نشده و متیله کردن الیگونوکلئوتیدهای حاوی بازهای نادرست دارند (به فصل 10 مراجعه کنید).

در حال حاضر، ژن‌هایی شبیه‌سازی شده‌اند که محصولات آن‌ها توانایی بالایی برای متیلاسیون DNA de novo نشان می‌دهند و ممکن است مسئول این فرآیند باشند.

متیلاسیون باقیمانده‌های سیتوزین بر ویژگی‌های ساختاری DNA تأثیر می‌گذارد، که در تسهیل انتقال نواحی متیله آن از فرم B به فرم Z، افزایش گام مارپیچ DNA و تغییر سینتیک تشکیل صلیبی آشکار می‌شود. سازه ها در این حالت، گروه متیل 5-mC بر روی سطح شیار اصلی DNA که به شکل B قرار دارد ظاهر می شود که آب گریزی آن را افزایش می دهد و در برخی موارد عامل تعیین کننده ای در برهم کنش آنزیم ها با بخش های مربوطه می شود. مولکول DNA علاوه بر این، متیلاسیون سایر توالی های DNA، به عنوان مثال CpNpG، و همچنین مواد مخدر

برنج. 32.متیلاسیون نگهدارنده در ژنوم (پس از: هرمان و همکاران، 1999؛ http//www.kletca.ru/stem-cells/glossary/)

مکانیسم سان متیلاسیون آدنین و گوانین متیلاسیون با کاتیون سولفونیم S-adenesylmethionine یا SAM است. به طور خاص، مکانیسم متیلاسیون گوانین در موقعیت 7 (گروه N7-methylguanine)، و همچنین در موقعیت 2 (گروه OH از نوکلئوتید دوم و گاهی اوقات سوم) نقش مهمی در پوشاندن mRNA توسط RNA پلیمراز II یا اصلاح mRNA با انتهای 5 اینچ. در این مکان، اولین نوکلئوتید حاوی یک گروه تری فسفات است و فسفات انتهایی آن حذف می شود و با یک باقیمانده GMP جایگزین می شود. به همین دلیل، mRNA پوشیده شده به mRNA فعال از نظر عملکردی تکمیل می شود. برای متیلاسیون آدنین و گوانین، متیلاسیون اسیدهای آمینه و سایر مواد برای SAM، PC و آدرنالین (مربوط به کاتکول آمین ها) نشان داده شده است.

تخریب DNA

تخریب DNA یک جایگزین جهانی برای اکثر سلول ها در طی تکثیر مولکول های قدیمی با مولکول های جدید است. فرآیند تخریب DNA به عنوان مرحله پایانی غیر قابل برگشت آپوپتوز در نظر گرفته می شود که توسط پروتئین های خانواده B کنترل می شود. با 1-2 (به فصل 11 مراجعه کنید).

تخریب mRNA

2 مکانیسم تخریب mRNA (فرایندهای NMD و SMD) وجود دارد که به مکانیسم های بازیابی سلول مربوط می شود (به فصل 10 مراجعه کنید).

در شکل شکل 33 نمودار مکانیسم NMD را در پستانداران نشان می دهد: فرآیند NMD در حین ترجمه اتفاق می افتد و با کمک آن mRNA حاوی کدون های توقف زودرس(PSK)، که ترجمه را در فاصله 50-55 نوکلئوتید به جلو در امتداد خواندن توالی اگزون-اگزون ناشی از اتصال قطع می کند.

mRNA پیش ساز (pre-mRNA) در هسته با هترودایمر CBP80-CBP20 پروتئین اصلی اتصال کلاهک هسته ای (CBP) مرتبط است.

پس از تشکیل انتهای 3 اینچی، pre-mRNA به پروتئین هسته ای پلی (A) اتصال دهنده Upf3a یا پروتئین PABP? (PABP) متصل می شود. سپس pre-mRNA متصل می شود و به mRNA تبدیل می شود.

برنج. 33.طرح NMD در پستانداران (پس از Maquat L.، 2005)

که به کمپلکسی شامل CBP80-CBP20، PABPN1 و پروتئین سیتوپلاسمی PABPC متصل می شود و سپس به پروتئین های کمپلکس اگزون-اگزون یا EJC که 20-24 نوکلئوتید جلوتر قرار دارد، متصل می شود. تعدادی از پروتئین ها به عنوان اجزای EJC عمل می کنند، از جمله:

پروتئین های پیوند دهنده قبل از mRNA (Pnn/DRS، RNPS1، SRm160، UAP56).

پروتئین های دخیل در صادرات mRNA (REF/Aly، Y14، Magoh)؛

پروتئین هایی که عملکرد آنها به طور کامل شناخته نشده است (PYM، eIF4AIII و Barentsz/MLN512).

پروتئین های اضافی نیز می توانند به کمپلکس EJC متصل شوند:

عوامل NMD (Upf3 یا Upf3a، Upf3X یا Upf3b، Upf2)؛

پروتئین Upf1 (ظاهراً به طور موقت متصل شده است).

اعتقاد بر این است که پروتئین‌های Upf3/Upf3X، که دارای محلی‌سازی عمدتاً هسته‌ای هستند، می‌توانند به داخل سیتوپلاسم حرکت کنند و با پروتئین Upf2 که در امتداد لبه سیتوپلاسمی پوشش هسته‌ای متمرکز است، تعامل کنند. وقتی حرکت می کنند، شکل می گیرد مجتمع آغاز ترجمه اولیهیا mRNP این مجموعه چرخه ترجمه اولیه را در ارتباط با هسته یا سیتوپلاسم انجام می دهد، زیرا mRNA به عنوان یک بستر مرتبط برای NMD عمل می کند.

فرآیند NMD پس از شناسایی PSC در اولین چرخه ترجمه رخ می دهد. اگر ترجمه در PJC که بیش از 50-55 نوکلئوتید در بالادست اتصال اگزون-اگزون است، قطع شود، Upf1 با برهمکنش با پروتئین مرتبط با EJC Upf2، فرآیند NMD را آغاز می‌کند.

تخریب مستقیم رونوشت های بی معنی در سلول های پستانداران در هر دو جهت 5 - 3 اینچ و 3 اینچ - 5 اینچ اتفاق می افتد، به ترتیب شامل decapping و عمل عوامل اگزونوکلئوتیک 5 - 3 اینچ یا ددنیلاسیون و عمل 3 اینچ می شود. 5 "عوامل اگزوزومی.

دخالت کمپلکس های EJC در NMD با این یافته پشتیبانی می شود که mRNA های حاوی EJCs و mRNA های مشتق شده از ژن های بدون اینترون تحت NMD قرار نمی گیرند. NMD فقط mRNA های تازه سنتز شده را هدف قرار می دهد، در حالی که mRNA های پایدار در معرض تخریب قرار نمی گیرند.

نشان داده شده است که NMD تعدادی از رونوشت های مزخرف را مختل می کند، از جمله:

mRNA مربوط به محصولات جایگزین پیوند.

mRNA مورد نیاز برای سلنوپروتئین ها؛

mRNA قاب خواندن باز.

