Пути обмена отдельных аминокислот

ПУТИ ОБМЕНА ОТДЕЛЬНЫХ АМИНОКИСЛОТ Кафедра биологической химии

Фенилаланин – незаменимая аминокислота, так как в клетках животных не синтезируется ее бензольное кольцо, гликокетогенная. Тирозин – условнозаменимая аминокислота, может синтезироваться из фенилаланина, гликокетогенная.

ФЕНИЛАЛАНИН ТИРОЗИН ОПК Белки Ацетоацетат Глюкоза Катехоламины Меланины Йодтиронины Дофамин Норадреналин Адреналин Нервная ткань Надпочечники Кожа Волосы Радужная оболочка глаз Щитовидная железа Печень Биологическая роль фенилаланина и тирозина

Тирозингидроксилаза (Fe2+) Адреналин Норадреналин Синтез катехоламинов (надпочечники, нервная ткань) О2 Н2О ДОФА-декарбоксилаза (В6) СО2 ДОФамингид- роксилаза (С, Сu2+) О2 Н2О Метилтрансфераза SAM SAG-гомоцис

Значение катехоламинов ДОФамин – нейромедиатор среднего отдела мозга. Норадреналин – тормозный медиатор сим-патической нервной системы и разных отделов го-ловного мозга, может выполнять функцию возбуж-дающего медиатора в гипоталямусе, участвует в ре-гуляции гемодинамики сердечно-сосудистой сис-темы. Адреналин – гормон интенсивной физической работы, синтезируется при стрессе, регулирует основной обмен, усиливает сокращение сердечной мышцы.

Болезнь Паркинсона – развивается при гипосек-реции дофамина в черной субстанции мозга (в среднем отделе мозга). Частота 1:200 среди людей старше 60 лет. Дефект ферментов тирозингидроксилазы или ДОФА-декарбоксилазы. Основные симптомы заболевания : акенизия (скованность движений), ригидность (напря-жение мышц), тремор (непроизвольное дрожание). Гиперсекреция дофамина в височной доле мозга обнаруживается при шизофрении. Нарушение обмена ДОФамина Тир ДОФА ДОФамин О2 Н2О тирозингидроксилаза ДОФА-декарбоксилаза СО2

Синтез меланинов (меланоциты) Кожа Волосы Радужная оболочка глаз CH CH2 NH2 CООH ОH CH CH2 NH2 CООH ОH ОH О2 ДОФА Пигменты МЕЛАНИНЫ Тирозин Н2О Тирозиназа (Cu2+)

Синтез йодтиронинов (щитовидная железа) Тиреоглобулин (ТГ) 2. Тирозин 2 J - 2е J20 (фиксация и окисление) 1. 3. (комплекс тир и ТГ) Монойодтирозин (3-йодтирозин) Дийодтирозин (3,5-дийодтирозин) 3 3 5

Синтез трийодтиронина (Т3) Монойодтирозин (3-йодтирозин) Дийодтирозин (3,5-дийодтирозин) Н2О ТГ 4. Трийодтиронин (Т3) 3 3 5 3 5 3

Синтез тетрайодтиронина (тироксина, Т4) Дийодтирозин (3,5-дийодтирозин) 3 5 Дийодтирозин (3,5-дийодтирозин) 3 5 Тетрайодитироксин (тироксин, Т4) 5. 3 5 3 5 Т3 – более активен Т4 – синтезируется в 10 раз больше Т3 : Т4 = 1 : 10 Н2О ТГ

Фенилаланин Тирозин n-гидроксифенилпируват Гомогентизиновая кислота Фумарилацетоацетат Фумарат Ацетоацетат Катаболизм фенилаланина и тирозина в печени О2 Н2О Фенилаланингидроксилаза α-КГ ГЛУ Тирозинаминот- рансфераза (В6) О2 Н2О Фумарилацето- ацетатгидролаза О2 Диоксигеназа гомогентизиновой кислоты ОПК Глюкоза n-гидроксипируват- диоксигеназа (С, Fe2+)

Фен ПФ α - КГ Глу СН2 – С – СООН О Фенилпируват СН2 – СН – СООН ОH Фениллактат Кровь Почки NADH+H+ NAD+ Фенилацетат H2O СО2 NADH+H+ NAD+ Фенилаце- тилглутамин H2O Глн Альтернативные пути катаболизма фенилаланина

Белки (пищи и тканей) Фен Врожденные нарушения обмена ФЕН и ТИР Фенилпируват Фенилактат Фенилацетат Тир ДОФА Меланины Гормоны щитовидной железы Парагидрок- сифенилпируват n-гидрок- сифенилпируват- диоксигеназа Фенилаланин- гидроксилаза Тирозиназа (меланоциты) Гомогентизиновая к-та Диоксигеназа гомоге- низированной кислоты Фумаровая Ацетоацетат Тирозинемия II Тирозинемия III Фенилке-тонурия Тирозинамино- трансфераза Альбинизм Семейный гипо- тиреоз (кретинизм) Алкаптонурия Фумарилацетоацетат Фумарилацето- ацетатгидролаза Тирозинемия I (тирозиноз)

