Aminoskābes ir visu olbaltumvielu galvenās sastāvdaļas. Viena no galvenajām olbaltumvielu funkcijām ir muskuļu audu augšana un atjaunošana (anabolisms).
Aminoskābes ir visu olbaltumvielu galvenās sastāvdaļas. Viena no galvenajām olbaltumvielu funkcijām ir muskuļu audu augšana un atjaunošana (anabolisms).
Lai saprastu visas vielmaiņas sarežģītības, ir jāizpēta olbaltumvielu molekulārā struktūra.
Olbaltumvielu un aminoskābju struktūra
Olbaltumvielas sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un slāpekļa. Tas var saturēt arī sēru, dzelzi, kobaltu un fosforu. Šie elementi veido olbaltumvielu - aminoskābju - celtniecības blokus. Olbaltumvielu molekula sastāv no garām aminoskābju ķēdēm, kas savienotas kopā ar amīda vai peptīdu saitēm.
Olbaltumvielu pārtika satur aminoskābes, kuru daudzveidība ir atkarīga no klātesošā proteīna veida. Ir bezgalīgi daudz dažādu aminoskābju kombināciju, no kurām katra raksturo proteīna īpašības.
Lai gan dažādas aminoskābju kombinācijas nosaka proteīna īpašības, atsevišķu aminoskābju struktūra ietekmē tā darbību organismā. Aminoskābe sastāv no centrālais atoms ogleklis, kas atrodas pozitīvi lādētās amīnu grupas NH centrā 2 vienā galā un negatīvi lādētā karbonskābes grupa COOH otrā. Vēl viena R grupa, ko sauc par sānu ķēdi, nosaka aminoskābes funkciju.
Mūsu ķermenim ir nepieciešamas 20 dažādas aminoskābes, kuras, savukārt, var iedalīt atsevišķās grupās. Galvenā atdalīšanas pazīme ir to fizikālās īpašības.
Grupas, kurās iedala aminoskābes, var būt šādas.
1. Essential (EAA). Tos sauc arī par būtiskiem, jo organisms pats tos nespēj ražot. Šīs aminoskābes var iegūt ar pārtiku.Šajā grupā ietilpst tādas aminoskābes kā
- histidīns,
- lizīns,
- fenilalanīns,
- metionīns,
- leicīns,
- izoleicīns,
- valīns,
- treonīns
Neaizstājamās aminoskābes:
- cisteīns,
- cistīns,
- glicīns,
- prolīns,
- serīns,
- triptofāns,
- tirozīns
Olbaltumvielas, kas satur visas neaizvietojamās aminoskābes, sauc par pilnīgu. Un nepilnīgs proteīns attiecīgi vai nu nesatur visas neaizvietojamās aminoskābes, vai arī satur, bet nenozīmīgā daudzumā.
Taču, ja tiek apvienoti vairāki nepilnīgi proteīni, tad var savākt visas neaizvietojamās aminoskābes, kas veido pilnvērtīgu proteīnu.
Gremošanas process
Gremošanas procesā kuņģa gļotādas šūnas ražo pepsīnu, aizkuņģa dziedzeris – tripsīnu, bet tievās zarnas – himotripsīnu. Šo enzīmu izdalīšanās izraisa proteīnu sadalīšanās reakciju peptīdos.
Savukārt peptīdi tiek sadalīti brīvās aminoskābēs. To veicina tādi fermenti kā aminopeptidāzes un karboksipeptidāzes.
Pēc tam brīvās aminoskābes tiek transportētas caur zarnām. Zarnu bārkstiņas ir pārklātas ar viena slāņa epitēliju, zem kura atrodas asinsvadi. Aminoskābes tajās nonāk un ar asinīm visā ķermenī tiek nogādātas šūnās. Pēc tam sākas aminoskābju uzsūkšanās process.
Deanimācija
Apzīmē aminogrupu izņemšanu no molekulas. Šis process notiek galvenokārt aknās, lai gan glutamāts tiek deanimēts arī nierēs. Deanimācijas laikā no aminoskābēm izņemtā aminogrupa tiek pārvērsta par amonjaku. Šajā gadījumā oglekļa un ūdeņraža atomus var izmantot anabolisma un katabolisma reakcijās.
Amonjaks ir kaitīgs cilvēka ķermenim, tāpēc fermentu ietekmē tas tiek pārveidots par urīnvielu vai urīnskābi.
Transanimācija
Transanimācija ir reakcija, kurā aminogrupa tiek pārnesta no aminoskābes uz keto skābi, neveidojot amonjaku. Pārnešana tiek veikta, pateicoties transamināžu iedarbībai - enzīmiem no transferāžu grupas.
Lielākā daļa šo reakciju ietver aminogrupu pārnešanu uz alfa-ketoglutarātu, veidojot jaunu alfa-ketoglutārskābi un glutamātu. Svarīga transamināžu reakcija ir sazarotās ķēdes aminoskābes (BCAA), kas uzsūcas tieši muskuļos.
Šajā gadījumā BCAA tiek noņemti un pārnesti uz alfa-ketoglutarātu, veidojot sazarotās ķēdes ketoskābes un glutamīnskābi.
Parasti transanimācijā tiek iesaistītas aminoskābes, kas visvairāk ir audos – alanīns, glutamāts, aspartāts.
Olbaltumvielu metabolisms
Aminoskābes, kas nonāk šūnās, tiek izmantotas olbaltumvielu sintēzei. Katrai jūsu ķermeņa šūnai ir nepieciešama pastāvīga olbaltumvielu apmaiņa.
Olbaltumvielu metabolisms sastāv no diviem procesiem:
- proteīnu sintēze (anaboliskais process);
- olbaltumvielu sadalīšanās (kataboliskais process).
Ja mēs attēlosim šo reakciju formulas veidā, tā izskatīsies šādi.
Olbaltumvielu metabolisms = Olbaltumvielu sintēze - Olbaltumvielu sadalīšanās
Lielākais olbaltumvielu daudzums organismā ir atrodams muskuļos.
Tāpēc ir loģiski, ka, ja tavs organisms olbaltumvielu vielmaiņas procesā saņem vairāk proteīna nekā zaudē, tad būs vērojams muskuļu masas pieaugums. Ja olbaltumvielu metabolisma procesā olbaltumvielu sadalīšanās pārsniedz sintēzi, tad masa neizbēgami samazināsies.
Ja organisms nesaņem pietiekami daudz dzīvībai nepieciešamo olbaltumvielu, tad tas mirst no izsīkuma. Bet nāve, protams, notiek tikai īpaši ārkārtējos gadījumos.
Lai pilnībā apmierinātu organisma vajadzības, tas ir jāapgādā ar jaunām aminoskābju porcijām. Lai to izdarītu, ēdiet pietiekami daudz olbaltumvielu pārtikas, kas ir jūsu ķermeņa galvenais olbaltumvielu avots.
Ja jūsu mērķis ir iegūt muskuļu masu, jums jāpārliecinās, ka iepriekš minētajā formulā norādīto rādītāju atšķirība ir pozitīva. Pretējā gadījumā jūs nevarēsit sasniegt muskuļu masas pieaugumu.
Slāpekļa līdzsvars
Tā ir slāpekļa daudzuma attiecība, kas nonāk organismā ar pārtiku un izdalās. Šis process izskatās šādi:
Slāpekļa bilance = Kopējais uzņemtais daudzums - Dabiskie atkritumi - Sviedri
Slāpekļa bilance tiek sasniegta, ja šis vienādojums ir vienāds ar 0. Ja rezultāts ir lielāks par 0, tad bilance ir pozitīva, ja mazāka, tā ir negatīva.
Galvenais slāpekļa avots organismā ir olbaltumvielas. Līdz ar to slāpekļa līdzsvaru var izmantot arī, lai spriestu par olbaltumvielu metabolismu.
Atšķirībā no taukiem vai glikogēna, olbaltumvielas organismā netiek uzglabātas. Tāpēc ar negatīvu slāpekļa bilanci ķermenim ir jāiznīcina muskuļu veidojumi. Tas ir nepieciešams dzīvības nodrošināšanai.
Olbaltumvielu uzņemšanas ātrums
Olbaltumvielu trūkums organismā var izraisīt nopietnas veselības problēmas.
Ikdienas olbaltumvielu uzņemšana
|
Cilvēka dzīvesveids |
Olbaltumvielu uzņemšanas ātrums |
|
Vidējais cilvēks piekopj mazkustīgu dzīvesveidu un nesporto (vīrietis vai sieviete) |
1,0 - 1,4 g/kg ķermeņa svara |
|
Persona, kas regulāri veic zemas intensitātes vingrinājumus (vīrietis vai sieviete) |
1,6 - 2,0 g/kg ķermeņa svara |
|
Sieviete, kas vēlas veidot muskuļus/izstiepties un uzlabot izturību, kas regulāri veic smagus vingrinājumus |
2,0 - 2,4 g/kg ķermeņa svara |
|
Vīrietis, kurš vēlas veidot muskuļus/izaugt un uzlabot izturību un kurš regulāri veic smagus vingrinājumus |
2,0 - 3,0 g/kg ķermeņa svara |
Secinājums
Muskuļu augšana ir tieši atkarīga no olbaltumvielu daudzuma, kas nonāk un tiek sintezēts jūsu ķermenī. Jums jāuzrauga olbaltumvielu uzņemšana. Izlemiet par saviem mērķiem, kurus vēlaties sasniegt, izmantojot treniņu un uztura režīmu. Izvirzot mērķi, jūs varat aprēķināt ikdienas olbaltumvielu daudzumu, kas nepieciešams ķermeņa darbībai.
Metabolisms kā enerģijas pārveide
No molekulārā viedokļa daudzšūnu organisma dzīve ir sarežģīti organizētas ģenētiskas un bioķīmiskas reakcijas, kas notiek sakārtotā veidā šūnu, starpšūnu, audu, orgānu un sistēmu organizācijas līmenī un atspoguļo vielmaiņu vai mijiedarbību starp molekulām un atomiem. dažādu ķīmiskie savienojumi(bioloģiskie materiāli).
Reakcijas, kas rodas vielmaiņas laikā, sauc vielmaiņu vai vielmaiņas reakcijas. Kā teikts iepriekšējā nodaļā, starp galvenajiem šūnas ķīmiskajiem savienojumiem ir: ūdens (70-90% no tilpuma), kas nosaka bioloģisko materiālu īpašības; sāļi Na, Ca, K, Mg, Cl un citi ūdenī izšķīdināti mikroelementi; organiskie savienojumi (10-30% no tilpuma), kas ir vērtīgs bioloģiskās degvielas veids. Organisko molekulu daudzveidība rodas, savienojot oglekļa atomus ar citu ķīmisko elementu atomiem.
