Заменимые и незаменимые аминокислоты. Использование белков на энергетические нужды
а) Заменимые и незаменимые аминокислоты. 10 аминокислот, в норме присутствующие в белках животного происхождения, могут быть синтезированы в клетках, в то время как другие 10 не синтезируются или синтезируются в слишком маленьких количествах, не обеспечивающих потребности организма. Группа аминокислот, которые не могут синтезироваться в организме, получила название незаменимых аминокислот. Использование термина «незаменимые аминокислоты» не означает, что другие 10 аминокислот не нужны для образования белка. Этот термин подчеркивает только то, что незаменимые аминокислоты должны обязательно входить в состав продуктов, включенных в пищевой рацион.
Синтез заменимых аминокислот зависит от образования соответствующих кетокислот, которые являются их предшественниками. Например, пировиноградная кислота, которая в большом количестве образуется при гликолитическом расщеплении глюкозы, является кетокислотой — предшественницей аминокислоты аланина. Далее посредством трансаминирования аминогруппа передается а-кетокислоте, a кислород кетокислоты — донору аминогруппы. Эта реакция показана на рисунке ниже.
Синтез аланина из пировиноградной кислоты путем трансаминирования
Обратите внимание, что аминогруппа передается пировиноградной кислоте от глутамина. Он в большом количестве присутствует в тканях, и одна из его основных функций — быть хранилищем аминогрупп. Кроме этого вещества источником аминогрупп могут быть аспарагин, глутаминовая кислота, аспартамовая кислота.
Трансаминирование осуществляется несколькими ферментами, в том числе аминотрансферазами, которые являются производными пиридоксина — одного из витаминов группы В (В6). Без этого витамина синтез аминокислот затрудняется, что снижает нормальную продукцию белка.
Аминокислоты. 10 незаменимых аминокислот, которые не могут синтезироваться в достаточных количествах в организме и должны поступать с пищей, уже готовые.
Использование белков на энергетические нужды
Если клетки вместили такое количество белка, которое соответствует их предельной возможности, то белки, присутствующие в жидких средах организма, начинают расщепляться и использоваться на энергетические нужды либо запасаться, в первую очередь, в виде жиров и, во вторую очередь, в виде гликогена. Расщепление белков осуществляется преимущественно в печени и начинается процессом дезаминирования.
а) Дезаминирование. Это процесс отдачи аминогруппы аминокислотой, в основе которого лежит трансаминирование, т.е. перенос аминогруппы к какому-либо акцептору, что по направлению является реакцией, обратной трансаминированию. В большинстве случаев дезаминирование осуществляется по схеме реакции трансаминирования:
Согласно этой схеме, аминогруппа аминокислоты переносится к α-кетоглутаровой кислоте, которая после этого становится глутаминовой кислотой. Глутаминовая кислота может передавать аминогруппу каким-то веществам либо высвобождать ее в виде аммиака. В процессе утраты аминогруппы глутаминовая кислота вновь становится α-кетоглутаровой кислотой, и цикл может повторяться снова. Чтобы запустить этот процесс, избыток аминокислот в клетках, особенно в клетках печени, должен индуцировать активацию большого количества аминотрансфераз — ферментов, ответственных за начало большинства реакций дезаминирования.
б) Образование мочевины в печени. Аммиак, выделяющийся при дезаминировании аминокислот, извлекается из крови практически полностью, превращаясь в печени в мочевину. 2 молекулы аммиака и 1 молекула углекислого газа взаимодействуют в соответствии с уравнением окончательной реакции:
Это чрезвычайно токсичное вещество, особенно для мозга, и поэтому такая ситуация приводит к состоянию печеночной комы.
Основные стадии образования мочевины таковы:
После образования мочевина диффундирует из печени в жидкие среды организма и экскретируется почками.
в) Окисление дезаминированных аминокислот. После дезаминирования аминокислот образующиеся кетокислоты в большинстве случаев могут окисляться с выделением энергии для метаболических нужд организма. При этом обычно осуществляются два последовательных процесса:
(1) кетокислоты превращаются в химические вещества, которые могут включаться в цикл лимонной кислоты;
(2) затем эти вещества, расщепляясь в цикле лимонной кислоты, служат источниками энергии аналогично ацетил-КоА, образующегося при метаболизме углеводов и жиров.
В целом при окислении 1 г белка образуется аденозинтрифосфата несколько меньше, чем при окислении 1 г глюкозы.
Глюконеогенез и кетогенез. Конечные продукты, образующиеся при дезаминировании аминокислот, подобны веществам, обычно используемым клетками печени для синтеза глюкозы или жирных кислот. Например, дезаминированный аланин представляет собой пировиноградную кислоту, которая может превращаться в глюкозу или гликоген. Возможен иной путь: превращение в ацетил-КоА, который затем может полимеризоваться в жирные кислоты. Так, 2 молекулы ацетил-КоА, объединяясь, образуют ацетоуксусную кислоту, являющуюся одним из кетоновых тел.
Превращение аминокислот в глюкозу или гликоген называют глюконеогенезом, а превращение в кето- или жирные кислоты — кетогенезом. Из 20 аминокислот 18 имеют химическую структуру, позволяющую им превращаться в глюкозу, а 19 из них могут превращаться в жирные кислоты.