Фенилкетонурия – наследственное заболевание, наследуется по аутосомно-рецессивному типу, частота 1:10 тыс. новорожденных. дефект фермента фенилаланингидроксилазы. В печени здоровых людей около 10% фенилаланина превращается в фениллактат и фенилацетилглутамат. При ФКУ в крови и моче повышается содержание метаболитов альтернативного пути: фенилпирувата, фенилацетата, фениллактата, которые токсичны для мозга. Концентрация фенилаланина повышается в крови в 20-30 раз (в норме 1,0-2,0 мг/дл), в моче –в 100-300 раз по сравнению с нормой (30 мг/дл). Концентрация фенилпирувата и фениллактата в моче достигает 300-600 мг/дл при полном отсутствии в норме. Фенилкетонурия (пировиноградная олигофрения) Фен Тир Фенилаланингидроксилаза Фенилпируват Фенилацетат Фениллактат

Проявления ФКУ – нарушения умственного и физического развития, судорожный синдром, нарушение пигментации. Больные не доживают до 30 лет. Большие концентрации фенилаланина ограничивают транспорт тирозина и триптофана через гематоэнцефалический барьер и тормозят синтез нейромедиаторов (дофамина, норадреналина, серотонина). Для выявления ФКУ разработана скрининг-программа (наличие простого метода обнаружения, опасные последствия, частота не менее 1:20 тыс., есть способы предупреждения или лечения). Используют качественные и количественные методы обнаружения патологических метаболитов в моче (фенилпируват, фениллактат), определение фенилаланина в крови и моче. Лечение: содержание ребенка 10-12 месяцев на диете с малым содержанием фен (не более 10-12 мг в сутки) с повышенным содержанием тир. Прием глу, который быстро поступая в мозг в реакции переаминирования переводит фенилпировиноградную кислоту в фенилаланин. Фенилкетонурия

Наследуется по аутосомно-рецессивному типу, частота 1:20 тыс. новорожденных. Причина метаболического нарушения - врожденный дефект тирозиназы, катализирующей превращение тирозина в диоксифенилаланин в меланоцитах, что приводит к нарушению синтеза пигментов меланинов. Клинические проявления альбинизма – снижение до отсутствия пигментации кожи, волос, снижение остроты зрения, светобоязнь. Длительное пребывание таких больных на солнце приводит к раку кожи. Помощь – генетическая консультация. Альбинизм Тир ДОФА Тирозиназа ( в меланоцитах) Меланины (кожа, волосы, радужная оболочка)

Наследуется по аутосомно-рецессивному типу, частота встречаемости – 2-5 : 1 млн. новорожденных. Причина заболевания - дефект диоксигеназы гомо-гентизиновой кислоты. С мочой выделяется большое количество гомогентизиновой кислоты (до 0,5 г/сут), которая кислородом окисляется с образованием темных пигментов алкаптонов. Кроме потемнения мочи, характерна пигментация соединительной ткани (охроноз) и артрит. Алкаптонурия («черная моча») Гомогентизиновая к-та Диоксигеназа гомоге- низированной кислоты Ацетоацетат Фумарат Фумарилаце- тоацетат

Нарушения катаболизма тирозина в печени приводит к тирозинемии и тирозинурии. Различают 3 типа тирозинемии: 1) Тирозинемия типа 1 (тирозиноз). Причина – дефект фермента фумарилацетоацетатгидролазы. Клинические проявления у новорожденных – диарея, рвота, задержка в развитии. Без лечения дети погибают в возрасте 5-8 месяцев из-за развивающейся недостаточности печени. Для лечения используют диету с пониженным содержанием тирозина и фенилаланина. Тирозинемии Ацетоацетат Фумарат Фумарилацетоацетат Фумарилацетоацетатгидролаза

2) Тирозинемия типа 2 (Синдром Рихнера –Ханхорта). Причиной является дефект фермента тирозинаминотранс-феразы. Для заболевания характерны поражения глаз и кожи, умеренная умственная отсталость, нарушения координация движений. 3) Тирозинемия новорожденных (кратковременная). Причина – дефект фермента п–гидроксифенилпируватдиоксигеназы. В крови повышается концентрация п-гидроксифенилацетата, тирозина и фенилаланина. Тирозинемии n-гидроксифенилпируват Гомогентизиновая к-та n-гидроксифенилпи- руватдиоксигеназа ТИР n-гидроксифенилпируват Тирозинаминотрансфераза При лечении назначают малобелковую диету и витамин С.