Katru ķīmiskais elements ko raksturo valence vai spēja veidot noteiktu daudzumu kovalentās saites. Šādi tie veidojas vienkāršas molekulas: spirti (spirts), ieskaitot oglekļa ķēdi un hidroksilgrupu (HO), amīnus (aminogrupa - NH 2), skābes (karboksilgrupa - COOH) utt. No dažādām vienkāršu molekulu kombinācijām veidojas sarežģītas molekulas, tai skaitā organismam svarīgākās nukleīnskābju, olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu molekulas. Visas šīs molekulas veidojas vielmaiņas reakciju rezultātā. Ir divu veidu vielmaiņas reakcijas: anabolisks jeb dzīvībai nepieciešamo molekulu sintēze (anabolisms) un katabolisks vai molekulu sadalīšanās (katabolisms). Metabolisma reakcijas dalībnieks ir metabolīts, vielmaiņas reakcijas rezultāts ir produkts. Ja vielmaiņas reakcijas produkts kalpo par izejmateriālu nākamajai reakcijai, tas tā ir substrāts.
Šādu secīgu reakciju ķēde ir vielmaiņas ceļš. Metabolisma ceļi ir sarežģīti un savstarpēji saistīti. Katrā ziņā
uzreiz jāpielāgojas esošajai situācijai atsevišķā šūnā un visā organismā, pamatojoties uz informāciju, kas nāk no citiem ceļiem vai viena ceļa dažādām saitēm. Jebkurš vielmaiņas ceļš ir balstīts uz enerģijas pārveidi, kas nosaka, kurš ceļš ir iespējams un kurš nav.
Enerģijas pārvēršana(tā pārvērtības) ir No vienas puses biodegvielas ražošanas koordinēšana ar pastāvīgi mainīgām vajadzībām pēc tās; otrā pusē Tā ir atsevišķu šūnu enerģijas transformācijas ātruma un virzienu pakārtošana visa organisma vajadzībām un dzīvības ritmam, kas periodiski ēd un gavē, strādā un atpūšas, nes, baro, audzina un māca saviem pēcnācējiem mijiedarbības pieredzi ar vidi. Turklāt jebkurš organisms savas funkcionēšanas gaitā saslimst īslaicīgi vai ilgstoši, reti vai bieži, iztērējot slimības periodā pieejamās enerģijas rezerves.
Tādējādi enerģijas transformācijas šūnās, audos, orgānos un ķermeņa sistēmās notiek pastāvīgi visā indivīda dzīves laikā. Taču nosacīti varam pieņemt, ka tās sākas ar ēdiena uzņemšanu, kad šūnas “izjauc” barības vielu molekulas, lai ražotu enerģiju (bioloģisko degvielu), ko pēc tam izmanto organismam nepieciešamo vielu metabolismam un sintēzei.
Visu enerģētisko transformāciju koordināciju un integrāciju nodrošina galvenās organisma regulējošās sistēmas: nervu un endokrīnās sistēmas, kā arī imūnsistēma, kas savu regulējošo darbību veic vai nu netieši caur neiroendokrīno regulējumu, vai ar limfoīdo orgānu starpniecību, kuriem ir endokrīnā sistēma. funkcija (skat. 14. nodaļu). Kopumā enerģētisko pārveidojumu kontroli organismā nodrošina neirotransmiteru, hormonu, regulējošo augšanas faktoru, kā arī daudzveidīgo signālu molekulu, kas mediē enerģijas vielmaiņu, kombinēta darbība (sk. 8. nodaļu).
Runājot par atsevišķu šūnu un audu lomu enerģijas sadalē un patēriņā, kas organismā nonāk pārtikas veidā, kā arī ūdens lomu (skat. 6. nodaļu), jāizceļ energoietilpīgākās un enerģiju patērējošākās. aknu, muskuļu, smadzeņu, tauku šūnu un sarkano asins šūnu šūnas. Piemēram, normālas uztura laikā aknu šūnas uzglabā glikozi glikogēna veidā, un badošanās laikā tās atbrīvo to, līdz viss tās krājums ir izsmelts. Ja krājums
glikogēns ir izžuvis, aknas pārvērš aminoskābes glikozē (glikoneoģenēze), un vispirms taukus (taukskābes) pārvērš ketonu ķermeņos, un pēc tam (oksidācijas ceļā) no tiem sintezē triglicerīdus, kas ir enerģijas nesēji. Triglicerīdi nonāk asinīs un tiek izplatīti visos audos un orgānos, arī smadzenēs, kurām nav savu enerģijas rezervju. Tāpēc glikozes transportēšana neironos ir pasīva un neprasa ārējus enerģijas izdevumus. Pasīvā transporta sistēma ietver regulējošās poras, starpšūnu savienojumu kanālus un šūnu membrānas (skat. 6. nodaļu). Šie kanāli kontrolē dažādu molekulu un jonu plūsmu caurlaidību, un to caurlaidspēja (piemēram, Ca 2 +, K + un Na + joniem) ir atkarīga no signāliem, kas ir ārpus šūnas, kas nonāk to kanālu vārtos, kuros atrodas receptori. kas tos atpazīst, atrodas.
Savukārt glikozes transportēšana eritrocītos ir aktīva, jo tas notiek sakarā ar koncentrācijas gradients vai atvieglota difūzija, ko izraisa Cl - un HCO - anjonu divvirzienu pretēja kustība caur eritrocīta plazmas membrānu. Šajā gadījumā aktīvā transportēšana notiek ārēja enerģijas avota dēļ, kas izdalās ATP hidrolīzes laikā, un virzās (šādas kustības dēļ) pret koncentrācijas gradientu.
Dažādi muskuļu enerģijas avoti ir glikoze un glikogēns, taukskābes, ketonvielas un aminoskābes. Īpaša vieta mitohondriji, kas atbild par “audu elpošanu” vai enerģijas metabolisms pateicoties oksidācijas un fosforilēšanās procesiem, kā arī ATP sintēzei “kritiski atkarīgiem” audiem un orgāniem, kuru darbība ir pilnībā atkarīga no savlaicīgas ATP rezervju papildināšanas. Starp šīm “kritiski atkarīgajām” morfofunkcionālajām struktūrām ir smadzeņu šūnas un audi, miokards, skeleta muskuļi, tīklene, Langerhans saliņas aizkuņģa dziedzerī uc Tajos sastopamie enerģijas metabolisma traucējumi sniedz būtisku ieguldījumu cilvēka spektrā un tilpumā. iedzimta patoloģija.
Tajā pašā laikā paši mitohondriji bieži “cieš”. Līdz ar to līdz šim ir identificēta liela mitohondriju slimību klase (vairāk nekā 200 nozoloģiju), kas izpaužas kā pacientu invaliditāte smagu neirodeģeneratīvu simptomu dēļ uz ievērojama enerģijas rezervju samazināšanās fona (sk. 26. nodaļu).
Jo īpaši mitohondriju struktūras un darbības traucējumi ir konstatēti Alcheimera un Parkinsona slimību (skatīt 28. nodaļu), kardiomiopātiskā sindroma, cukura diabēta un citu patoloģiju gadījumā.
Trofiskais atbalsts
Trofiskais atbalsts jeb trofisms ir vielmaiņas reakciju kopums, kas nosaka ķermeņa šūnu, audu, orgānu un sistēmu struktūras un funkcionēšanas saglabāšanos, to palielināšanos pārmērīgas funkcionālās slodzes (hipertrofijas stāvokļa) procesā vai samazināšanos. funkcionāla neaktivitāte (nepietiekama uztura stāvoklis). Visu ķermeņa struktūru trofiskā nodrošināšana notiek ar nervu šķiedru un signālu molekulu palīdzību, kas nonāk pie šūnu membrānas receptoriem mērķa šūnās. Pēdējie ne tikai informē neironus par to stāvokli, bet arī stimulē tos, ierosinot adekvātas funkcionālās izmaiņas neironos un tādējādi veicinot apgrieztu ietekmi uz mērķa šūnām. Tajā pašā laikā pati nervu sistēma nodrošina savu trofismu tikai tāpēc, ka signalizācijas molekulas nonāk neironos no mērķa šūnām, kuras tās inervē. Visas vielmaiņas reakcijas, kas notiek daudzšūnu organismā, tiek katalizētas ar regulējošo enzīmu proteīniem, un tās notiek fermentu saistīšanās dēļ ar substrātiem. Šāda veida reakciju sauc fermentatīvs.
Fermenti un fermentatīvās reakcijas
Fermenta molekula spēj veidot aktīvo centru jeb “kabatu”, kurā nonāk substrāta molekula un kurā tai “uzbrūk” dažādas funkcionāli aktīvas grupas.
Saskaņā ar klasiskās ģenētikas likumiem vienu bioķīmisko reakciju katalizē viens enzīms. Tas ir balstīts uz formulu, ko 1941. gadā ierosināja J. Beadle un E. Tatem: “Viens gēns - viens enzīms”, kas vēlāk tika pārveidots par formulu: “Viens gēns – viena polipeptīda ķēde”, ilgu laiku uzskatīta par molekulārās bioloģijas centrālo dogmu (sk. 1. nodaļu).
Jāatzīmē, ka šis princips, kas ir kopīgs enzimoloģijā, tagad diezgan bieži tiek ievērots daudzfunkcionāliem enzīmiem un daudzenzīmu sistēmām (kompleksiem).
Fermentatīvās reakcijas, kas notiek organismā, balstās uz Michaelis-Menten modeļi, kurā ņemtas vērā visas zināmās gēnu ekspresijas formulas:
kur E ir enzīms; S - substrāts; ES un EP - enzīma kompleksi ar substrātu S un fermentu ar produktu P.
Tādējādi vienai fermentatīvai reakcijai ir nepieciešams vismaz substrāts un ferments. Šajā gadījumā substrāts var būt DNS, RNS, proteīns vai citas molekulas, un ferments var būt regulējošo proteīnu molekulas. Fermentatīvās reakcijas pavada visus alternatīvos procesus šūnā un ķermenī: progresu un regresiju, sintēzi un sabrukšanu, attīstību un involūciju (novecošanos), ierosmi un inhibīciju, miegu un nomodu, kā arī visus citus molekulāros procesus (fizikāli ķīmiskos, ģenētiskos un bioķīmiskos, morfoloģiskos). , fizioloģiski un patofizioloģiski), kas saistīti ar ontoģenēzi (sk. 12. nodaļu).