آیا NMD با ریبوزوم های ترجمه کننده پروتئین ها یا مکان های سیتوپلاسمی خارج ریبوزومی تخریب mRNA پیچیده است.

اثربخشی NMD، به عنوان یک قاعده، به محلی سازی PSC ها و افزایش تعداد کمپلکس های EJC بستگی ندارد. با این حال، اثربخشی NMD را می توان از طریق مکانیسم های دیگر، مانند مدل سازی (جایگزینی) توالی های ژنی مختلف، بهبود بخشید.

نقش NMD در سایر فرآیندهای سلولی همچنان مورد مطالعه قرار می گیرد. به عنوان مثال، یکی از عوامل آن - SMG1 - در شناسایی و/یا ترمیم آسیب DNA نقش دارد، عامل دیگر - Upfl - در پیوند جایگزین با واسطه بی معنی، و همچنین در مسیر جدید تخریب mRNA که اخیراً کشف شده است، دخیل است. به اصطلاح تخریب mRNA واسطه یا SMD. در مورد مکانیسم تخریب SMD، پروتئین متصل به RNA مستقیماً با پروتئین Upfl برهمکنش می‌کند و باعث تخریب mRNA در فاصله کافی از PSC، از جمله کدون توقف طبیعی می‌شود.

با این حال، برای مکانیسم SMD در نهایت مشخص نشده است هدف عملکردیعوامل فوق

متابولیسم اسیدهای آمینه و اختلالات آن

اسیدهای آمینه از اسیدهای کتو و آمونیاک (گروه های آمینه) تشکیل می شوند. آنها برای سنتز انواع پروتئین ها، از جمله اجزای غشای سلولی، انتقال دهنده های عصبی (به عنوان مثال، 5-هیدروکسی تریپتامین و گاما آمینوبوتیرات یا GABA)، هورمون ها (به عنوان مثال، تیروکسین)، هِم، و سایر مواد استفاده می شوند. منابع اسیدهای آمینه هستند محصولات غذاییو محصولات متابولیسم سلولی

اسیدهای آمینه پایه به دو دسته تقسیم می شوند:

غیر قابل تعویض (به طور انحصاری از خارج آمده است)، 10 مورد از آنها وجود دارد.

قابل تعویض (از خارج می آیند و در بدن سنتز می شوند)، همچنین 10 عدد از آنها وجود دارد.

فقط یک آمینو اسید - آرژنین - در طول یک دوره محدود رشد (به طور انحصاری در طول رشد آن) مورد نیاز بدن است، در حالی که 19 اسید آمینه باقی مانده همیشه مورد نیاز است.

لیزین، فنیل آلانین و تریپتوفان کاملا ضروری در نظر گرفته می شوند. سیستئین را می توان از فنیل آلانین و تیروزین را می توان از متیونین به دست آورد. اسیدهای آمینه ضروری یا کتوژنیک هستند (از استیل کوآ تشکیل می‌شوند که به اجسام کتون تبدیل می‌شوند) یا گلیکوژنیک (افزایش سطح گلوکز در خون و در بیماران دیابتی در ادرار). در عین حال، لوسین و لیزین به هر دو (کتوژنیک و گلیکوژنیک) تعلق دارند.

در شکل شکل 34 نمودار کلی متابولیسم اسیدهای آمینه را نشان می دهد. همانطور که در نمودار نشان داده شده است، اسیدهای آمینه اضافی به دلیل بقایای اسید آمینه که در بیوسنتز پروتئین یا سایر نیازهای سلولی استفاده نمی شوند، تشکیل می شوند.

اسیدهای آمینه اضافی حاصل به شکل یک صندوق متابولیک (زمانی که تجزیه می شوند) برای تولید انرژی و ایجاد ذخایر انرژی (چربی و گلیکوژن) استفاده می شود و نیتروژن آمین به شکل اوره از ادرار دفع می شود.

در صورت لزوم، پروتئین های عضلانی عملکردی (آنها بیشترین فراوانی را در بدن دارند) می توانند به ذخایری برای تولید اسیدهای آمینه تبدیل شوند. تعدادی از بیماری های ارثی مرتبط با اختلالات متابولیسم اسیدهای آمینه در انسان شناسایی شده است (به فصل 21 مراجعه کنید). بیماران مبتلا به چنین اختلالاتی با کمبود یا بیش از حد اسید آمینه خاص مشخص می شوند که منجر به ضعیف شدن آنها می شود.

برنج. 34.طرح کلی متابولیسم اسید آمینه (طبق نظر الیوت وی، الیوت دی، 2002)

هضم و جذب خانگی غذا، خستگی بدن، تاخیر در رشد روانی و جسمی، ادم بافتی، علائم عصبی و سایر علائم مبتنی بر سنتز پروتئین های معیوب.

نمونه بارز این بیماری ها، فنیل کتونوری اتوزومال مغلوب (PKU) است که در نتیجه کمبود آنزیم فنیل آلانین 4-هیدروکسیلاز ایجاد می شود.

PKU دارای تعدادی کپی ژن (اغلب بدخیم) است که در نتیجه کمبود 6-پیروویل تتراهیدروپترین سنتاز (11q22.3-q23.3)، سیتوزولی دی هیدروپتریدین ردوکتاز (4p15.31)، سیتوزولی گوانوزین سیکلوهیدرولاز ایجاد می شود. ) یا هیدرولازهای کوفاکتور تتراهیدروبیوپترین BH 4 از اسیدهای آمینه معطر: فنیل آلانین، تیروزین و تریپتوفان (این ژن نیز نقشه برداری نشده است).

این همچنین شامل یک ژنوکپی PKU به دلیل کمبود دهیدروفولات ردوکتاز است.

قبل از در نظر گرفتن مکانیسم‌های پاتوژنز نسخه‌های ژن فنیل کتونوری، خاطرنشان می‌کنیم که در یک ارگانیسم با عملکرد طبیعی، فنیل آلانین تحت دآمیناسیون قرار نمی‌گیرد، بلکه به تیروزین تبدیل می‌شود (تحت عمل فنیل آلانین-4-هیدروکسیلاز).

در PKU، سنتز تیروزین دشوار است یا به طور کامل مسدود می شود، و فنیل آلانین "مجبور" می شود تا به فنیل پیرووات (کتو اسید)، که از طریق ادرار دفع می شود، دآمینه شود.

در ارتباط با این ویژگی های متابولیسم فنیل آلانین در بدن و وجود ژنوکپی های PKU، تجزیه و تحلیل ترکیب اسیدهای آمینه آزاد و نتایج متابولیسم فنیل آلانین در پلاسمای خون زنان غیر باردار و حامله - حامل ژن PKU انجام شد (Vasilieva O.V.، 1999). ترکیب اسیدهای آمینه آزاد در سرم خون در زنان غیر باردار (گروه اول)با نسبت اسیدهای آمینه غیر ضروری و ضروری به ترتیب 38 و 62 درصد و همچنین نسبت اسیدهای آمینه آبگریز و خنثی به سایر آمینو اسیدهای 71 تا 29 درصد مشخص می شود. بالاترین غلظت آلانین، ترئونین، لیزین و آرژنین مشاهده شد. کوچکترین آنها اسیدهای آسپارتیک و گلوتامیک هستند.