Биологическая роль триптофана (незаменимая, гликокетогенная) Триптофан Серотонин (медиатор) Мелатонин (гормон) Белок (активные центры) Никотинамид (витамин РР) Ацетоацетат Глюкоза Эпифиз Печень Нервная ткань, гладкая муску- латура, кишечник

Синтез серотонина (гладкая мускулатура, кишечник) и мелатонина (эпифиз) Триптофан NН СН2 СН СООН NН2 О2 Н2О NН СН2 СН СООН NН2 НО 5-гидрокситриптофан СО2 Декарбоксилаза -5-гид рокситриптофана NН СН2 СН2 NН2 НО SAM (-CH3) NН СН2 СН2 NН2 Н3СО Серотонин СН3CoSKoA NН СН2 СН2 NН Н3СО СO СН3 Мелатонин Триптофандиокси- геназа (С) SAG (В6)

Обмен триптофана Триптофан Печень Никотинамид Серотонин Индолы Нервная система Бактерии желудочно- кишечного тракта Печень Глюкоза Кетоновые тела

Биологическая роль серотонина Стимулирует сокращения гладкой мускулатуры, перистальтику кишечника; Оказывает сосудосуживающее действием, регулирует АД, t, дыхание; Обладает антидепрессивным действием; Участвует в аллергических реакциях;

Синтез витамина РР Триптофан NН СН2 СН СООН NН2 О2 Н2О NН СН2 СН СООН NН2 НО 5-гидрокситриптофан Триптофандиокси- геназа (С) С СН2 СН СООН О NН2 Кинуренин АЛА С О N NН2 Никотинамид

Врожденное нарушение обмена триптофана - болезнь Хартнупа Возникает метаболический дефект связан с генетическим дефектом фермента триптофандиоксигеназы или врожденным нарушением всасывания триптофана в кишечнике и реабсорбции в почках. Основными клиническими и лабораторными проявлениями являются пеллагроподобные кожные проявления (дерматит), диарея, задержка умственного развития (дименция) (гиповитаминоз 3Д), психические расстройства, аттаксия, гипераминоацидурия. триптофандиоксигеназа 5-гидрокситриптофан Три

NH2 N NH -CH2-CH-COOH NH2 NH3 N NH -CH=CH-COOH гистидаза Гистидин Уроканиновая кислота Печень, кожа Гистидин- декарбоксилаза СО2 N NH -CH2-CH- (В6) Гистамин Нервная ткань, гладкая мускулатура, желудочно-кишечный тракт Наследственный дефект гистидазы вызывает накопление гистидина и развитие гистидинемии, которая проявляется задержкой в умственном и физическом развитии детей.

Биологическая роль гистамина Стимулирует секрецию желудочного сока, слюны; Повышает проницаемость капилляров, вызывает отеки; Снижает АД, но увеличивает внутричерепное давление; Сокращает гладкую мускулатуру легких, вызывая удушье; Участвует в воспалении – расширяет сосуды, покраснение кожи, отёк; Вызывает аллергические реакции; Выполняет роль нейромедиатора, медиатора боли. Гис Гистамин

Валин, лейцин, изолейцин Незаменимые аминокислоты Вал Лей Илей гликогенная (пропионил-КоА сукцинил-КоА глю) кетогенная гликокетогенная (ацетил-КоА + пропионил-КоА) (ацетил-КоА кетоновые тела)

Обмен аминокислот с разветвленной цепью Лейцин Изолейцин Валин α-Кетоизокапроат α-Кето-β-метилвалериат α-Кетоизовалериат Ацил-КоА- производ- ные жирных кислот CО2 αКГ ГЛУ Аминотрансфераза АМК с разветвленной цепью Дегидрогеназный комплекс α-кетокислот с разветвленной цепью

β-окис- ление Врожденные нарушения разветвленных аминокислот «Моча с запахом кленового сиропа» α-кетоизовалери-ановая к-та ТДФ Лей Илей α-кетоизокап- роновая к-та α-кетометилва- лериановая к-та ТДФ ТДФ Изовалери-ановая к-та Метилбу- тановая к-та Изобута- новая к-та Вал Накопление в крови и тканях Нарушение биосинтеза апофер-ментов или коферментов ката-лиза окислительного декарбок-силирования продуктов обмена ВАЛ, ЛЕЙ, ИЛЕЙ Нарушения чувствительности, бо-ли, мышечная слабость, психичес-кие расстройства, задержка разви-тия, угнетение ЦНС, гипотония, гипогликемия Ограничение белка, ис-кусственное вскармли-вание смесью с органи-чением: ВАЛ, ЛЕЙ, ИЛЕЙ. Мегавитаминотерапия