Šūnu un ķermeņa funkcijas, ko nodrošina fermenti
Kā zināms, fermenti nodrošina daudzas šūnu un organismu funkcijas. Ļaujiet mums uzskaitīt vissvarīgākās fermentatīvās reakcijas. Šis:
Gēnu ekspresija, kas ražo strukturālos un funkcionālos proteīnus šūnām, audiem, orgāniem un ķermeņa sistēmām (DNS-mRNS-proteīna reakcijas);
Organisma aizsargreakcijas: iedzimta un iegūta imunitāte, asins recēšana, citohroma P 450 darbība u.c. (enzīmu-olbaltumvielu, enzīmu-substrātu reakcijas);
Molekulu atpazīšana to transmembrānu transportēšanas laikā (t.sk. jonu plūsmu kontrole), hormonu un citu signālmolekulu mijiedarbība ar receptoriem, nervu impulsu ģenerēšana un vadīšana utt. (tās pašas reakcijas);
Garīgā darbība, muskuļu šūnu darbs utt. (tās pašas reakcijas). Turklāt tās ir arī fermentatīvas reakcijas, kas notiek starp nukleīnskābēm, sākot no gametu apaugļošanas stadijas. Piemēram, fermenti no olšūnas citoplazmas un kodolfaktori transkripcijas, kas atrodas olšūnā un spermā. Citi piemēri ir DNS-mRNS reakcijas transkripcijas laikā, mRNS-rRNS reakcijas, mRNS-tRNS reakcijas translācijas laikā un reakcijas
vietai specifiska saistīšanās starp enzīmu aminoskābju atlikumiem un DNS nukleotīdu sekvencēm.
GALVENIE IEKŠŠŪNU NOTIKUMI
VIELMAIŅA
Starp daudziem dažādiem bioloģiski nozīmīgiem intracelulārā metabolisma notikumiem vispirms jāapsver galvenie molekulārā līmenī notiekošie “tehnoloģiskās” procesi - purīna un pirimidīna nukleotīdu, nebūtisko un neaizvietojamo aminoskābju metabolisms, DNS un olbaltumvielu sadalīšanās.
Nukleotīdu metabolisms
Nukleotīds ir trīs elementu kombinācija: fosfāts-cukurs-bāze. Šajā savienojumā fosfāts ir saistīts ar enerģijas ražošanu. Šajā gadījumā galvenā loma ir galvenajam enerģijas substrātam ATP, lai gan tajā piedalās arī citi enerģijas savienojumi (GTP, CTP, UTP). Nukleotīda ogļhidrātu sastāvdaļas ir dezoksiriboze vai riboze. Slāpekļa bāzes ir saistītas ar tām caur slāpekļa atomu (N) purīna devītajā pozīcijā un pirimidīna pirmajā pozīcijā, nodrošinot iedzimtas informācijas pārraidi.
Nukleotīda slāpekļa bāzes ir purīni A un G un pirimidīni C, T un U.
DNS nukleotīdi (dezoksiribonukleotīdi) ietver: adenīnu (dAMP), guanīnu (dGMP), citozīnu (dCMP) un timīnu (dTMP).
RNS nukleotīdi (ribonukleotīdi) ietver: adenilskābes (AMP), guanilskābes (GMP), cidilskābes (CMP) un uridilskābes (UMP).
Purīna nukleotīdu sintēze
Lielākā daļa šūnu de novo sintezē purīnus no prekursoriem, kuriem ir maza molekulmasa. Brīvo purīnu avoti ir nukleīnskābes, kas DNS molekulas degradācijas laikā sadalās šūnu lizosomās, un to sintēzes vieta ir aknas.
Purīna cikls ir ribotilēšanas vai komponentu fragmentu pievienošanas reakcija ribozes-5-fosfātam. Šis
mehānisms ir raksturīgs purīnu, brīvo purīnu un pirimidīna nukleotīdu de novo sintēzei ar 5-fosforibozil-1-piruvāta (ribozes-5-fosfāta aktīvā forma) vai fosforibozil-1-pirofosfāta (PRPP) piedalīšanos. PRPP veidošanās notiek pa pentozes fosfāta ceļu pirofosfāta grupas (PP) pārnešanas laikā no glutamīna ATP, ko katalizē PRPP sintetāze. Šīs reakcijas produkts ir 5-fosforibosilamīns. Pēc tā veidošanās notiek virkne secīgu reakciju (kopā ir 9), kas beidzas ar pirmā purīna nukleotīda, ieskaitot hipoksantīnu, montāžu - tas inozīnskābe(IMP).
IMP veidošanās kalpo kā sava veida vielmaiņas krustceles: no šīs skābes veidojas adenīns vai guanīns.
Šo transformāciju laikā formilgrupa (FH) veidojas arī no NH 10 -formiltetrahidrofolāta vai tetrahidrofolāta (FH 4) - tā ir formilēšanas reakcija. Formilēšanas reakcijas dalībnieks tetrahidrofolāts (FH 4) ir F vitamīna vai folijskābes (pteroilglutamīnskābes) koenzīms. FH 4 tiek reducēts no hidrofolāta reduktāzes (FH 2), piedaloties NADPH un formiltransferāzei.
Formilgrupa nāk arī no serīna, kas serīna hidroksimetilāzes klātbūtnē pārnes hidroksimetilgrupu (CH 2 OH) uz FH 4, kā rezultātā veidojas glicīns, ūdens un N 5 N 10 -metilēn-FH 4 . Tomēr pēdējais savienojums vēl nav gatavs piedalīties formilācijā, jo metilēngrupa (CH2) ir vairāk reducēta nekā formilgrupa (FH). Tāpēc CH 2 tiek oksidēts ar enzīmu NADP + par metilatvasinājumu, kas pēc hidrolīzes tiek pārveidots par N 10 -formil-FH 4 jeb formilgrupas donoru, kas nepieciešams purīna nukleotīdu sintēzei. Šeit ir lietderīgi atzīmēt, ka purīnu de novo sintēze nerada brīvus purīnus, jo jaunie purīni nekavējoties tiek pārveidoti par purīna nukleotīdiem. Ir zināms arī purīna nukleotīdu sintēzes ceļš, kura laikā tajos pārvēršas brīvie purīni, kas iegūti, sadaloties nukleotīdiem un saglabājušies pēc mijiedarbības ar PRPP. Šajā ceļā ir iesaistītas divas fosforiboziltransferāzes: viena katalizē purīna nukleotīdu veidošanos no adenīna, otra no hipoksantīna un guanīna. Turklāt otrajā gadījumā (purīna nukleotīdu sintēze no hipoksantīna vai AMP ribonukleotīda un guanīna sintēze no GMP ribonukleotīda) piedalās hipoksantīna-guanīna fosforiboziltransferāze.
(GGPRT), kas, mijiedarbojoties ar PRPP, veido IMP un neorganisko fosforu (P). Cilvēka šūnām adenīna taupīšana šķiet mazāk svarīga nekā hipoksantīna un guanīna taupīšana. Brīvais hipoksantīns veidojas no AMP, kad 5-nukleotidāze atdala fosfātu grupu (PH) un pārvēršas par adenozīnu, no kura NH 2 grupu atdala enzīms adenozīna deamināze (ADA). Rezultātā adenozīns tiek pārveidots par inozīnu, no kura ar cita enzīma - nukleozīdu fosforilāzes - palīdzību veidojas hipoksantīns un ribozes-1-fosfāts.
Jāņem vērā arī tas, ka, ja šajā vielmaiņas ceļā nav ADA, attīstās autosomāli recesīva limfocītu slimība (20q13.11), kas izpaužas kā smags kombinēts imūndeficīts (SCID). 1990. gadā ASV piedāvātā SCID ārstēšanas metode kļuva par pirmo gadījumu, kad medicīnā tika izmantota gēnu terapijas metode, kuras būtība bija kaulu smadzeņu cilmes šūnu ieviešana. in vitro normāls ADA gēns un sekojoša šo šūnu autotransplantācija in vivo(skat. 20. nodaļu).
Noslēgumā jāuzsver, ka purīna nukleotīdu sintēzei no šūnas ir nepieciešami lieli enerģijas izdevumi, un tāpēc brīvo purīnu reutilizācijas mehānisms tai ir izdevīgāks, jo ļauj šūnai ierobežot de novo sintēzi.
Turklāt organismā ir unikālas šūnas (eritrocīti), kas nav spējīgas de novo sintezēt purīnus, un tāpēc izmanto tikai gatavas purīna bāzes. Brīvo purīnu pārstrādes mehānisma nozīmi var pierādīt ar X saistītā recesīvā Leša-Nīhana sindroma (Xq26-27) piemēru, kas saistīts ar garīga atpalicība, traucēta koordinācija un autoagresija (HGPRT trūkuma dēļ). Šādiem pacientiem krasi palielinās purīna nukleozīdu de novo sintēze aknu šūnās (ir cukurs un bāze, bet nav fosfātu), kas izraisa PRPP līmeņa paaugstināšanos, liela daudzuma urīnskābes veidošanos ( aknās) un urātu kristālu nogulsnēšanos (nierēs).
Līdzīgi simptomi tiek novēroti arī ar podagru, taču šajā gadījumā pacientiem nav neiroloģisku traucējumu (vēl nezināmu iemeslu dēļ). Acīmredzot podagra ir Leša-Najana sindroma fenokopija. Ir svarīgi atzīmēt, ka alopurīns inhibē urīnskābi, kas aknās veidojas no hipoksantīna un guanīna. Šīs zāles lieto podagras ārstēšanai, tās izraisa guanīna, nevis urātu uzkrāšanos
un hipoksantīns, kas šķīst ūdenī un tāpēc viegli izdalās no organisma.
De novo purīna nukleotīdu sintēzes ceļš ir allosteriskās inhibīcijas piemērs saskaņā ar principu atsauksmes. Šajā gadījumā inhibīcijas kontroles vieta ir pirmā (atgriezeniskā) purīna sintēzes reakcija. To katalizē PRPP sintetāze, ko inhibē ribonukleotīdi AMP, ADP, GMP un GDP.
Pirimidīna nukleotīdu sintēze
Lielākā daļa šūnu de novo sintezē pirimidīna nukleotīdus. Tajā pašā laikā ir zināms brīvo pirimidīnu reutilizācijas ceļš, kas ir mazāk izteikts nekā purīnu.
Brīvo pirimidīnu sintēze sākas ar asparagīnskābi un noved pie orotskābes (savienojums ar ciklisku struktūru) veidošanās, kas PRPP klātbūtnē un kināžu ietekmē tiek pārveidota par uracilu (UMP).
Līdzsvarotas deoksinukleotīdu trifosfātu (kā arī purīnu) ražošanas laikā notiek allosteriskās atgriezeniskās saites regulēšana (sk. 8. nodaļu). To samazināšana notiek difosfātu līmenī ar NADPH palīdzību (pārnes elektronus uz reduktāzi). Tikai pēc tam tie vairākos posmos tiek pārveidoti par trifosfātiem (fosforilēšanas rezultātā, ko veic kināzes, iesaistot ATP). Pirmkārt, dUTP, kas nav iesaistīts sintēzē (satur timīnu), tiek hidrolizēts par dUMP, veidojot PP.
