БІОХІМІЯ - Підручник - Остапченко Л. І. - 2012

Розділ 6. ОБМІН І ФУНКЦІЇ АМІНОКИСЛОТ. БІОСИНТЕЗ БІЛКА

6.9. Азотовмісні сполуки — похідні амінокислот

6.9.1. Декарбоксилювання амінокислот та їхніх похідних

Деякі амінокислоти та їхні похідні можуть піддаватися декарбоксилюванню - відщепленню α-карбоксильної групи. У тканинах ссавців декарбоксилюванню можуть піддаватися цілий ряд амінокислот або їхніх похідних: Три, Тир, Вал, Гіс, Глу, Цис, Арг, Орнітин, SAM, ДОФА, 5-окситриптофан та ін. Продуктами реакції є СО₂ і аміни, які мають виражену біологічну дію на організм (біогенні аміни):

Реакції декарбоксилювання необоротні й каталізуються ферментами декарбоксилазами. Простетичною групою декарбоксилаз у клітинах тварин є піридоксальфосфат. Деякі декарбоксилази мікроорганізмів можуть містити замість ПФ залишок пірувату - гістидиндекарбоксилаза Micrococcus і Lactobacilus, SAM-декарбоксилаза E. coli та ін. Механізм реакції нагадує реакцію транс- амінування за участю піридоксальфосфату й також здійснюється шляхом фосфорилювання шифової основи ПФ і амінокислоти на першій стадії.

Аміни, утворені внаслідок декарбоксилювання амінокислот, часто є біологічно активними речовинами. Вони виконують функції нейромедіаторів (серотонін, дофамін, ГАМК тощо), гормонів (норадреналін, адреналін), регуляторних факторів місцевої дії (гістамін, карнозин, спермін та ін.).

Серотонін - нейромедіатор провідних шляхів. Утворюється в надниркових залозах і ЦНС з амінокислоти 5-гідрокситрип- тофану в результаті дії декарбоксилази ароматичних амінокислот. Цей фермент наділений широкою специфічністю й здатний також декарбоксилювати триптофан і ДОФА, що утворюється з тирозину. 5-Гідрокситриптофан синтезується з триптофану під дією триптофангідроксилази з коферментом Н4БП (цей фермент специфічний до ароматичних амінокислот і гідроксилює також фенілаланін):

Серотонін може змінюватися на гормон мелатонін, що регулює добові та сезонні зміни метаболізму організму й бере участь у регуляції репродуктивної функції.

Серотонін - біологічно активна речовина широкого спектру дії. Він стимулює скорочення гладенької мускулатури, має судинозвужувальний ефект, регулює артеріальний тиск, температуру тіла, дихання, діє антидепресантно. За деякими даними він може брати участь в алергічних реакціях, оскільки в невеликих кількостях синтезується в тучних клітинах.

Ацетилхолін синтезується в нервовій тканині й є одним із найважливіших збуджувальних нейромедіаторів вегетативної нервової системи. Його попередник - амінокислота серин:

У нервових клітинах декарбоксилювання глутамату (відщеплення α-карбоксильної групи) приводить до утворення γ-аміномасляної кислоти (ГАМК), яка слугує основним гальмівним медіатором вищих відділів мозку:

Цикл перетворення ГАМК у мозку включає три спряжені реакції, які отримали назву ГАМК-шунта. Першу каталізує глутаматдекарбоксилаза, що є піридоксальзалежним ферментом. Ця реакція регуляторна й контролює швидкість утворення ГАМК у клітинах мозку. Продукт реакції - ГАМК. Наступні дві реакції можна вважати реакціями катаболізму ГАМК. ГАМК-амінотрансфераза, також піридоксальзалежна, утворює бурштиновий напівальдегід, який потім піддається дегідруванню й перетворюється в бурштинову кислоту. Сукцинат використовується в цитратному циклі. Інактивація ГАМК можлива й окисним шляхом під дією моноамінооксидази.