هنگام تجزیه و تحلیل همبستگی بین ویژگی‌های کمی طیف اسید آمینه، سه درجه از همگرایی شاخص‌های کمی شناسایی شد.

سیستم های لیز شده: سطوح بالا، متوسط ​​و پایین ترکیب اسیدهای آمینه.

بر این اساس، سطوح بالا لیزین، فنیل آلانین و تیروزین است. سطوح متوسط ​​هیستیدین، سیستئین و والین است. سطوح پایین لوسین، ایزولوسین، متیونین، آلانین و اسید آسپارتیک است. علاوه بر این سه سطح، سطوح همبستگی مشخصه آرژنین و اسید گلوتامیک، و همچنین سرین و ترئونین، شناسایی شدند. داده های به دست آمده توسط نویسنده با ویژگی های ساختاری و عملکردی اسیدهای آمینه توضیح داده شد:

فنیل آلانین پیش ساز تیروزین است.

فنیل آلانین، تیروزین و لیزین در سنتز استیل کوآ بدون تشکیل میانی پیروات نقش دارند.

آرژنین، هیستیدین و والین ممکن است در سنتز اسید گلوتامیک نقش داشته باشند.

لوسین، ایزولوسین و متیونین اسیدهای آمینه آبگریز هستند.

آلانین از ترانس آمیناسیون پیروات تشکیل می شود که می تواند پایه ای برای سنتز گلیسین شود. آسپارتات به عنوان اهدا کننده گروه آمینه عمل می کند.

بارداری فیزیولوژیکی به دلیل کاهش محتوای گلیسین، والین و لوسین در سه ماهه اول منجر به تغییراتی در مخزن اسیدهای آمینه آزاد شد. در سه ماهه دوم، فنیل آلانین و سیستئین. اگر با توجه به غربالگری انبوه (آزمایشی) زنان باردار، سطح فنیل آلانین در پلاسمای خون با 1.2 میلی گرم٪ مطابقت داشت، این به عنوان معیاری برای انتخاب زنان در گروه "هتروزیگوت های بالقوه" برای ژن PKU ارزیابی شد.

اگر بیان ژن PKU پنهان در بدن مادر منجر به افزایش سطح فنیل آلانین در پلاسمای خون بالای 10 میلی گرم در سه ماهه اول بارداری شود، آنگاه این به عنوان علت اختلالات رشد جنین ارزیابی شد.

حمل هتروزیگوت اجباری ژن PKU در مادرانی که فرزندان مبتلا به PKU به دنیا آورده اند. (گروه دوم)در مقایسه با زنان بدون ژن PKU (گروه سوم)با اختلال در ذخیره متابولیک اسیدهای آمینه به شکل غلظت بالای اسیدهای گلوتامیک و آسپارتیک، ترئونین و گلیسین آشکار شد.

توجه به بزرگ نظری و اهمیت عملیآثار O.V. واسیلیوا، می توانیم نتیجه بگیریم که درک فعلی از طیف و مکانیسم های تظاهرات نسخه های مختلف ژن

PKU (و احتمالاً نسخه‌های ژنی در سایر بیماری‌های متابولیک ارثی - اسیدهای آمینه NBO) باید به طور قابل توجهی گسترش یابد. این را می توان نه تنها با تجزیه و تحلیل مجموعه ای از تمام اسیدهای آمینه، ترکیب شده در گروه های جداگانه بسته به درجه کونژوگه با ویژگی های ساختاری و عملکردی آنها، بلکه با تجزیه و تحلیل نقش پروتئین های آنزیمی درگیر در متابولیسم این اسیدهای آمینه انجام داد. این نتیجه گیری همچنین توسط مثالی از لوسینوز اتوزومال مغلوب یا بیماری ادرار شربت افرا پشتیبانی می شود که در آن سه نسخه ژن به دلیل کمبود آنزیم شناسایی می شوند: آلفا کتو اسید دهیدروژناز با زنجیره های جانبی مختلف، نوع I A (19q13.1-13.2). نوع I B (6p21-p22) و نوع II (1p31). لوسینوزیس در نتیجه نقض دکربوکسیلاسیون اکسیداتیو اسیدهای آلفا کتو ایجاد می شود که همراه با تشکیل اسیدهای آمینه آلیفاتیک: لوسین، ایزولوسین و والین است.

در پایان بررسی داده ها در مورد اهمیت متابولیسم اسیدهای آمینه منفرد، توجه به این نکته ضروری است که همراه با کمبود، می توان بیش از حد آنها را مشاهده کرد و سپس بیماران را به عنوان مثال با بیماری هایی مانند:

آلکاپتونوری(3q2) نتیجه اختلال در برش تیروزین به دلیل اسید هموژنتیزیک بیش از حد است که محصول دیفنول آن است. در این حالت ، دی فنل با اکسیژن موجود در هوا ترکیب می شود و رنگدانه ای تشکیل می دهد که به همین دلیل ادرار تیره می شود.

سیستاتیونوری(16q) سیستاتیون بیش از حد است (به زیر مراجعه کنید).

سنتز اسید آمینه

پیش سازهای اسیدهای آمینه اصلی 5 ترکیب شیمیایی هستند: آلفا کتوگلوتارات، 3-فسفوگلیسرات، اگزالواستات (R = CH 2 COO)، فسفونول-پیرووات، پیروات (R = CH 3) و دو مونوساکارید از راه پنتوز فسفات. بیایید مکانیسم های تبدیل آنها به اسیدهای آمینه را در نظر بگیریم.

اسیدهای آمینه به عنوان محصولات متیلاسیون

اسیدهای آمینه می توانند محصولات متیلاسیون یا انتقال یک گروه متیل از یک دهنده متیونین به ترکیبات مختلف باشند (به بالا مراجعه کنید). هنگامی که متیونین با ATP واکنش می دهد، گروه NH 3 + آن برای تشکیل کاتیون سولفونیوم یا S-adenesylmethionine (SAM) فعال می شود. انتقال یک گروه متیل توسط ترانس متیلازها کاتالیز می شود.

در طی این واکنش، سه گروه فسفات ATP به پیروفسفات (PP) و فسفر معدنی (P) تبدیل می‌شوند، سپس PP به دو مولکول P تقسیم می‌شود.

ابتدا SAM به S-adenosylhomocysteine ​​تبدیل می شود که به هموسیستئین-متیونین تبدیل می شود (به جای گروه S-CH 3 دارای یک گروه SH یا گروه تیول است). سپس گروه تیول از هموسیستئین به سرین منتقل می شود تا سیستئین تشکیل شود. ترکیب میانی در این واکنش سیستاتیون است که مقدار اضافی آن از طریق ادرار دفع می شود.

محصولات متیلاسیون SAM نیز عبارتند از: کراتین، فسفولیپید - PC و کاتکول آمین - آدرنالین.