Pēc tam dUMP tiek metilēts par dTMP. Metilēšana
- tā ir ļoti aktīvas metilgrupas (CH 3) pārnešana no donora metionīna uz citu savienojumu molekulām, tostarp DNS (skatīt zemāk). Šajā gadījumā nukleozīds-timidīns tiek atkārtoti sintezēts par TMP timidīnkināzes ietekmē.
dUMP metilēšana notiek arī fermenta timidilāta sintetāzes ietekmē, kura koenzīms ir N 5 N 10 -metilēn-FH 4 vai metilēntetrahidrofolāts (FH 4). Pēc tam dTMP tiek fosforilēts par dTTP (metilētu uracilu), kas tiek pārveidots par dTTP. Purīna sintēzes gadījumā metilēngrupa (CH 2) tiek oksidēta, veidojot formilgrupu (skatīt iepriekš), bet timidilāta sintēzes gadījumā tā tiek reducēta un pārnesta uz timīna metilgrupu (CH 3). timidilāta sintetāzes klātbūtne. Šajā gadījumā FH 4 pārvēršas par FH 2. Reversai
atveseļošanās reakcija
nepieciešams enzīms dehidrofolāta reduktāze, kura deficīts ir saistīts ar vienas no fenilketonūrijas gēnu kopiju parādīšanos (skatīt zemāk).
Vēl viens vielmaiņas ceļš ir FH 4 pārvēršana par metilēn-FH 4, reaģējot ar serīnu, bet, lai to paveiktu, dehidrofolāta reduktāze FH 2 tiek reducēta par FH 4.
Metionīna sintetāzei nepieciešams kofaktors - vitamīns B 12, kura pilnīgas neesamības gadījumā attīstās autosomāli recesīvā kaitīgā anēmija (6p12-p21.2). Ar šo slimību organisms neražo kuņģa glikoproteīnu, kas nepieciešams B12 vitamīna atjaunošanai zarnās, lai gan daudz no tā tiek piegādāts ar pārtiku. Šajā sakarā FH 4 rezerves kļūst nepieejamas purīnu sintēzei, un tetrahidrofolāts tiek pārveidots par metil-FH 4, izraisot pacientiem ar metilmalonacidozi saistītus neiroloģiskus traucējumus. B12 vitamīna deficīts izraisa autosomāli recesīvu iedzimtu folātu malabsorbciju (megaloblastisko anēmiju). Viens no tā kandidātgēniem ir kartēts ar 11q13.3-q14.1.
Ir zināmas divas reakcijas, kas ir atkarīgas no B12 vitamīna.
Tos katalizē dažādi enzīmi: metilmalonil-CoA mutāze (6p12-p21.2) un metionīna sintāze (gēns nav kartēts). Ar pirmā enzīma deficītu attīstās letāla acidoze, savukārt otrā enzīma deficīts izraisa tikai agrīnu psihomotorās attīstības aizkavēšanos, ko pavada neiroloģiski simptomi homocisteīna toksiskās iedarbības dēļ.
DNS sekvenču metilēšana
DNS sekvenču (piemēram, citozīna atlikumu 5. pozīcijā) metilēšana notiek, veidojot 5-metilcitozīnu (5-mC), iedarbojoties vairākiem enzīmiem, ko kopā sauc par citozīna-DNS metiltransferāzēm vai M-tāzi. M-iegurnis ir “uzturēšanas” enzīms, kas atpazīst un metilē tikai daļēji metilētas DNS sekvences, kas veidojas replikācijas laikā, kad tikko sintezētā meitas virkne vēl nav metilēta. Ir zināmi četri šādi fermenti (Dnmt 1, Dnmt 2, Dnmt 3a un Dnmt 3b). Visvairāk pētītais ir Dnmt 1 jeb proteīns ar molekulmasu aptuveni 190 kDa, kam ir 2 domēni: katalītisks (atrodas fermenta C-gala daļā), strukturāli tuvu baktēriju citozīna M-tāzēm un regulējošas
(atrodas N-gala daļā), kas satur signālu secību, kas novirza enzīmu uz aktīviem replikācijas kompleksiem dalīšanās šūnās.
Ir pierādīts, ka citozīna atlikumi galvenokārt tiek metilēti CpG dinukleotīdos vai CpG salās (skatīt 1. un 25. nodaļu). Kopumā eikariotu genomā ir metilēti aptuveni 70% CpG salu un 6-7% citozīna atlikumu. Šī atbalsta metilēšana ir parādīta attēlā. 32: Replikācijas rezultātā DNS mātes virknē atrodas metilēti CpG dinukleotīdi. DNS metiltransferāze atpazīst tajā metilētos CpG un atjauno to pašu metilēšanas modeli meitas virknē. Jāņem vērā, ka masām ir tikai ierobežota iespēja metilēt de novo DNS sekvences pilnīgi nemetilētos reģionos un metilēt oligonukleotīdus, kas satur nepareizi sapārotas bāzes (sk. 10. nodaļu).
Pašlaik ir klonēti gēni, kuru produktiem ir augsta de novo DNS metilēšanas spēja un tie var būt atbildīgi par šo procesu.
Citozīna atlieku metilēšana ietekmē DNS strukturālās īpašības, kas izpaužas, atvieglojot tās metilēto reģionu pāreju no B formas uz Z formu, palielinot DNS spirāles piķi un mainot krustveida formas veidošanās kinētiku. struktūras. Šajā gadījumā metilgrupa 5-mC parādās uz DNS galvenās rievas virsmas, kas atrodas B formā, kas palielina tās hidrofobitāti un dažos gadījumos kļūst par izšķirošu faktoru enzīmu mijiedarbībā ar atbilstošajām sekcijām. DNS molekula. Turklāt citu DNS sekvenču metilēšana, piemēram, CpNpG, kā arī opi-
Rīsi. 32. Metilēšanas uzturēšana genomā (pēc: Herman et al., 1999; http//www.kletca.ru/stem-cells/glossary/)
Adenīna un guanīna metilēšanas san mehānisms ir metilēšana ar sulfonija katjonu S-adenesilmetionīnu vai SAM. Jo īpaši guanīna metilēšanas mehānismam 7. pozīcijā (N 7 -metilguanīna grupa), kā arī 2. pozīcijā (otrā un dažkārt arī trešā nukleotīda OH grupa) ir svarīga loma mRNS nosprostošanā ar RNS polimerāzi II vai. mRNS modifikācija ar 5"-galu. Šajā vietā pirmais nukleotīds satur trifosfātu grupu, un tā gala fosfāts tiek noņemts un aizstāts ar GMP atlikumu. Pateicoties tam, mRNS ar vāciņu tiek pabeigta par funkcionāli aktīvu mRNS. Turklāt adenīna un guanīna metilēšanai ir indicēta aminoskābju un citu vielu metilēšana SAM , PC un adrenalīnam (kas saistīts ar kateholamīniem).
DNS degradācija
DNS degradācija ir universāls aizstājējs lielākajai daļai šūnu veco molekulu replikācijas laikā ar jaunām. DNS degradācijas process tiek uzskatīts par neatgriezenisku apoptozes beigu stadiju, ko kontrolē B ģimenes proteīni. Ar 1-2 (skat. 11. nodaļu).
mRNS degradācija
Ir 2 mRNS degradācijas mehānismi (NMD un SMD procesi), kas saistīti ar šūnas atveseļošanās mehānismiem (sk. 10. nodaļu).
Attēlā 33. attēlā parādīta mehānisma shēma - NMD zīdītājiem: NMD process notiek translācijas laikā, un ar tā palīdzību mRNS satur priekšlaicīgi stopkodoni(PSK), kas pārtrauc translāciju 50–55 nukleotīdu attālumā uz priekšu, nolasot eksona-eksona secību, kas rodas savienojuma rezultātā.
Prekursora mRNS (pre-mRNS) kodolā ir saistīta ar galvenā kodola vāciņu saistošā proteīna (CBP) heterodimēru CBP80-CBP20.
Kad ir izveidots 3" gals, pre-mRNS saistās ar kodolpoli(A) saistošo proteīnu Upf3a vai PABP? proteīnu (PABP). Pēc tam pre-mRNS tiek savienota un pārveidota par mRNS,
Rīsi. 33. NMD shēma zīdītājiem (pēc Maquat L., 2005)
kas saistās ar kompleksu, kas ietver CBP80-CBP20, PABPN1 un citoplazmas proteīnu PABPC, un pēc tam saistās ar eksona-eksona kompleksa jeb EJC proteīniem, kas atrodas 20-24 nukleotīdus uz priekšu. Vairāki proteīni kalpo kā EJC sastāvdaļas, tostarp:
Pre-mRNS splicing proteīni (Pnn/DRS, RNPS1, SRm160, UAP56);
olbaltumvielas, kas iesaistītas mRNS eksportā (REF/Aly, Y14, Magoh);
Olbaltumvielas, kuru funkcijas nav pilnībā izprotamas (PYM, eIF4AIII un Barentsz/MLN512).
Papildu proteīni var pievienoties arī EJC kompleksam:
NMD faktori (Upf3 vai Upf3a, Upf3X vai Upf3b, Upf2);
Upf1 proteīns (acīmredzot īslaicīgi pievienots).
Tiek uzskatīts, ka Upf3/Upf3X proteīni, kuriem pārsvarā ir kodola lokalizācija, spēj pārvietoties citoplazmā un mijiedarboties ar Upf2 proteīnu, kas ir koncentrēts gar kodola apvalka citoplazmas malu. Kad viņi pārvietojas, tas veidojas primārais tulkošanas uzsākšanas komplekss vai mRNP. Šis komplekss iziet primāro translācijas ciklu saistībā ar kodolu vai citoplazmu, jo mRNS kalpo kā saistīts NMD substrāts.
NMD process notiek pēc PSC atpazīšanas pirmā tulkošanas cikla laikā. Ja translācija tiek pārtraukta PJC, kas atrodas vairāk nekā 50–55 nukleotīdus augšup no eksona un eksona savienojuma, Upf1 uzsāk NMD procesu, mijiedarbojoties ar EJC saistīto proteīnu Upf2.
Nejēdzīgu transkriptu tieša degradācija zīdītāju šūnās notiek gan 5" - 3", gan 3" - 5" virzienos, ieskaitot, attiecīgi, atdalīšanu un 5" - 3" eksonukleotisko faktoru darbību vai deadenilāciju un 3" - darbību. 5" eksosomālie faktori.
EJC kompleksu iesaistīšanos NMD apstiprina konstatējums, ka mRNS, kas satur EJC, un mRNS, kas iegūtas no gēniem bez introniem, netiek pakļauti NMD. NMD ir vērsta tikai uz nesen sintezētām mRNS, savukārt stabilās mRNS nav pakļautas degradācijai.
Ir pierādīts, ka NMD izjauc vairākus muļķīgus atšifrējumus, tostarp:
mRNS, kas saistīts ar alternatīviem savienošanas produktiem;
mRNS, kas nepieciešama selenoproteīniem;
Atvērt lasīšanas rāmja mRNS;
vai NMD ir kompleksā ar ribosomām, kas translē proteīnus, vai citoplazmas ekstraribosomu mRNS degradācijas vietām.
NMD efektivitāte, kā likums, nav atkarīga no PSC lokalizācijas un EJC kompleksu skaita pieauguma. Tomēr NMD efektivitāti var uzlabot, izmantojot citus mehānismus, piemēram, modelējot (aizvietojot) dažādas gēnu sekvences.
