Підручник - БІОЛОГІЧНА ХІМІЯ - Губський Ю.І. - 2000

Розділ III. МЕТАБОЛІЗМ ОСНОВНИХ КЛАСІВ БІОМОЛЕКУЛ

ГЛАВА 18. МЕТАБОЛІЗМ АМІНОКИСЛОТ. ІІ. СПЕЦІАЛІЗОВАНІ ШЛЯХИ ОБМІНУ

18.1. ШЛЯХИ МЕТАБОЛІЗМУ БЕЗАЗОТИСТОГО СКЕЛЕТА АМІНОКИСЛОТ. ГЛЮКОГЕННІ ТА КЕТОГЕННІ АМІНОКИСЛОТИ

Двадцять L-амінокислот, що розрізняються за своєю хімічною структурою, біологічною роллю та особливостями метаболізму входять до складу білків організму та є присутніми в клітинах і екстрацелюлярних просторах у вільному стані. Безазотисті скелети вільних амінокислот, які утворюються в результаті трансамінування та дезамінування, — це метаболіти гліколізу, цитратного циклу, β-окислення жирних кислот, або речовини, що можуть перетворюватися в інтермедіати цих головних катаболічних шляхів організму.

Пункти окислення амінокислот у цитратному циклі

Завдяки економічності біологічного обміну речовин, специфічні біохімічні шляхи катаболізму окремих двадцяти природних амінокислот конвергують з утворенням лише п’яти молекулярних продуктів — біомолекул, що вступають у цикл трикарбонових кислот, повністю окислюючись до діоксиду вуглецю та води. Цими продуктами є: ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукциніл-КоА, фумарат, оксалоацетат (рис. 18.1).

1. Ацетил-КоА — утворюється при катаболізмі десяти амінокислот, серед яких:

- п’ять амінокислот (аланін, цистеїн, серин, треонін, гліцин) розщеплюються до ацетил-КоА через піруват;

- п’ять амінокислот (фенілаланін, тирозин, лейцин, лізин, триптофан) розщеплюються до ацетил-КоА через ацетоацетил-КоА.

Частина вуглецевого скелета лейцину та триптофану, а також ізолейцину перетворюється на ацетил-КоА безпосередньо; частина молекули ізолейцину перетворюється на сукциніл-КоА.

2. α-Кетоглутарат — утворюється при катаболізмі п’яти амінокислот — глутамату, глутаміну, аргініну, гістидину, проліну.

Вступ чотирьох із цих амінокислот в ЦТК відбувається через їх перетворення на глутамат.

3. Сукциніл-КоА — утворюється при катаболізмі трьох амінокислот — ізолейцину, валіну, метіоніну (частина молекули ізолейцину, як зазначено вище, перетворюється в ацетил-КоА).

4. Фумарат — утворюється при катаболізмі фенілаланіну та тирозину; вуглецеві скелети цих амінокислот утворюють два метаболіти ЦТК — ацетил-КоА (через ацетоацетил-КоА) та фумарат.

5. Оксалоацетат — утворюється при катаболізмі аспартату та аспарагіну; аспартат перетворюється в оксалоацетат через реакцію трансамінування.

Рис. 18.1. Схема включення вуглецевих скелетів природних L-амінокислот у цикл лимонної кислоти.

Глюкогенні та кетогенні амінокислоти

Глюкогенні амінокислоти

L-Амінокислоти, що метаболізуються в циклі трикарбонових кислот (рис. 18.1), можуть включати свої вуглецеві скелети в молекули глюкози. Ці амінокислоти, використання яких у синтезі глюкози реалізується після їх входження в ЦТК через ацетил-КоА, α-кетоглутарат, сукциніл-КоА та фумарат, отримали назву глюкогенних амінокислот.

Кетогенні амінокислоти

Дві L-амінокислоти включаються в катаболізм тільки через ацетоацетил-КоА, який у клітинах печінки може перетворюватися на кетонові тіла ацетоацетат та β-гідроксибутират. Це — кетогенні амінокислоти. Деякі амінокислоти віддають свої вуглецеві фрагменти на утворення як глюкози, так і кетонових тіл (таблиця 18.1).

Таблиця 18.1. Глюкогенні та кетогенні амінокислоти

Глюкогенні

Кетогенні

Глюко- та кетогенні

Аланін

Гліцин

Лейцин

Ізолейцин

Аргінін

Гістидин

Лізин

Тирозин

Аспарагін

Метіонін

Триптофан

Аспартат

Пролін

Фенілаланін

Валін

Серин

Глутамат

Треонін

Глутамін

Цистеїн

Кетогенез із амінокислот має особливе негативне значення при деяких порушеннях ферментних процесів, зокрема при некомпенсованому цукровому діабеті, у зв’язку з чим таким хворим рекомендується обмежувати надходження кетогенних амінокислот у складі продуктів харчування.

Жироподібні та нежироподібні амінокислоти

Залежно від особливостей шляхів перетворення, L-амінокислоти поділяються також на нежироподібні (nonfat-like, англ.) та жироподібні (fat-like, англ.).

Нежироподібні — амінокислоти, що розщеплюються за шляхами катаболізму вуглеводів. До них належать: гістидин та замінні (nonessential) амінокислоти, окрім тирозину. Всі амінокислоти цієї групи є глюкогенними.

Жироподібні — амінокислоти, перетворення яких включає інтермедіати, що є спільними зі шляхами окислення жирних кислот. До жироподібних належать тирозин та незамінні амінокислоти (essential), крім гістидину. Частина з амінокислот цієї групи є глюкогенними, частина — кетогенними, деякі — глюко- та кетогенними.

Амінокислоти як попередники інших біомолекул

Біологічне значення амінокислот не вичерпується їх участю в синтезі білків організму. Вільні амінокислоти виступають попередниками в утворенні багатьох сполук, що виконують спеціалізовані функції: нуклеотидів, коферментів, порфіринів, вітамінів, гормонів, нейромедіаторів та інших структурних та регуляторних біомолекул.

У зв’язку із складностями індивідуальних шляхів перетворень в організмі вуглецевого скелета більшості природних амінокислот, в подальшому будуть розглянуті лише особливості метаболізму та участі в синтезі фізіологічно активних сполук ациклічних та циклічних L-амінокислот, які мають найбільше біомедичне значення.