اسیدهای آمینه به عنوان محصولات ترانس آمیناسیون

اسیدهای آمینه می توانند محصولات ترانس آمیناسیون یا دآمیناسیون باشند. برای مثال اسید گلوتامیک توسط گلوتامات دهیدروژناز سنتز می شود که کوفاکتورهای آن NAD+ و NADP+ هستند. این واکنش برگشت پذیر است.

اهداکنندگان اسید گلوتامیک اسید آسپارتیک و آلانین هستند که در طی ترانس آمیناسیون اگزالواستات و پیرووات تشکیل می شوند. اسید گلوتامیک با حذف دو اتم هیدروژن در حضور گلوتامات دهیدروژناز که از NAD+ یا NADP+ به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می کند، دآمینه می شود. این آنزیم به طور آلوستریک توسط ATP و GTP مهار می شود (آنها نشان دهنده ذخایر انرژی بزرگ هستند)، اما توسط ADP و GDP فعال می شود (آنها نشان دهنده کمبود انرژی هستند).

پس از دآمیناسیون اسید گلوتامیک، آلفا کتوگلوتارات تشکیل می شود که در آن نقش دارد چرخه کربس(چرخه اسید سیتریک)، که اجازه اکسیداسیون اسید گلوتامیک را می دهد

به H 2 O و CO 2.

از آنجایی که آلفا کتوگلوتارات به اگزالواستات تبدیل می شود، می تواند در سنتز گلوکز شرکت کند. گلوتامیک اسید یک آمینو اسید گلیکوژنیک است.

هیچ دهیدروژناز مربوطه برای سایر اسیدهای آمینه (به جز گلوتامین) وجود ندارد. بنابراین، دآمیناسیون آنها نه در یک، بلکه در دو مرحله رخ می دهد: مرحله اول ترانس آمیناسیون، مرحله دوم دآمیناسیون است. به طور کلی، این مسیر متابولیک مشترک برای تمام اسیدهای آمینه نامیده می شود ترانس آمیناسیونیا دآمیناسیون

ترانس آمینواسیون توسط آمینوترانسفرازها (ترانس آمینازها) که مخصوص اسیدهای آمینه مختلف هستند کاتالیز می شود.

مراکز فعال ترانس آمینازها حاوی کوآنزیم پیریدوکسال-5-فسفات (PP) است که به عنوان یک واسطه الکتروفیل عمل می کند که ابتدا گروه آمینه را می پذیرد.

(به عنوان پذیرنده آن عمل می کند)، و سپس (به عنوان اهدا کننده) آن را به اسید کتو منتقل می کند.

گروه کاری PF گروه آلدهیدی (CHO) است.

PF شامل سه مشتق از ویتامین B6 است: پیریدوکسال، پیریدوکسین و پیریدوکامین.

مکانیسم ترانس آمیناسیون را می توان با استفاده از مثال آلانین که شکل انتقال آمین نیتروژن در خون است نشان داد.

آلانین حاوی حدود 30 درصد نیتروژن آمین است که پس از تجزیه پروتئین های ماهیچه ای وارد کبد می شود و از پیرووات در طی ترانس آمینو اسیدهای آمینه دیگر تشکیل می شود.

هنگامی که آلانین و آلفا کتوگلوتارات برهم کنش می کنند، پیروات ظاهر می شود که با گلوتامات واکنش می دهد - این مرحله اول در مرحله دومگلوتامات NAD+ و آب را اضافه می‌کند و کتوگلوتارات را تشکیل می‌دهد که با NaPH+ و NH4 تعامل می‌کند. آلانین در کبد دآمینه می شود. آمونیاک تشکیل شده در این مورد برای سنتز اوره استفاده می شود و پیرووات برای سنتز گلوکز استفاده می شود که با خون به عضلات باز می گردد و چرخه گلوکز-آلانین انتقال آمونیاک را می بندد. این چرخه می شودمعنی خاص

در طول روزه داری، زمانی که در حین گلوکونئوژنز، کبد از اسیدهای آمینه ای استفاده می کند که در طی تجزیه پروتئین های ماهیچه ای تشکیل شده اند.

سنتز سرین و گلیسین

سرین در سه مرحله از گلیسرول گلیکوزیل-3-فسفات سنتز می شود که ابتدا به یک کتو اسید (تری فسفات هیدروکسی پیرووات) اکسید می شود. توسط اسید گلوتامیک ترانس آمین می شود و به 3-فسفات-سرین تبدیل می شود که به سرین و فسفر معدنی هیدرولیز می شود.

گلیسین با حذف گروه هیدروکسی متیل از سرین سنتز می شود (به بالا مراجعه کنید). این واکنش با مشارکت اسید تتراهیدروفولیک، که حامل گروه های تک کربنی است، رخ می دهد.

این نوع انتقال برای سنتز نوکلئوتیدها مهم است.

گلوتامین (و همچنین آلانین) به عنوان یک شکل انتقال آمونیاک در خون عمل می کند که در طی دآمیناسیون اسیدهای آمینه تشکیل می شود.

آمونیاک سمی است و بنابراین به صورت آزاد وارد کبد نمی شود، اما در ترکیب با اسید گلوتامیک، آمید گلوتامیک اسید را با مشارکت آنزیم گلوتامین سنتتاز یا گلوتامیک اسید تشکیل می دهد.

گلوتامین به عنوان یک محصول میانی، گاماگلوتامیل فسفات (انیدریت اسیدهای گلوتامیک و فسفریک) تشکیل می شود - این یک ترکیب پرانرژی است که می تواند با یون های آمونیوم با مشارکت سنتتاز تعامل داشته باشد (به فصل 8 مراجعه کنید).

منبع گلوتامین آلفا کتوگلوتارات از چرخه کربس است که با سایر اسیدهای آمینه ترانس آمیناسیون می شود.

گلوتامین توسط خون به کبد منتقل می شود و در آنجا توسط گلوتامیناز هیدرولیز می شود و آمونیاک آزاد شده برای سنتز اوره استفاده می شود.

فنیل آلانین یک آمینو اسید معطر است که مقدار اضافی آن در یک بدن معمولی با مشارکت فنیل آلانین 4-هیدروکسیلاز به تیروزین تبدیل می شود که 2 اتم هیدروژن را از کوآنزیم - تتراهیدروبیوپترین تامین می کند (به بالا مراجعه کنید).

لوسین، ایزولوسین و والین اسیدهای آمینه آلیفاتیک هستند که محصولات میانی آنها در لوسینوزیس به شکل اسیدهای کتو تجمع می یابند (به بالا مراجعه کنید).

متابولیسم سایر ترکیبات از اسیدهای آمینه

علاوه بر پروتئین ها، اسیدهای آمینه تشکیل می شوند: آمین ها (در نتیجه دکربوکسیلاسیون). کاتکول آمین ها یا هورمون های مشابه ساختار کاتکول (به عنوان مثال، 1،2-دهیدروکسی بنزن)، از جمله دوپامین، اپی نفرین و نوراپی نفرین. انتقال دهنده های عصبی (GABA و 5-هیدروکسی تریپتامین)، و همچنین هورمون تیروکسین.