NMD loma citos šūnu procesos joprojām tiek pētīta. Piemēram, viens no tā faktoriem - SMG1 - ir iesaistīts DNS bojājumu atpazīšanā un/vai labošanā, cits faktors - Upfl - ir iesaistīts bezjēdzīgu alternatīvā savienošanā, kā arī nesen atklātajā jaunajā mRNS degradācijas ceļā - tā sauktā mediētā mRNS degradācija vai SMD. SMD degradācijas mehānisma gadījumā RNS saistošais proteīns tieši mijiedarbojas ar Upfl proteīnu, izraisot mRNS degradāciju pietiekami tālu no PSC, ieskaitot parasto stopkodonu.
Tomēr SMD mehānismam tas nav galīgi noteikts funkcionāls mērķis iepriekš minētie faktori.
Aminoskābju metabolisms un tā traucējumi
Aminoskābes veidojas no keto skābēm un amonjaka (aminogrupām). Tos izmanto, lai sintezētu dažādus proteīnus, tostarp šūnu membrānu sastāvdaļas, neiromediatorus (piemēram, 5-hidroksitriptamīnu un gamma-aminobutirātu vai GABA), hormonus (piemēram, tiroksīnu), hēmu un citas vielas. Aminoskābju avoti ir pārtikas produkti un šūnu metabolisma produkti.
Pamata aminoskābes iedala:
Neaizvietojams (nāk tikai no ārpuses), ir 10 no tiem;
Maināmi (nāk no ārpuses un tiek sintezēti organismā), ir arī 10 no tiem.
Ierobežotā attīstības periodā (tikai augšanas laikā) organismam ir nepieciešama tikai viena aminoskābe – arginīns, bet pārējās 19 aminoskābes ir nepieciešamas vienmēr.
Lizīns, fenilalanīns un triptofāns tiek uzskatīti par absolūti nepieciešamiem. Cisteīnu var iegūt no fenilalanīna, un tirozīnu var iegūt no metionīna. Neaizstājamās aminoskābes ir vai nu ketogēnas (veido acetil-CoA, kas pārvēršas ketonu ķermeņos) vai glikogēnas (paaugstina glikozes līmeni asinīs un cukura diabēta slimniekiem urīnā). Tajā pašā laikā leicīns un lizīns pieder abiem (ketogēnajiem un glikogēnajiem).
Attēlā 34. attēlā parādīta vispārīga aminoskābju metabolisma diagramma. Kā parādīts diagrammā, aminoskābju pārpalikums veidojas aminoskābju atlikumu dēļ, ko neizmanto olbaltumvielu biosintēzē vai citām šūnu vajadzībām.
Iegūtās liekās aminoskābes vielmaiņas fonda veidā tiek izmantotas (kad tās tiek sadalītas), lai ražotu enerģiju un radītu enerģijas rezerves (taukus un glikogēnu), un amīna slāpeklis tiek izvadīts ar urīnu urīnvielas veidā.
Vajadzības gadījumā funkcionālie muskuļu proteīni (tie organismā ir visvairāk) var kļūt par rezervēm aminoskābju ražošanai. Cilvēkiem ir konstatētas vairākas iedzimtas slimības, kas saistītas ar aminoskābju metabolisma traucējumiem (sk. 21. nodaļu). Pacientiem ar šādiem traucējumiem raksturīgs kādas noteiktas aminoskābes deficīts vai pārpalikums, kas izraisa sliktu
Rīsi. 34. Vispārīga aminoskābju metabolisma shēma (saskaņā ar Elliot V., Elliot D., 2002)
mājas gremošana un pārtikas uzsūkšanās, ķermeņa izsīkums, aizkavēta psihomotorā un fiziskā attīstība, audu tūska, neiroloģiski un citi simptomi, kuru pamatā ir defektīvu olbaltumvielu sintēze.
Tipiskākais šo slimību piemērs ir autosomāli recesīvā fenilketonūrija (PKU), kas attīstās enzīma fenilalanīna 4-hidroksilāzes deficīta rezultātā.
PKU ir vairākas gēnu kopijas (visbiežāk ļaundabīgas), kas attīstās 6-piruvoiltetrahidropterīna sintāzes (11q22.3-q23.3), citozola dihidropteridīna reduktāzes (4p15.31), citozola guanozīna ciklohidrolāzes (gēnu nesaistītās) deficīta rezultātā. ) vai aromātisko aminoskābju tetrahidrobiopterīna kofaktora BH 4 hidrolāzes: fenilalanīns, tirozīns un triptofāns (gēns arī nav kartēts).
Tas ietver arī PKU genokopiju dehidrofolāta reduktāzes deficīta dēļ.
Pirms apsvērt fenilketonūrijas gēnu kopiju patoģenēzes mehānismus, mēs atzīmējam, ka normāli funkcionējošā organismā fenilalanīns netiek deaminēts, bet gan tiek pārveidots par tirozīnu (fenilalanīna-4-hidroksilāzes ietekmē).
PKU gadījumā tirozīna sintēze ir apgrūtināta vai pilnībā bloķēta, un fenilalanīns ir “spiests” pakļauties deaminācijai par fenilpiruvātu (ketoskābi), kas izdalās ar urīnu.
Saistībā ar šīm fenilalanīna metabolisma iezīmēm organismā un PKU genokopiju klātbūtni, tiek veikta brīvo aminoskābju sastāva analīze un fenilalanīna metabolisma rezultāti ne-grūtnieču un grūtnieču - PKU gēna nesēju - asins plazmā. tika veikta (Vasiļjeva O.V., 1999). Brīvo aminoskābju sastāvs asins serumā sievietēm, kas nav grūtnieces (pirmā grupa) ko raksturo neaizvietojamo un neaizvietojamo aminoskābju attiecība attiecīgi 38 un 62%, kā arī hidrofobo un neitrālo aminoskābju attiecība pret citām aminoskābēm no 71 līdz 29%. Tika novērota augstākā alanīna, treonīna, lizīna un arginīna koncentrācija; mazākās ir asparagīnskābe un glutamīnskābe.
Analizējot aminoskābju spektra kvantitatīvo raksturlielumu korelācijas, tika identificētas trīs kvantitatīvo rādītāju konjugācijas pakāpes;
lizētas sistēmas: augsts, vidējs un zems aminoskābju kombinācijas līmenis.
Attiecīgi augsts līmenis ir lizīns, fenilalanīns un tirozīns; vidējie līmeņi ir histidīns, cisteīns un valīns; zems līmenis ir leicīns, izoleicīns, metionīns, alanīns un asparagīnskābe. Papildus šiem trim līmeņiem tika identificēti arginīnam un glutamīnskābei, kā arī serīnam un treonīnam raksturīgie korelāciju līmeņi. Iegūtos datus autore skaidroja ar aminoskābju strukturālajām un funkcionālajām īpašībām:
Fenilalanīns ir tirozīna prekursors;
Fenilalanīns, tirozīns un lizīns ir iesaistīti acetil-CoA sintēzē bez starpposma piruvāta veidošanās;
Arginīns, histidīns un valīns var būt iesaistīti glutamīnskābes sintēzē;
Leicīns, izoleicīns un metionīns ir hidrofobas aminoskābes;
Alanīns veidojas, pāraminējot piruvātu, kas var kļūt par pamatu glicīna sintēzei; Aspartāts kalpo kā aminogrupas donors.
Fizioloģiskā grūtniecība izraisīja izmaiņas brīvo aminoskābju baseinā, jo pirmajā trimestrī samazinājās glicīna, valīna un leicīna saturs; otrajā trimestrī fenilalanīns un cisteīns. Ja pēc masveida (pilot) grūtnieču skrīninga fenilalanīna līmenis asins plazmā atbilda 1,2 mg%, tad tas tika novērtēts kā kritērijs sieviešu atlasei PKU gēna “potenciālo heterozigotu” grupā.
Ja mātes ķermenī slēptā PKU gēna ekspresija pirmajā grūtniecības trimestrī izraisīja fenilalanīna līmeņa paaugstināšanos asins plazmā virs 10 mg%, tad tas tika novērtēts kā augļa attīstības traucējumu cēlonis.
Obligāta PKU gēna heterozigota nēsāšana mātēm, kuras dzemdējušas bērnus ar PKU (otrā grupa), salīdzinot ar sievietēm bez PKU gēna (trešā grupa) izpaudās ar aminoskābju metabolisma traucējumiem augstas koncentrācijas glutamīnskābes un asparagīnskābes, treonīna un glicīna veidā.
Atzīmējot lielo teorētisko un praktiska nozīme darbi O.V. Vasiļjeva, mēs varam secināt, ka pašreizējā izpratne par dažādu gēnu kopiju spektru un izpausmes mehānismiem
Būtiski jāpaplašina PKU (un, iespējams, arī gēnu kopijas citās iedzimtajās vielmaiņas slimībās – NBO aminoskābes). To var izdarīt, ne tikai analizējot visu aminoskābju kopu, kas apvienotas atsevišķās grupās atkarībā no konjugācijas pakāpes ar to strukturālajām un funkcionālajām īpašībām, bet arī analizējot fermentu proteīnu lomu, kas iesaistīti šo aminoskābju metabolismā. Šo secinājumu apstiprina arī autosomāli recesīvās leicinozes vai kļavu sīrupa urīna slimības piemērs, kurā enzīmu deficīta dēļ tiek identificētas trīs gēnu kopijas: alfa-ketoskābes dehidrogenāze ar dažādām sānu ķēdēm, I A tips (19q13.1-13.2). I B tips (6p21-p22) un II tips (1p31). Leicinoze attīstās alfa-keto skābju oksidatīvās dekarboksilēšanas pārkāpuma rezultātā, kas pavada alifātisko aminoskābju veidošanos: leicīnu, izoleicīnu un valīnu.
Noslēdzot datu izskatīšanu par atsevišķu aminoskābju metabolisma nozīmi, ir svarīgi atzīmēt, ka vienlaikus ar deficītu var novērot to pārpalikumu, un tad pacientiem tiek diagnosticētas, piemēram, tādas slimības kā:
alkaptonūrija(3q2) ir traucēta tirozīna šķelšanās rezultāts homogentīnskābes pārpalikuma dēļ, kas ir tā produkts difenols; šajā gadījumā difenols savienojas ar skābekli gaisā un veido pigmentu, kura dēļ urīns kļūst tumšs;
cistationūrija(16q) ir cistationa pārpalikums (skatīt zemāk).
Aminoskābju sintēze
Galveno aminoskābju prekursori ir 5 ķīmiskie savienojumi: alfa-ketoglutarāts, 3-fosfoglicerāts, oksaloacetāts (R = CH 2 COO), fosfoenolpiruvāts, piruvāts (R = CH 3) un divi pentozes fosfāta ceļa monosaharīdi. Apsvērsim to pārvēršanas aminoskābēs mehānismus.