Вміст ГАМК у головному мозку в десятки разів вищий за вміст інших нейромедіаторів. Вона збільшує проникність постсинаптичних мембран для К+, що викликає гальмування нервового імпульсу; підвищує дихальну активність нервової тканини; покращує кровопостачання головного мозку.

ГАМК у вигляді препаратів гамалон або аміналон використовують при судинних захворюваннях мозку (атеросклероз, гіпертонія), порушеннях мозкового коровопостачання, розумовій відсталості, ендогенних депресіях і травмуваннях головного мозку, а також при захворюваннях ЦНС, пов'язаних зі стрімким збудженням кори мозку (наприклад, епілепсії).

Вільні амінокислоти відіграють виключно важливу роль у головному мозку як попередники білків і таких біологічно активних речовин, як нейропептиди, гормони, біогенні аміни тощо. Деякі амінокислоти можуть брати участь у синаптичній передачі, виконуючи функцію нейромедіаторів. Дуже важливою для головного мозку є й енергетична роль амінокислот. Вміст вільних амінокислот у головному мозку досягає ~ 35 мкмоль/г тканини, що є значно вищим за їхній вміст у плазмі крові (~ 3,5 мкмоль/л) і спинномозковій рідині. Переважають глутамінова кислота, глута- мін, аспарагінова кислота, гліцин, ГАМК, N-ацетиласпартат та ін.

Амінокислоти гліцин і глутамат - найважливіші нейромедіатори.

Глутамат міститься в головному мозку в дуже великих кількостях (до ~ 10 мкмоль/г тканини) і виконує різноманітні функції:

✵ це один з основних збуджувальних медіаторів у корі, гіпокампі, смугастому тілі та гіпоталамусі;

✵ бере участь у регуляції процесів пам'яті;

✵ складова частина ряду малих і середніх регуляторних пептидів мозку, таких як глутатіон. У вигляді піроглутамату (циклічна форма) входить до цілого ряду нейропептидів - люлібе- рин, тироліберин, нейротензин, бомбезин та ін.;

✵ виконує енергетичну роль, оскільки глутамат є постачальником α-кетоглутарату - компоненту цитратного циклу;

✵ бере участь у знешкодженні аміаку з утворенням глутаміну, який у великих кількостях надходить через мембрани в нейрони, де присутній фермент глутаміназа. Під дією цього ферменту знову утворюється глутамат, який використовується для синтезу ГАМК. Ураховуючи, що біомембрани менш проникні для глутамату, ніж для глутаміну, його можна розцінювати як гліально-нейрональний переносник глутамату (а отже, і ГАМК).

Порушення глутаматергічної системи відбувається під час багатьох паталогічних порушень ЦНС: епілепсії, розладах вестибулярної системи, ішемії тощо. Глутамат і його аналоги використовують як лікарські препарати при хронічній недостатності амінокислотного обміну, вегетосудинній дистонії, епілепсії (як попередник ГАМК - гальмівний медіатор).

Інша амінокислота-нейромедіатор - гліцин. Концентрація гліцину в плазмі крові невисока, тому в мозок надходять невеликі кількості цієї амінокислоти. Значна частина гліцину синтезується із глюкози, яка надходить із крові (реакції синтезу описано вище). Гліцин - найважливіший (після ГАМК) гальмівний нейромедіатор у спинному й проміжному мозку та в деяких відділах головного мозку. Високий рівень гліцину в плазмі крові й сечі зазвичай свідчить про порушення функцій мозку.

Руйнування гліцину може відбуватися трьома шляхами:

✵ перетворенням гліцину на серин під дією серинксиметилтрансферази;

✵ розщепленням гліцину на аміак, оксид вуглецю і метилен-H₄- фолат;

✵ окисненням під дією оксидази амінокислот.

Гіпергліцинемія розвивається в ранньому віці й супроводжується епізодичним блюванням, пригніченням рухової активності, порушенням електроенцефалограми і часто завершується летально. Гіпергліцинемія може бути наслідком порушення звичайних шляхів руйнування гліцину в нервових клітинах.