گروه های آمینه، پس از حذف آنها از اسیدهای آمینه، در ادرار به شکل اوره دفع می شوند - این یک ترکیب بی اثر، محلول در آب و غیر سمی است.

هنگامی که گروه گوانیدین از آرژنین حذف می شود، اوره در کبد تشکیل می شود. در این مورد، یک اسید آمینه به طور همزمان تشکیل می شود - اورنیتین، که بخشی از پروتئین های اصلی بدن نیست.

برای تبدیل مجدد اورنیتین به آرژنین، از یک اتم کربن به دست آمده از دی اکسید کربن و یک آمین نیتروژن آزاد شده در طی متابولیسم هر یک از اسیدهای آمینه ضروری استفاده می شود.

تشکیل آرژنین از اورنیتین در چند مرحله اتفاق می افتد. اسید آمینه سیترولین به عنوان یک محصول میانی تشکیل می شود که همچنین بخشی از پروتئین های اصلی بدن نیست. سنتز اوره را در کبد تحریک می کند (مانند اورنتین و آرژنین).

تخریب پروتئین

تخریب پروتئین جایگزینی مولکول های پروتئین قدیمی با مولکول های جدید است. در تمام سلول ها و بافت های بدن در طول متابولیسم رخ می دهد. سنجاب ها طول عمر متفاوتی دارند. پروتئین های با عمر طولانی شامل پروتئین های ساختاری و هموگلوبین هستند. پروتئین های کبد چند روز زنده هستند.

طول عمر بسیاری از پروتئین ها بیش از 20 ساعت نیست و برخی از آنها بیش از ده یا حتی دو دقیقه عمر نمی کنند.

با توجه به طول عمر متفاوت پروتئین ها، تجزیه آنها با گزینش پذیری بالا مشخص می شود.

در طول سنتز اسیدهای آمینه و تولید متعاقب آن پروتئین های ساختاری و تنظیمی از آنها، دقت ساختاری (و عملکردی) مطلق آنها همیشه مشاهده نمی شود. بنابراین، اسیدهای آمینه اشتباهی ناگزیر در سلول ها تشکیل می شوند که مستلزم تا زدن پروتئین نادرست است (به فصل 3 مراجعه کنید)، و چنین پروتئین هایی توسط سلول از بین می روند، به عنوان مثال. تحت یک فرآیند تخریب قرار می گیرند. پروتئین یوبیکوئیتین برای تخریب انتخابی مهم است.

این یک پروتئین کوچک است که در واکنش وابسته به ATP شرکت می کند که در آن گروه کربوکسیل انتهایی آن به گروه آمینه زنجیره جانبی پروتئین هدف (باقی مانده های لیزین) متصل می شود، که باید تحت تخریب قرار گیرند، به عنوان مثال. به نظر می رسد که او برای او "نشان گذاری" می کند.

متابولیسم اسید آمینه

پروتئین ها فراوان ترین مواد آلی در بدن هستند که اکثریت توده خشک بدن (10-12 کیلوگرم) را تشکیل می دهند. متابولیسم پروتئین به عنوان متابولیسم اسید آمینه در نظر گرفته می شود.

هضم پروتئین ها هضم و جذب می شودغذا ودرون زا

پروتئین ها پروتئین‌های درون‌زا (30-100 گرم در روز) توسط آنزیم‌های گوارشی و پروتئین‌های اپیتلیوم روده جدا شده نشان داده می‌شوند. هضم و جذب پروتئین ها بسیار کارآمد است و بنابراین تنها حدود 5-10 گرم پروتئین در محتویات روده از بین می رود. پروتئین های غذا دناتوره می شوند و هضم آنها را آسان تر می کند. آنزیم های هضم پروتئین (هیدرولازها ) به طور خاص پیوندهای پپتیدی را در پروتئین ها می شکافند و بنابراین نامیده می شوندپپتیدازها . آنها به 2 گروه تقسیم می شوند: 1)اندوپپتیدازها - شکستن پیوندهای پپتیدی داخلی و تشکیل قطعات پروتئینی (پپسین، تریپسین). 2)اگزوپپتیدازها روی پیوند پپتیدی اسیدهای آمینه پایانی عمل می کند. اگزوپپتیدازها به دو دسته تقسیم می شوندکربوکسی پپتیدازها (اسیدهای آمینه C ترمینال را جدا کنید) وآمینوپپتیدازها

(اسیدهای آمینه N ترمینال را جدا کنید). آنزیم های پروتئولیتیک برای هضم پروتئین در تولید می شوند, معدهغذا پانکراسروده کوچک

. در حفره دهان، پروتئین ها به دلیل کمبود آنزیم در بزاق هضم نمی شوند.. هضم پروتئین از معده شروع می شود. هنگامی که پروتئین ها وارد مخاط معده می شوند، ماده ای شبیه به هورمون تولید می شود گاسترینکه باعث فعال شدن ترشح HCl می شود سلول های جداریمعده و پپسینوژن - سلول های اصلیمعده

اسید هیدروکلریک (PH شیره معده 1.0-2.5) 2 عملکرد مهم را انجام می دهد: باعث دناتوره شدن پروتئین ها و مرگ میکروارگانیسم ها می شود. در بزرگسالان، آنزیم های شیره معده هستند پپسینو معده، در نوزادان رنین.

1. پپسین در تولید می شود اصلیسلول های مخاط معده به شکل غیر فعال به شکل پپسینوژن(m.m. 40000 Da). پپسینوژن در حضور به پپسین فعال تبدیل می شود HClو به صورت خودکارتحت تأثیر سایر مولکول های پپسین: 42 باقیمانده اسید آمینه از انتهای N مولکول به شکل 5 پپتید خنثی (mw حدود 1000 Da) و یک پپتید قلیایی (mw 3200 Da) جدا می شود. مم پپسین 32700 بله، pH مطلوب 1,0-2,0 . پپسین هیدرولیز پیوندهای پپتیدی تشکیل شده را کاتالیز می کند گروه های آمینه اسیدهای آمینه معطر(سشوار، محدوده تیراندازی)، و همچنین آسپارتیک، اسیدهای گلوتامیک، لوسین و آلا آلا، جفت آلا سر.

2. آنزیم پپسین مانند دیگری از پپسینوژن تشکیل می شود - معده(mm 31500 Da)، pH بهینه 3.0-5.0. در شیره معده معمولی نسبت پپسین به معده 4:1 است.

3. رنیندر شیره معده نوزادان یافت می شود. pH بهینه 4.5 آنزیم شیر را خنثی می کند، به عنوان مثال. در حضور یون های کلسیم تبدیل به محلول می شود کازئینوژندر نامحلول کازئین. پیشرفت آن از طریق دستگاه گوارش کند می شود، که زمان اثر پروتئینازها را افزایش می دهد.