Aminoskābes kā metilēšanas produkti
Aminoskābes var būt metilēšanas vai metilgrupas pārnešanas produkti no metionīna donora uz dažādiem savienojumiem (skatīt iepriekš). Kad metionīns reaģē ar ATP, tā NH 3 + grupa tiek aktivizēta, veidojot sulfonija katjonu jeb S-adenesilmetionīnu (SAM). Metilgrupas pārnesi katalizē transmetilāzes.
Šīs reakcijas laikā trīs ATP fosfātu grupas tiek pārveidotas par pirofosfātu (PP) un neorganisko fosforu (P), pēc tam PP tiek sadalīts divās P molekulās.
Pirmkārt, SAM tiek pārveidots par S-adenozilhomocisteīnu, kas tiek pārveidots par homocisteīna-metionīnu (tam ir SH grupa vai tiola grupa, nevis S-CH 3 grupa). Pēc tam tiola grupa no homocisteīna tiek pārnesta uz serīnu, veidojot cisteīnu. Šīs reakcijas starpprodukts ir cistations, kura pārpalikums tiek izvadīts ar urīnu.
SAM metilēšanas produkti ir arī: kreatīns, fosfolipīds - PC un kateholamīns - adrenalīns.
Aminoskābes kā transaminācijas produkti
Aminoskābes var būt transaminācijas vai deaminācijas produkti. Piemēram, glutamīnskābi sintezē glutamāta dehidrogenāze, kuras kofaktori ir NAD+ un NADP+. Šī reakcija ir atgriezeniska.
Glutamīnskābes donori ir asparagīnskābe un alanīns, kas veidojas oksaloacetāta un piruvāta transaminācijas laikā. Glutamīnskābi deaminē, eliminējot divus ūdeņraža atomus glutamāta dehidrogenāzes klātbūtnē, kas kā oksidētāju izmanto NAD+ vai NADP+. Šo fermentu allostēriski inhibē ATP un GTP (tie norāda uz lielām enerģijas rezervēm), bet aktivizē ADP un GDP (tie norāda uz enerģijas trūkumu).
Pēc glutamīnskābes deaminācijas veidojas alfa-ketoglutarāts, kas tiek iesaistīts Krebsa cikls(citronskābes cikls), kas ļauj oksidēt glutamīnskābi
uz H 2 O un CO 2.
Tā kā alfa-ketoglutarāts tiek pārveidots par oksaloacetātu, tas var piedalīties glikozes sintēzē, t.i. Glutamīnskābe ir glikogēna aminoskābe.
Citām aminoskābēm (izņemot glutamīnu) nav atbilstošu dehidrogenāžu. Tāpēc to deaminācija notiek nevis vienā, bet divos posmos: pirmais posms ir transaminēšana, otrais posms ir deaminēšana. Kopumā šo vielmaiņas ceļu, kas ir kopīgs visām aminoskābēm, sauc transaminēšana vai deaminēšana.
Transamināciju katalizē aminotransferāzes (transamināzes), kas ir specifiskas dažādām aminoskābēm.
Transamināžu aktīvie centri satur koenzīmu piridoksal-5-fosfātu (PP), kas darbojas kā elektrofīls starpprodukts, kas vispirms pieņem aminogrupu.
(kalpo kā tā akceptors) un pēc tam (kā donors) pārnes to uz keto skābi.
PF darba grupa ir aldehīdu grupa (CHO).
PF ietver trīs B6 vitamīna atvasinājumus: piridoksālu, piridoksīnu un piridoksamīnu.
Transaminācijas mehānismu var parādīt, izmantojot alanīna piemēru, kas ir amīna slāpekļa transportēšanas forma asinīs.
Alanīns satur apmēram 30% amīna slāpekļa, kas nonāk aknās pēc muskuļu proteīnu sadalīšanās un veidojas no piruvāta citu aminoskābju transaminācijas laikā.
Kad alanīns un alfa-ketoglutarāts mijiedarbojas, parādās piruvāts, kas reaģē ar glutamātu - tas pirmais posms. Otrajā posmā glutamāts pievieno NAD+ un ūdeni, veidojot ketoglutarātu, kas mijiedarbojas ar NaPH+ un NH 4 . Alanīns tiek deaminēts aknās. Šajā gadījumā izveidotais amonjaks tiek izmantots urīnvielas sintēzei, bet piruvāts tiek izmantots glikozes sintēzei, kas ar asinīm atgriežas muskuļos, noslēdzot amonjaka pārneses glikozes-alanīna ciklu. Šis cikls kļūstīpaša nozīme
badošanās laikā, kad glikoneoģenēzes laikā aknas izmanto aminoskābes, kas veidojas muskuļu proteīnu sadalīšanās laikā.
Serīna un glicīna sintēze
Serīns tiek sintezēts trīs posmos no glikozil-3-fosfāta glicerīna, kas vispirms tiek oksidēts par keto skābi (trifosfāta hidroksipiruvāts); tas tiek transaminēts ar glutamīnskābi un pārveidots par 3-fosfātu-serīnu, kas tiek hidrolizēts par serīnu un neorganisko fosforu.
Glicīns tiek sintezēts, no serīna atdalot hidroksimetilgrupu (skatīt iepriekš). Reakcija notiek, piedaloties tetrahidrofolskābei, kas ir monooglekļa grupu nesējs.
Šāda veida pārnešana ir svarīga nukleotīdu sintēzei.
Glutamīns (kā arī alanīns) kalpo kā amonjaka transporta forma asinīs, kas veidojas aminoskābju deaminācijas laikā.
Amonjaks ir toksisks un tāpēc nenokļūst aknās brīvā veidā, bet gan kombinācijā ar glutamīnskābi, veidojot glutamīnskābes amīdu ar enzīma glutamīna sintetāzes piedalīšanos, vai
glutamīns. Kā starpprodukts veidojas gammaglutamilfosfāts (glutamīnskābes un fosforskābes anhidrīts) - tas ir augstas enerģijas savienojums, kas var mijiedarboties ar amonija joniem, piedaloties sintetāzei (sk. 8. nodaļu).
Glutamīna avots ir Krebsa cikla alfa-ketoglutarāts, kas tiek transaminēts ar citām aminoskābēm.
Glutamīns ar asinīm tiek transportēts uz aknām, kur to hidrolizē glutamināze, un atbrīvotais amonjaks tiek izmantots urīnvielas sintēzei.
Fenilalanīns ir aromātiska aminoskābe, kuras pārpalikums normāli funkcionējošā organismā pārvēršas par tirozīnu, piedaloties fenilalanīna 4-hidroksilāzei, kas piegādā 2 ūdeņraža atomus no koenzīma – tetrahidrobiopterīna (skatīt iepriekš).
Leicīns, izoleicīns un valīns ir alifātiskas aminoskābes, kuru starpprodukti leicinozes gadījumā uzkrājas keto skābju veidā (skatīt iepriekš).
Citu savienojumu metabolisms no aminoskābēm
Papildus olbaltumvielām aminoskābes veido: amīnus (dekarboksilēšanas rezultātā); kateholamīni vai hormoni, kas pēc struktūras ir līdzīgi kateholam (piemēram, 1,2-dehidroksibenzols), tostarp dopamīns, epinefrīns un norepinefrīns; neirotransmiteri (GABA un 5-hidroksitriptamīns), kā arī hormons tiroksīns.
Aminogrupas pēc to atdalīšanas no aminoskābēm izdalās ar urīnu urīnvielas veidā - tas ir inerts, ūdenī šķīstošs, netoksisks savienojums.
Urīnviela veidojas aknās, kad no arginīna tiek noņemta guanidīna grupa. Šajā gadījumā vienlaikus veidojas aminoskābe - ornitīns, kas neietilpst galvenajos ķermeņa proteīnos.
Lai ornitīnu pārvērstu atpakaļ par arginīnu, tiek izmantots oglekļa atoms, kas iegūts no oglekļa dioksīda un amīna slāpeklis, kas izdalās jebkuras neaizvietojamās aminoskābes metabolisma laikā.
Arginīna veidošanās no ornitīna notiek vairākos posmos. Aminoskābe citrulīns veidojas kā starpprodukts, kas arī nav daļa no galvenajiem ķermeņa proteīniem; tas stimulē urīnvielas sintēzi aknās (piemēram, ornintīna un arginīna).
Olbaltumvielu sadalīšanās
Olbaltumvielu degradācija ir veco olbaltumvielu molekulu aizstāšana ar jaunām molekulām. Vielmaiņas laikā tas notiek visās ķermeņa šūnās un audos. Vāverēm ir atšķirīgs dzīves ilgums. Pie ilgstošas olbaltumvielām pieder strukturālie proteīni un hemoglobīns. Aknu proteīni dzīvo vairākas dienas.
Daudzu proteīnu dzīves ilgums nepārsniedz 20 stundas, un daži no tiem dzīvo ne vairāk kā desmit vai pat divas minūtes.
Sakarā ar proteīnu dažādo dzīves ilgumu, to degradācijai ir raksturīga augsta selektivitāte.
Aminoskābju sintēzes laikā un pēc tam no tām ražojot strukturālos un regulējošos proteīnus, ne vienmēr tiek ievērota to absolūtā strukturālā (un funkcionālā) precizitāte. Tāpēc šūnās neizbēgami veidojas kļūdainas aminoskābes, kas izraisa nepareizu olbaltumvielu locīšanu (sk. 3. nodaļu), un šūnas iznīcina šādas olbaltumvielas, t.i. iziet iznīcināšanas procesu. Olbaltumvielu ubikvitīns ir svarīgs selektīvai iznīcināšanai.
Šis ir mazs proteīns, kas piedalās no ATP atkarīgā reakcijā, kurā tā terminālā karboksilgrupa saistās ar mērķa proteīna sānu ķēdes aminogrupu (lizīna atlikumiem), kas ir jāiznīcina, t.i. šķiet, ka viņš viņai "atzīmē".
Aminoskābju metabolisms
Olbaltumvielas ir organismā visvairāk sastopamās organiskās vielas, kas veido lielāko daļu no sausās ķermeņa masas (10-12 kg). Olbaltumvielu metabolismu uzskata par aminoskābju metabolismu.
