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

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.