در نتیجه عمل آنزیم‌ها در معده، پپتیدها و مقدار کمی اسیدهای آمینه آزاد تشکیل می‌شوند که باعث تحریک ترشح می‌شوند. کوله سیستوکینیندر دوازدهه

دوازدهه. محتویات معده وارد دوازدهه شده و ترشح را تحریک می کند ترشحبه خون سکرتین ترشح بی کربنات ها را در لوزالمعده فعال می کند که اسید هیدروکلریک را خنثی می کند و PH را به 7.0 افزایش می دهد. تحت تأثیر اسیدهای آمینه آزاد تشکیل شده در قسمت بالایی دوازدهه، کوله سیستوکینینکه باعث تحریک ترشح آنزیم های پانکراس و انقباض کیسه صفرا می شود.

هضم پروتئین توسط گروهی از پروتئینازهای سرین (در مرکز فعال یک گروه OH سرین وجود دارد) با منشاء پانکراس انجام می شود: تریپسین، کیموتریپسین، کربوکسی پپتیداز، الاستاز.

1. آنزیم ها به شکل تولید می شوند پیشینیان غیرفعال- پروآنزیم ها سنتز آنزیم های پروتئولیتیک به شکل پیش سازهای غیر فعال، سلول های برون ریز پانکراس را از تخریب محافظت می کند. همچنین در پانکراس سنتز می شود مهار کننده تریپسین پانکراسکه از سنتز آنزیم های فعال در داخل پانکراس جلوگیری می کند.

2. آنزیم کلیدی برای فعال شدن پروآنزیم ها است انتروپپتیداز(انتروکیناز)، توسط سلول های مخاط روده ترشح می شود.

3. انتروکیناز هگزاپپتید را از انتهای N جدا می کند تریپسینوژنو فعال تشکیل می شود تریپسین، که سپس پروتئینازهای باقی مانده را فعال می کند.

4. تریپسین هیدرولیز پیوندهای پپتیدی را کاتالیز می کند که تشکیل آن شامل گروه های کربوکسیل می شود. اسیدهای آمینه اساسی(لیزین، آرژنین).

5.کیموتریپسین- اندوپپتیداز که در لوزالمعده به شکل کیموتریپسینوژن تولید می شود. در روده کوچک، با مشارکت تریپسین، اشکال فعال کیموتریپسین - a، d و p تشکیل می شود. کیموتریپسین هیدرولیز پیوندهای پپتیدی تشکیل شده را کاتالیز می کند گروه های کربوکسیل اسیدهای آمینه آروماتیک.

6. پروتئین های تخصصی بافت همبند - الاستین و کلاژن - با کمک اندوپپتیدازهای پانکراس هضم می شوند - الاستازغذا کلاژناز.

7. کربوکسی پپتیدازهای پانکراس (A و B) هستند متالوآنزیم هاحاوی یونهای روی ۲+. آنها دارای ویژگی سوبسترا هستند و اسیدهای آمینه C ترمینال را می شکافند. در نتیجه هضم در دوازدهه، پپتیدهای کوچک (2-8 اسید آمینه) و اسیدهای آمینه آزاد تشکیل می شوند.

در روده کوچکهضم نهایی پپتیدهای کوتاه و جذب اسیدهای آمینه رخ می دهد. اینجا عمل کن (اسیدهای آمینه C ترمینال را جدا کنید) وبا منشا روده ای، جدا کردن اسیدهای آمینه N ترمینال، و همچنین سه - غذا دی پپتیدازها.

جذب اسیدهای آمینه

اسیدهای آمینه آزاد، دی پپتیدها و مقدار کمی تری پپتید در روده کوچک جذب می شوند. دی و تری پپتیدها پس از جذب به اسیدهای آمینه آزاد در سیتوزول هیدرولیز می شوند. سلول های اپیتلیال. فقط بعد از خوردن غذاهای پروتئینی اسیدهای آمینه آزاددر ورید پورتال یافت می شود. حداکثر غلظت اسیدهای آمینه در خون به دست می آید در 30-50دقیقه بعد از غذا خوردن

اسیدهای آمینه L آزاد از طریق آن منتقل می شوند غشای سلولی حمل و نقل فعال ثانویه،مرتبط با عملکرد Na + ,K + -ATPase. انتقال آمینو اسیدها به داخل سلول ها اغلب به عنوان نشانه ای از اسیدهای آمینه و یون های سدیم اتفاق می افتد. اعتقاد بر این است که حداقل شش سیستم انتقال (translocases) وجود دارد که هر یک از آنها برای انتقال آمینو اسیدهایی که ساختار مشابهی دارند پیکربندی شده است: 1) اسیدهای آمینه خنثی با رادیکال کوچک (ala، ser، tri). 2) اسیدهای آمینه خنثی با اسیدهای آمینه رادیکال و معطر حجیم (val، leu، ile، met، fen، tyr). 3) اسیدهای آمینه اسیدی(asp، glu)، 4) اسیدهای آمینه بازی (lys، arg)، 5) پرولین، 6) اسیدهای آمینه β (تورین، β-آلانین). این سیستم ها، با اتصال یون های سدیم، انتقال پروتئین حامل را به حالتی با میل ترکیبی بسیار زیاد برای اسید آمینه القاء می کنند. Na+ تمایل دارد در امتداد گرادیان غلظت به داخل سلول منتقل شود و همزمان مولکول های اسید آمینه را به داخل سلول منتقل کند. هر چه گرادیان Na + بالاتر باشد، سرعت جذب اسیدهای آمینه بیشتر است که برای مکان های اتصال مربوطه در ترانسلوکاز با یکدیگر رقابت می کنند.

مکانیسم های دیگر شناخته شده است حمل و نقل فعالاسیدهای آمینه در سراسر غشای پلاسما. A. Meister طرحی را برای انتقال غشایی اسیدهای آمینه از طریق غشاهای پلاسما پیشنهاد کرد که به نام چرخه g-گلوتامینیل

مطابق با فرضیه چرخه γ-گلوتامیل برای انتقال اسیدهای آمینه از طریق غشای سلولی، نقش ناقل اسید آمینه به طور گسترده تعلق دارد. سیستم های بیولوژیکیسه پپتید گلوتاتیون.

1. نقش اصلییک آنزیم در این فرآیند نقش دارد g-گلوتامینیل ترانسفراز(ترانس پپتیداز)، که در غشای پلاسمایی موضعی است. این آنزیم گروه g-glutamyl از گلوتاتیون تری پپتید درون سلولی (g-gluc-cis-gly) را به یک اسید آمینه خارج سلولی منتقل می کند.

2. کمپلکس حاصل اسید آمینه g-گلوتامیلبه داخل سیتوزول سلول نفوذ می کند، جایی که اسید آمینه آزاد می شود.

3. گروه g-glutamyl به شکل 5-oxoproline طی یک سری مراحل آنزیمی و با مشارکت ATP با cis-glyکه منجر به ترمیم مولکول گلوتاتیون می شود. هنگامی که مولکول اسید آمینه بعدی از طریق غشاء منتقل می شود، چرخه تبدیل ها تکرار می شود. برای انتقال یک اسید آمینه استفاده می شود 3 مولکول ATP.