Olbaltumvielu sagremošana Sagremots un uzsūcas pārtiku Un endogēns
olbaltumvielas. Endogēnās olbaltumvielas (30-100 g/dienā) pārstāv gremošanas enzīmi un atslāņojušās zarnu epitēlija olbaltumvielas. Olbaltumvielu sagremošana un uzsūkšanās notiek ļoti efektīvi, tāpēc zarnu saturā tiek zaudēti tikai aptuveni 5-10 g olbaltumvielu. Pārtikas olbaltumvielas tiek denaturētas, padarot tās vieglāk sagremojamas. Olbaltumvielu gremošanas fermenti ( hidrolāzes ) īpaši sašķeļ peptīdu saites olbaltumvielās un tāpēc tiek sauktas peptidāzes . Tie ir sadalīti 2 grupās: 1) endopeptidāzes – sašķeļ iekšējās peptīdu saites un veido olbaltumvielu fragmentus (pepsīns, tripsīns); 2) eksopeptidāzes iedarbojas uz terminālo aminoskābju peptīdu saiti. Eksopeptidāzes iedala karboksipeptidāzes (nošķeltu C-gala aminoskābes) un aminopeptidāzes
(nošķelt N-gala aminoskābes). Proteolītiskie fermenti olbaltumvielu sagremošanai tiek ražoti, vēders pārtiku aizkuņģa dziedzeris tievā zarnā
. Mutes dobumā olbaltumvielas netiek sagremotas, jo siekalās trūkst enzīmu.. Olbaltumvielu gremošana sākas kuņģī. Kad olbaltumvielas nonāk kuņģa gļotādā, rodas hormonam līdzīga viela gastrīns, kas aktivizē HCl sekrēciju parietālās šūnas kuņģis un pepsinogēns - galvenās šūnas vēders.
Sālsskābe (kuņģa sulas pH 1,0-2,5) veic 2 vissvarīgākās funkcijas: izraisa olbaltumvielu denaturāciju un mikroorganismu nāvi. Pieaugušam cilvēkam kuņģa sulas fermenti ir pepsīns Un gastrīns, zīdaiņiem renīns.
1. Pepsīns tiek ražots galvenais kuņģa gļotādas šūnas neaktīvā formā formā pepsinogēns(m.m. 40000 Da). Pepsinogēns tiek pārveidots par aktīvo pepsīnu klātbūtnē HCl Un autokatalītiski citu pepsīna molekulu ietekmē: no molekulas N-gala tiek atdalīti 42 aminoskābju atlikumi 5 neitrālu peptīdu (mw ap 1000 Da) un viena sārmaina peptīda (mw 3200 Da) veidā. Mm. pepsīns 32700 Jā, pH optimāls 1,0-2,0
. Pepsīns katalizē izveidoto peptīdu saišu hidrolīzi aromātisko aminoskābju aminogrupas(fēns, šautuve), kā arī asparagīns, glutamīnskābes, leicīns un ala-ala, ala-ser pāri. 
2. Vēl viens pepsīnam līdzīgs enzīms veidojas no pepsinogēna - gastrīns(mm 31500 Da), optimālais pH 3,0-5,0. Normālā kuņģa sulā pepsīna/gastricīna attiecība ir 4:1.
3. Rennīns atrodams zīdaiņu kuņģa sulā; optimālais pH 4,5. Enzīms sarecina pienu, t.i. kalcija jonu klātbūtnē pārvēršas šķīstoši kazeinogēns nešķīstošā kazeīns. Tā virzība caur gremošanas traktu palēninās, kas palielina proteināžu darbības laiku.
Enzīmu darbības rezultātā kuņģī veidojas peptīdi un neliels daudzums brīvo aminoskābju, kas stimulē izdalīšanos. holecistokinīns divpadsmitpirkstu zarnā.
Divpadsmitpirkstu zarnas. Kuņģa saturs nonāk divpadsmitpirkstu zarnā un stimulē sekrēciju sekretīns asinīs. Sekretīns aktivizē bikarbonātu sekrēciju aizkuņģa dziedzerī, kas neitralizē sālsskābi un paaugstina pH līdz 7,0. Brīvo aminoskābju ietekmē, kas veidojas divpadsmitpirkstu zarnas augšdaļā, holecistokinīns, kas stimulē aizkuņģa dziedzera enzīmu sekrēciju un žultspūšļa kontrakciju.
Olbaltumvielu gremošanu veic aizkuņģa dziedzera izcelsmes serīna (aktīvajā centrā ir serīna OH grupa) proteīnu grupa: tripsīns, himotripsīns, karboksipeptidāze, elastāze.
1. Fermenti tiek ražoti formā neaktīvi priekšteči- proenzīmi. Proteolītisko enzīmu sintēze neaktīvu prekursoru veidā aizsargā aizkuņģa dziedzera eksokrīnās šūnas no iznīcināšanas. Tas tiek sintezēts arī aizkuņģa dziedzerī aizkuņģa dziedzera tripsīna inhibitors, kas novērš aktīvo enzīmu sintēzi aizkuņģa dziedzera iekšienē.
2. Galvenais enzīms proenzīmu aktivizēšanai ir enteropeptidāze(enterokināze), ko izdala zarnu gļotādas šūnas.
3. Enterokināze atdala heksapeptīdu no N-gala tripsinogēns un veidojas aktīvs tripsīns, kas pēc tam aktivizē atlikušās proteināzes.
4. Tripsīns katalizē peptīdu saišu hidrolīzi, kuru veidošanā ir iesaistītas karboksilgrupas bāzes aminoskābes(lizīns, arginīns).
5.Himotripsīns- endopeptidāze, kas ražota aizkuņģa dziedzerī himotripsinogēna veidā. Tievā zarnā, piedaloties tripsīnam, veidojas aktīvās himotripsīna formas - a, d un p. Himotripsīns katalizē izveidoto peptīdu saišu hidrolīzi aromātisko aminoskābju karboksilgrupas.
6. Ar aizkuņģa dziedzera endopeptidāžu palīdzību tiek sagremoti specializētie saistaudu proteīni - elastīns un kolagēns - elastāze pārtiku kolagenāze.
7. Aizkuņģa dziedzera karboksipeptidāzes (A un B) ir metaloenzīmi, kas satur Zn 2+ jonus. Viņiem ir substrāta specifiskums un tie šķeļ C-gala aminoskābes. Gremošanas rezultātā divpadsmitpirkstu zarnā veidojas mazi peptīdi (2-8 aminoskābes) un brīvās aminoskābes.
Tievā zarnā notiek īso peptīdu galīgā sagremošana un aminoskābju uzsūkšanās. Rīkojieties šeit (nošķeltu C-gala aminoskābes) un zarnu izcelsmes, atdalot N-gala aminoskābes, kā arī trīs - pārtiku dipeptidāzes.
Aminoskābju uzsūkšanās
Tievās zarnās uzsūcas brīvās aminoskābes, dipeptīdi un neliels daudzums tripeptīdu. Di- un tripeptīdi pēc absorbcijas citozolā tiek hidrolizēti brīvās aminoskābēs epitēlija šūnas. Pēc olbaltumvielu pārtikas ēšanas tikai brīvās aminoskābes atrasta portāla vēnā. Tiek sasniegta maksimālā aminoskābju koncentrācija asinīs 30-50 gados min pēc ēšanas.
Caur tiek transportētas brīvās L-aminoskābes šūnu membrānas sekundārais aktīvais transports, kas saistīti ar Na + ,K + -ATPāzes darbību. Aminoskābju pārnešana šūnās visbiežāk notiek kā aminoskābju un nātrija jonu simptoms. Tiek uzskatīts, ka ir vismaz sešas transporta sistēmas (translokāzes), no kurām katra ir konfigurēta, lai transportētu aminoskābes, kas pēc struktūras ir līdzīgas: 1) neitrālas aminoskābes ar nelielu radikāli (ala, ser, tri); 2) neitrālas aminoskābes ar apjomīgu radikāli un aromātiskās aminoskābes (val, leu, ile, met, fen, tyr); 3) skābās aminoskābes(asp, glu), 4) bāzes aminoskābes (lys, arg), 5) prolīns, 6) β-aminoskābes (taurīns, β-alanīns). Šīs sistēmas, saistot nātrija jonus, inducē nesējproteīna pāreju stāvoklī ar ievērojami palielinātu afinitāti pret aminoskābi; Na+ mēdz transportēt šūnā pa koncentrācijas gradientu un tajā pašā laikā pārnest šūnā aminoskābju molekulas. Jo augstāks Na + gradients, jo augstāks ir aminoskābju uzsūkšanās ātrums, kas konkurē savā starpā par attiecīgajām saistīšanās vietām translokāzē.
Ir zināmi arī citi mehānismi aktīvais transports aminoskābes cauri plazmas membrānai. A. Meisters ierosināja shēmu aminoskābju transmembrānai pārnešanai caur plazmas membrānām, ko sauc g-glutaminila cikls.
Saskaņā ar hipotēzi par γ-glutamila ciklu aminoskābju transportēšanai cauri šūnu membrānām, aminoskābju transportētāja loma ir plaši izplatīta. bioloģiskās sistēmas tripeptīds glutations.
1. Galvenā lomaŠajā procesā lomu spēlē ferments g-glutaminiltransferāze(transpeptidāze), kas ir lokalizēta plazmas membrānā. Šis enzīms pārnes intracelulārā tripeptīda glutationa g-glutamilgrupu (g-gluc-cis-gly) uz ārpusšūnu aminoskābi.
2. Iegūtais komplekss g-glutamila aminoskābe iekļūst šūnas citozolā, kur izdalās aminoskābe.
3. G-glutamilgrupa 5-oksoprolīna formā, izmantojot virkni enzīmu darbību un piedaloties ATP, apvienojas ar cis-gly, kas noved pie glutationa molekulas atjaunošanas. Kad caur membrānu tiek pārnesta nākamā aminoskābes molekula, transformāciju cikls atkārtojas. Izmanto vienas aminoskābes transportēšanai 3 ATP molekulas.
Visi γ-glutamila cikla fermenti lielā koncentrācijā ir atrodami dažādos audos – nierēs, tievās zarnas bārkstiņu epitēlijā, siekalu dziedzeros, žultsvados u.c.. Pēc uzsūkšanās zarnās aminoskābes caur vārtu vēnu nonāk aknās un pēc tam ar asinīm tiek izplatīti visos ķermeņa audos.
Neskartu proteīnu un peptīdu uzsūkšanās: Īsā laikā pēc piedzimšanas neskarti peptīdi un proteīni var tikt absorbēti zarnās ar endocitozes vai pinocitozes palīdzību. Šis mehānisms ir svarīgs mātes imūnglobulīnu pārnešanai uz bērna ķermeni. Pieaugušajiem neskartu proteīnu un peptīdu uzsūkšanās nenotiek. Tomēr daži cilvēki piedzīvo šo procesu, kas izraisa antivielu veidošanos un pārtikas alerģiju attīstību. IN pēdējos gados izteikts viedoklis par polimēru molekulu fragmentu pārvietošanas iespēju limfas asinsvados tievās zarnas distālo daļu gļotādas Peijera plankumu zonā.
Organisma aminoskābju rezerves
Pieauguša cilvēka organismā ir aptuveni 100 g brīvo aminoskābju, kas veido aminoskābju fondu (baseinu). Glutamāts un glutamīns veido 50% aminoskābju, neaizstājamās (neaizstājamās) aminoskābes – ap 10%. Koncentrēšanās intracelulārās aminoskābes vienmēr augstāks par ārpusšūnu. Aminoskābju kopumu nosaka aminoskābju piegāde un vielmaiņas ceļi to izmantošanai.
Aminoskābju avoti
Ķermeņa olbaltumvielu metabolisms, olbaltumvielu uzņemšana ar pārtiku un neaizvietojamo aminoskābju sintēze ir aminoskābju avoti organismā.