تمام آنزیم های چرخه γ-گلوتامیل در غلظت های بالا در بافت های مختلف - کلیه ها، اپیتلیوم پرزهای روده کوچک، غدد بزاقی، مجرای صفراوی و غیره یافت می شوند. اسیدهای آمینه پس از جذب در روده از طریق ورید باب وارد کبد می شوند و سپس توسط خون در تمام بافت های بدن توزیع می شود.

جذب پروتئین ها و پپتیدهای دست نخورده: طی مدت کوتاهی پس از تولد، پپتیدها و پروتئین های دست نخورده می توانند توسط اندوسیتوز یا پینوسیتوز در روده جذب شوند. این مکانیسم برای انتقال ایمونوگلوبولین های مادر به بدن کودک مهم است. در بزرگسالان، جذب پروتئین ها و پپتیدهای دست نخورده رخ نمی دهد. با این حال، برخی از افراد این فرآیند را تجربه می کنند که باعث تشکیل آنتی بادی ها و ایجاد آلرژی غذایی می شود. در سال های اخیرنظری در مورد امکان انتقال قطعات مولکول های پلیمری به عروق لنفاوی در ناحیه تکه های Peyer غشای مخاطی قسمت های انتهایی روده کوچک بیان شده است.

ذخایر اسید آمینه بدن

در بدن یک فرد بالغ حدود 100 گرم اسید آمینه آزاد وجود دارد که صندوق اسید آمینه (استخر) را تشکیل می دهد. گلوتامات و گلوتامین 50٪ از اسیدهای آمینه را تشکیل می دهند، اسیدهای آمینه ضروری (ضروری) - حدود 10٪. تمرکز اسیدهای آمینه داخل سلولیهمیشه بالاتر از خارج سلولی. مخزن اسید آمینه با عرضه اسیدهای آمینه و مسیرهای متابولیکی برای استفاده از آنها تعیین می شود.

منابع اسیدهای آمینه

متابولیسم پروتئین های بدن، دریافت پروتئین از غذا و سنتز اسیدهای آمینه غیر ضروری منابع اسیدهای آمینه در بدن هستند.

1. پروتئین ها در حالت پویا، یعنی مبادله بدن انسان تقریباً تبادل می کند 300-400 گرمپروتئین ها نیمه عمر پروتئین ها متفاوت است - از دقیقه (پروتئین های پلاسمای خون) تا چندین روز (معمولاً 15-5 روز) و حتی ماه ها و سال ها (به عنوان مثال، کلاژن). پروتئین‌های غیرطبیعی، معیوب و آسیب‌دیده از بین می‌روند، زیرا بدن نمی‌تواند از آنها استفاده کند و فرآیندهایی را که به پروتئین‌های عملکردی نیاز دارند، مهار می‌کنند. عوامل موثر بر سرعت تخریب پروتئین عبارتند از: الف) دناتوره شدن (به عنوان مثال از دست دادن ساختار بومی) پروتئولیز را تسریع می کند. ب) فعال شدن آنزیم های لیزوزومی. ج) گلوکوکورتیکوئیدها و هورمون های تیروئید اضافی باعث افزایش پروتئولیز می شوند. د) انسولین باعث کاهش پروتئولیز و افزایش سنتز پروتئین می شود.

2.پروتئین های غذایی. حدود 25 درصد از پروتئین های مبادله شده، یعنی. 100 گرم از اسیدهای آمینه تجزیه می شوند و این تلفات با غذا پر می شوند. از آنجایی که اسیدهای آمینه منبع اصلی نیتروژن برای ترکیبات حاوی نیتروژن هستند، وضعیت تعادل نیتروژن بدن را تعیین می کنند. تعادل نیتروژن- این تفاوت بین نیتروژن وارد شده به بدن و نیتروژن خارج شده از بدن است. تعادل نیتروژنمشاهده می شود اگر مقدار نیتروژن وارد شده به بدن برابر با مقدار نیتروژن دفع شده از بدن باشد (در بزرگسالان افراد سالم). تعادل مثبت نیتروژنمشاهده می شود اگر مقدار نیتروژن وارد شده به بدن بیشتر از مقدار نیتروژن دفع شده از بدن باشد (رشد، تجویز داروهای آنابولیک، رشد جنین). تعادل منفی نیتروژنمشاهده می شود اگر مقدار نیتروژن وارد شده به بدن کمتر از مقدار نیتروژن دفع شده از بدن باشد (پیری، گرسنگی پروتئین، هیپوکینزی، بیماری های مزمن، سوختگی). ضریب سایش رابنر- در طول یک روزه پروتئین 8-10 روزه، مقدار تقریباً ثابتی از پروتئین در بافت ها تجزیه می شود - 23.2 گرم یا 53 میلی گرم نیتروژن در روز به ازای هر 1 کیلوگرم وزن بدن (0.053 × 6.25 × 70 = 23.2، که در آن 6.25 است. - ضریب نشان می دهد که پروتئین ها حاوی حدود 16٪ نیتروژن هستند - وزن بدن انسان. اگر غذا حاوی 23.2 گرم پروتئین در روز باشد، تعادل نیتروژن منفی ایجاد می شود. حداقل فیزیولوژیکی پروتئین (حدود 30-45 گرم در روز) منجر به تعادل نیتروژن (اما برای مدت کوتاه) می شود. با فعالیت بدنی متوسط، یک فرد به 100-120 گرم پروتئین در روز نیاز دارد.

23.6.1. دکربوکسیلاسیون اسیدهای آمینه - جدا شدن یک گروه کربوکسیل از یک اسید آمینه برای تشکیل CO2. محصولات حاصل از واکنش های دکربوکسیلاسیون اسید آمینه هستند آمین های بیوژنیک در تنظیم متابولیسم و ​​فرآیندهای فیزیولوژیکی در بدن نقش دارد (جدول 23.1 را ببینید).

جدول 23.1

آمین های بیوژنیک و پیش سازهای آنها

واکنش های دکربوکسیلاسیون اسیدهای آمینه و مشتقات آنها توسط کاتالیز می شود دکربوکسیلاز اسیدهای آمینه کوآنزیم - پیریدوکسال فسفات (مشتق ویتامین B6). واکنش ها برگشت ناپذیر است.

23.6.2. نمونه هایی از واکنش های دکربوکسیلاسیونبرخی از اسیدهای آمینه تحت دکربوکسیلاسیون مستقیم قرار می گیرند. واکنش دکربوکسیلاسیون هیستیدین :

هیستامیندارای یک اثر گشاد کننده عروق قوی، به ویژه مویرگ ها در محل التهاب است. ترشح معده هر دو پپسین و اسید هیدروکلریک، و برای مطالعه عملکرد ترشحی معده استفاده می شود.

واکنش دکربوکسیلاسیون گلوتامات :

گابا- فرستنده بازدارنده در سیستم عصبی مرکزی.

تعدادی از اسیدهای آمینه پس از اکسیداسیون اولیه دچار دکربوکسیلاسیون می شوند. محصول هیدروکسیلاسیون تریپتوفان تبدیل به سروتونین:

سروتونینعمدتا در سلول های مرکزی تشکیل می شود سیستم عصبی، اثر منقبض کننده عروق دارد. در تنظیم فشار خون، دمای بدن، تنفس و فیلتراسیون کلیه شرکت می کند.

محصول هیدروکسیلاسیون تیروزین تبدیل به دوپامین می شود:

دوپامینبه عنوان پیش ساز کاتکول آمین ها عمل می کند. یک واسطه از نوع مهاری در سیستم عصبی مرکزی است.

تیوگروپ سیستئین به یک گروه سولفو اکسید می شود، محصول این واکنش دکربوکسیله می شود تا تورین را تشکیل دهد:

تائورینعمدتاً در کبد تشکیل می شود. در سنتز اسیدهای صفراوی جفتی (تاوروکولیک اسید) شرکت می کند.

21.5.3. کاتابولیسم آمین های بیوژنیکمکانیسم های خاصی در اندام ها و بافت ها وجود دارد که از تجمع آمین های بیوژنیک جلوگیری می کند. مسیر اصلی غیر فعال سازی آمین های بیوژنیک - دآمیناسیون اکسیداتیو با تشکیل آمونیاک - توسط مونو و دی آمین اکسیدازها کاتالیز می شود.

مونوآمین اکسیداز (MAO)- آنزیم حاوی FAD - واکنش را انجام می دهد:

این کلینیک از مهارکننده‌های MAO (نیلامید، پیرازیدول) برای درمان شرایط افسردگی استفاده می‌کند.

علاوه بر سنتز پروتئین، اسیدهای آمینه نیز برای سنتز ترکیبات غیر پروتئینی مختلف که اهمیت بیولوژیکی مهمی دارند، استفاده می شود. برخی از اسیدهای آمینه تجزیه می شوند و به محصولات نهایی تبدیل می شوند: C0 2، H 2 0 و NH 3 تجزیه با واکنش های مشترک در اکثر اسیدهای آمینه آغاز می شود.

این موارد عبارتند از:

الف) دکربوکسیلاسیون - حذف گروه کربوکسیل از اسیدهای آمینه به شکل دی اکسید کربن:

تمام آمینو اسیدها تحت ترانس آمیناسیون قرار می گیرند. این واکنش شامل یک کوآنزیم - فسفوپیریدوکسال است که تشکیل آن به ویتامین B6 - پیریدوکسین نیاز دارد.

ترانس آمینو تبدیل اصلی اسیدهای آمینه در بدن است، زیرا سرعت آن بسیار بالاتر از واکنش های دکربوکسیلاسیون و دآمیناسیون است.

Transamination دو عملکرد اصلی را انجام می دهد:

الف) به دلیل ترانس آمینواسیون، برخی از اسیدهای آمینه می توانند به برخی دیگر تبدیل شوند. در این حالت تعداد کل اسیدهای آمینه تغییر نمی کند، اما نسبت بین آنها تغییر می کند. با غذا، پروتئین های خارجی وارد بدن می شود که در آن اسیدهای آمینه نسبت به پروتئین های بدن متفاوت است. با ترانس آمیناسیون، ترکیب اسید آمینه بدن تنظیم می شود.

ب) است بخش جدایی ناپذیر دآمیناسیون غیرمستقیم (غیر مستقیم).اسیدهای آمینه - فرآیندی که توسط آن تجزیه اکثر اسیدهای آمینه آغاز می شود.

در مرحله اول این فرآیند، اسیدهای آمینه تحت واکنش ترانس آمیناسیون با اسید α-کتوگلوتاریک قرار می گیرند. اسیدهای آمینه به اسیدهای آلفا کتو و اسید آلفا کتوگلوتاریک به اسید گلوتامیک (اسید آمینه) تبدیل می‌شوند.

در مرحله دوم، اسید گلوتامیک به دست آمده تحت دآمیناسیون قرار می گیرد، NH 3 از آن جدا می شود و اسید α-کتوگلوتاریک دوباره تشکیل می شود. سپس آلفا-کتو اسیدهای به دست آمده تحت تجزیه عمیق قرار می گیرند و به محصولات نهایی C0 2 و H 2 0 تبدیل می شوند. مسیرهای تجزیه با این حال، در طول تجزیه برخی از اسیدهای آمینه، اسید پیروویک، که از آن می توان گلوکز را سنتز کرد. بنابراین، اسیدهای آمینه ای که چنین اسیدهای کتو از آنها بوجود می آیند نامیده می شوند گلوکوژنیکسایر اسیدهای کتو در طی تجزیه خود پیروات تشکیل نمی دهند. محصول میانی آنها استیل کوآنزیم A است که از آن نمی توان گلوکز به دست آورد، اما اجسام کتون را می توان سنتز کرد. اسیدهای آمینه مربوط به چنین اسیدهای کتو کتوژنیک نامیده می شوند.

دومین محصول دآمیناسیون غیرمستقیم اسیدهای آمینه آمونیاک است. آمونیاک برای بدن بسیار سمی است. بنابراین، بدن مکانیسم های مولکولی برای خنثی سازی خود دارد. همانطور که NH 3 تشکیل می شود، در تمام بافت ها به اسید گلوتامیک متصل می شود و گلوتامین را تشکیل می دهد. این خنثی سازی موقت آمونیاکبا جریان خون، گلوتامین وارد کبد می شود و در آنجا دوباره به اسید گلوتامیک و NH3 تجزیه می شود. اسید گلوتامیک به دست آمده همراه با خون به اندام ها بازگردانده می شود تا بخش های جدیدی از آمونیاک را خنثی کند. آمونیاک آزاد شده و همچنین دی اکسید کربن در کبد برای سنتز استفاده می شود اوره

سنتز اوره یک فرآیند حلقوی و چند مرحله ای است که مقدار زیادی انرژی مصرف می کند. اسید آمینه اورنیتین نقش بسیار مهمی در سنتز اوره دارد. این اسید آمینه بخشی از پروتئین نیست. اورنیتین از اسید آمینه دیگری تشکیل می شود - آرژنین،که در پروتئین ها وجود دارد. با توجه به نقش مهم اورنیتین، سنتز اوره نامیده می شود چرخه اورنیتین

در طی فرآیند سنتز، دو مولکول آمونیاک و یک مولکول دی اکسید کربن به اورنیتین اضافه می شود و اورنیتین به آرژنین تبدیل می شود که بلافاصله اوره از آن جدا می شود و دوباره اورنیتین تشکیل می شود. همراه با اورنیتین و آرژنین، اسیدهای آمینه نیز در تشکیل اوره شرکت می کنند: گلوتامینو اسید آسپارتیکگلوتامین تامین کننده آمونیاک است و اسید آسپارتیک ناقل آن است.

سنتز اوره است خنثی سازی نهایی آمونیاکاز کبد، اوره همراه با خون وارد کلیه ها می شود و از طریق ادرار دفع می شود. 20-35 گرم اوره در روز تشکیل می شود. دفع اوره در ادرار، سرعت تجزیه پروتئین ها در بدن را مشخص می کند.

بخش 3. بیوشیمی بافت عضلانی

سخنرانی 5. بیوشیمی عضلات