1. Olbaltumvielas ir atrodamas dinamisks stāvoklis, t.i. maiņa. Cilvēka ķermenis apmainās aptuveni 300-400 g olbaltumvielas. Olbaltumvielu pussabrukšanas periods ir atšķirīgs – no minūtēm (asins plazmas olbaltumvielām) līdz daudzām dienām (parasti 5-15 dienām) un pat mēnešiem un gadiem (piemēram, kolagēnam). Patoloģiskie, defektīvi un bojāti proteīni tiek iznīcināti, jo organisms tos nevar izmantot un kavē procesus, kuriem nepieciešami funkcionāli proteīni. Faktori, kas ietekmē olbaltumvielu iznīcināšanas ātrumu, ir: a) denaturācija (t.i., dabiskās konformācijas zudums) paātrina proteolīzi; b) lizosomu enzīmu aktivācija; c) glikokortikoīdi un vairogdziedzera hormonu pārpalikums pastiprina proteolīzi; d) insulīns samazina proteolīzi un palielina olbaltumvielu sintēzi.
2.Pārtikas olbaltumvielas. Aptuveni 25% apmainīto proteīnu, t.i. 100 g aminoskābju tiek sadalīti, un šie zaudējumi tiek papildināti ar pārtiku. Tā kā aminoskābes ir galvenais slāpekļa avots slāpekli saturošiem savienojumiem, tās nosaka organisma slāpekļa līdzsvara stāvokli. Slāpekļa līdzsvars- tā ir atšķirība starp slāpekli, kas nonāk organismā, un slāpekli, kas tiek izvadīts no ķermeņa. Slāpekļa līdzsvars novēro, ja organismā nonākušais slāpekļa daudzums ir vienāds ar no organisma izvadītā slāpekļa daudzumu (pieaugušajiem veseliem cilvēkiem). Pozitīvs slāpekļa līdzsvars novērots, ja slāpekļa daudzums, kas nonāk organismā, ir lielāks par slāpekļa daudzumu, kas izdalās no organisma (augšana, anabolisko zāļu ievadīšana, augļa attīstība). Negatīvs slāpekļa līdzsvars novērota, ja slāpekļa daudzums, kas nonāk organismā, ir mazāks par slāpekļa daudzumu, kas izdalās no organisma (novecošanās, olbaltumvielu badošanās, hipokinēzija, hroniskas slimības, apdegumi). Rubera nodiluma koeficients- 8-10 dienu proteīna badošanās laikā audos tiek sadalīts aptuveni nemainīgs olbaltumvielu daudzums - 23,2 g jeb 53 mg slāpekļa dienā uz 1 kg ķermeņa svara (0,053 × 6,25 × 70 = 23,2, kur 6,25 - koeficients, kas parāda, ka olbaltumvielas satur apmēram 16% slāpekļa 70 kg - cilvēka ķermeņa masa; Ja pārtika satur 23,2 g olbaltumvielu dienā, tad veidojas negatīvs slāpekļa bilance. Olbaltumvielu fizioloģiskais minimums (apmēram 30-45 g dienā) noved pie slāpekļa līdzsvara (bet uz īsu laiku). Ar vidēju fizisko slodzi cilvēkam dienā nepieciešami 100-120 g olbaltumvielu.
23.6.1. Aminoskābju dekarboksilēšana - karboksilgrupas atdalīšana no aminoskābes, veidojot CO2. Aminoskābju dekarboksilēšanas reakciju produkti ir biogēnie amīni , kas piedalās vielmaiņas un fizioloģisko procesu regulēšanā organismā (sk. 23.1. tabulu).
23.1.tabula
Biogēnie amīni un to prekursori.
Aminoskābju un to atvasinājumu dekarboksilēšanas reakcijas katalizē dekarboksilāze aminoskābes. Koenzīms - piridoksāla fosfāts (B6 vitamīna atvasinājums). Reakcijas ir neatgriezeniskas.
23.6.2. Dekarboksilēšanas reakciju piemēri. Dažas aminoskābes tiek pakļautas tiešai dekarboksilēšanai. Dekarboksilēšanas reakcija histidīns :
Histamīns ir spēcīga vazodilatējoša iedarbība, īpaši kapilāriem iekaisuma vietā; stimulē kuņģa sekrēciju gan pepsīna, gan sālsskābe, un to izmanto, lai pētītu kuņģa sekrēcijas funkciju.
Dekarboksilēšanas reakcija glutamāts :
GABA- inhibējošs raidītājs centrālajā nervu sistēmā.
Pēc sākotnējās oksidēšanas vairākas aminoskābes tiek dekarboksilētas. Hidroksilēšanas produkts triptofāns pārveidots par serotonīnu:
Serotonīns veidojas galvenokārt centrālās šūnās nervu sistēma, ir vazokonstriktora efekts. Piedalās asinsspiediena, ķermeņa temperatūras, elpošanas un nieru filtrācijas regulēšanā.
Hidroksilēšanas produkts tirozīns pārvēršas par dopamīnu:
Dopamīns kalpo kā kateholamīnu prekursors; ir inhibējoša tipa mediators centrālajā nervu sistēmā.
Tiogrupa cisteīns oksidējas līdz sulfogrupai, šīs reakcijas produkts tiek dekarboksilēts, veidojot taurīnu:
Taurīns veidojas galvenokārt aknās; piedalās sapāroto žultsskābju (tauroholskābes) sintēzē.
21.5.3. Biogēno amīnu katabolisms. Orgānos un audos ir īpaši mehānismi, kas novērš biogēno amīnu uzkrāšanos. Galvenais biogēno amīnu inaktivācijas ceļš - oksidatīvā dezaminācija ar amonjaka veidošanos - tiek katalizēts ar mono- un diamīnoksidāzes palīdzību.
Monoamīnoksidāze (MAO)- FAD saturošs enzīms - veic reakciju:
Klīnika depresīvu stāvokļu ārstēšanai izmanto MAO inhibitorus (nialamīdu, pirazidolu).
Papildus proteīnu sintēzei aminoskābes tiek izmantotas arī dažādu neolbaltumvielu savienojumu sintēzei, kuriem ir svarīga bioloģiskā nozīme. Dažas aminoskābes sadalās un pārvēršas galaproduktos: C0 2, H 2 0 un NH 3 Sadalīšanās sākas ar reakcijām, kas raksturīgas lielākajai daļai aminoskābju.
Tie ietver:
a) dekarboksilēšana - karboksilgrupas noņemšana no aminoskābēm oglekļa dioksīda veidā:
Visas aminoskābes tiek transaminētas. Šajā reakcijā ir iesaistīts koenzīms – fosfopiridoksāls, kura veidošanai nepieciešams B 6 vitamīns – piridoksīns.
Transaminācija ir galvenā aminoskābju transformācija organismā, jo tās ātrums ir daudz lielāks nekā dekarboksilēšanas un deaminācijas reakcijās.
Transaminācija veic divas galvenās funkcijas:
a) transaminācijas dēļ dažas aminoskābes var pārvērsties citās. Šajā gadījumā kopējais aminoskābju skaits nemainās, bet mainās attiecība starp tām. Ar pārtiku organismā nonāk svešas olbaltumvielas, kurās aminoskābes ir dažādās proporcijās, salīdzinot ar ķermeņa olbaltumvielām. Ar transamināciju tiek koriģēts organisma aminoskābju sastāvs.
b) ir neatņemama sastāvdaļa netiešā (netiešā) deaminācija aminoskābes - process, kurā sākas lielākās daļas aminoskābju sadalīšanās.
Šī procesa pirmajā posmā aminoskābes tiek pakļautas transaminācijas reakcijai ar α-ketoglutārskābi. Aminoskābes tiek pārveidotas par α-keto skābēm, un α-ketoglutārskābe tiek pārveidota par glutamīnskābi (aminoskābi).
Otrajā posmā iegūtā glutamīnskābe tiek deaminēta, no tās tiek atdalīts NH 3 un atkal veidojas α-ketoglutārskābe. Iegūtās α-keto skābes pēc tam dziļi sadalās un pārvēršas galaproduktos C0 2 un H 2 0. Katrai no 20 keto skābēm (to veidojas tik daudz, cik ir aminoskābju veidu) ir sava specifika. sadalīšanās ceļi. Tomēr dažu aminoskābju sadalīšanās laikā, pirovīnskābe, no kuras var sintezēt glikozi. Tāpēc aminoskābes, no kurām rodas šādas keto skābes, sauc glikogēns. Citas ketoskābes to sadalīšanās laikā neveido piruvātu. To starpprodukts ir acetilkoenzīms A, no kura nav iespējams iegūt glikozi, bet var sintezēt ketonķermeņus. Aminoskābes, kas atbilst šādām keto skābēm, sauc par ketogēnām.
Otrs aminoskābju netiešās deaminācijas produkts ir amonjaks. Amonjaks ir ļoti toksisks ķermenim. Tāpēc ķermenim ir molekulāri mehānismi tā neitralizācijai. Veidojot NH 3, tas visos audos saistās ar glutamīnskābi, veidojot glutamīnu. Šis īslaicīga amonjaka neitralizācija. Ar asinsriti glutamīns nonāk aknās, kur tas atkal sadalās glutamīnskābē un NH3. Iegūtā glutamīnskābe kopā ar asinīm tiek atgriezta orgānos, lai neitralizētu jaunas amonjaka daļas. Sintēzei tiek izmantots atbrīvotais amonjaks, kā arī oglekļa dioksīds aknās urīnviela.
Urīnvielas sintēze ir ciklisks, daudzpakāpju process, kas patērē lielu enerģijas daudzumu. Aminoskābei ornitīnam ir ļoti svarīga loma urīnvielas sintēzē. Šī aminoskābe neietilpst olbaltumvielās. Ornitīns veidojas no citas aminoskābes - arginīns, kas atrodas olbaltumvielās. Ornitīna svarīgās lomas dēļ tiek saukta urīnvielas sintēze ornitīna cikls.
Sintēzes procesā ornitīnam pievieno divas amonjaka molekulas un oglekļa dioksīda molekulu, un ornitīns pārvēršas par arginīnu, no kura uzreiz tiek atdalīta urīnviela un atkal veidojas ornitīns. Līdzās ornitīnam un arginīnam urīnvielas veidošanā piedalās arī aminoskābes: glutamīns Un asparagīnskābe. Glutamīns ir amonjaka piegādātājs, un asparagīnskābe ir tā transportētājs.
Urīnvielas sintēze ir galīgā amonjaka neitralizācija. No aknām urīnviela kopā ar asinīm nonāk nierēs un izdalās ar urīnu. Dienā veidojas 20-35 g urīnvielas. Urīnvielas izdalīšanās urīnā raksturo olbaltumvielu sadalīšanās ātrumu organismā.
3. sadaļa. Muskuļu audu bioķīmija
Lekcija 5. Muskuļu bioķīmija