Декарбоксилирование аминокислот
Декарбоксилирование аминокислот — процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде CO2.
Несмотря на ограниченный круг аминокислот и их производных, подвергающихся декарбоксилированию в животных тканях, образующиеся продукты реакции — биогенные амины (т. н. «трупные яды») — оказывают сильное фармакологическое действие на множество физиологических функций человека и животных. В животных тканях установлено декарбоксилирование следующих аминокислот и их производных: тирозина, триптофана, 5-окситриптофана, валина, серина, гистидина, глутаминовой и γ-оксиглутаминовой кислот, 3,4-диоксифенилаланина, цистеина, аргинина, орнитина, S-аденозилметионина и α-аминомалоновой кислоты. Помимо этого, у микроорганизмов и растений открыто декарбоксилирование ряда других аминокислот.
В живых организмах открыты 4 типа декарбоксилирования аминокислот:
- α-Декарбоксилирование, характерное для тканей животных, при котором от аминокислот отщепляется карбоксильная группа, стоящая по соседству с α-углеродным атомом. Продуктами реакции являются CO2 и биогенные амины
- ω-Декарбоксилирование, свойственное микроорганизмам. Например, из аспарагиновой кислоты этим путём образуется α-аланин:
- Декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования: в этой реакции образуются альдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте.
- Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух молекул: эта реакция в тканях животных осуществляется при синтезе δ-амино-левулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА и при синтезе сфинголипидов, а также у растений при синтезе биотина.
Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми. Они катализируются специфическими ферментами — декарбоксилазами аминокислот, отличающимися от декарбоксилаз α-кетокислот как белковым компонентом, так и природой кофермента. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом (ПФ), как и у трансаминаз.
Таким образом, в двух совершенно различных процессах обмена аминокислот участвует один и тот же кофермент. Исключение составляют две декарбоксилазы: гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacilus и аденозилметионин-декарбоксилаза Е. coli, содержащие вместо ПФ остаток пировиноградной кислоты.
Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот в соответствии с общей теорией пиридоксалевого катализа сводится к образованию ПФ-субстратного комплекса, представленного, как и в реакциях трансаминирования, шиффовым основанием ПФ и аминокислоты:
Образование подобного комплекса в сочетании с некоторым оттягиванием электронов белковой частью молекулы фермента сопровождается лабилизацией одной из трёх связей при α-углеродном атоме, благодаря чему аминокислота способна вступать в реакции трансаминирования (а), декарбоксилирования (b) и альдольного расщепления (с).
Далее представлены отдельные примеры декарбоксилирования аминокислот, в частности тех, продукты реакции которых оказывают сильное фармакологическое действие. Одним из хорошо изученных ферментов является декарбоксилаза ароматических аминокислот. Она не обладает строгой субстратной специфичностью и катализирует декарбоксилирование L-изомеров триптофана, 5-окситриптофана и 3,4-диоксифенилаланина (ДОФА); продуктами реакций, помимо CO2, являются соответственно триптамин, серотонин и диоксифенилэтиламин (дофамин).
Декарбоксилаза ароматических аминокислот получена в чистом виде (мол. масса 112000), кофермент — ПФ. В больших количествах она содержится в надпочечниках и ЦНС, играет важную роль в регуляции содержания биогенных аминов. Образующийся из 5-окситриптофана серотонин оказался высокоактивным биогенным амином сосудосуживающего действия. Серотонин регулирует артериальное давление, температуру тела, дыхание, почечную фильтрацию и является медиатором нервных процессов в ЦНС. Некоторые авторы считают серотонин причастным к развитию аллергии, демпинг-синдрома, токсикоза беременных, карциноидного синдрома и геморрагических диатезов.
Продукт декарбоксилазной реакции дофамин является предшественником катехоламинов (норадреналина и адреналина). Источником ДОФА в организме является тирозин, который под действием специфической гидроксилазы превращается в 3,4-диоксифенилаланин. Тиро-зин-3-монооксигеназа открыта в надпочечниках, ткани мозга и периферической нервной системы. Простетической группой тирозин-моноокси-геназы, как и дофамин-монооксигеназы (последняя катализирует превращение дофамина в норадреналин) является тетрагидробиоптерин, имеющий следующее строение:
Физиологическая роль тирозин-3-монооксигеназы чрезвычайно велика, поскольку катализируемая этим ферментом реакция определяет скорость биосинтеза катехоламинов, регулирующих деятельность сердечно-сосудистой системы. В медицинской практике широко используются ингибиторы декарбоксилазы ароматических аминокислот, в частности α-метилдофа (альдомет), вызывающий снижение артериального давления.
В животных тканях с высокой скоростью протекает декарбоксилирование гистидина под действием специфической декарбоксилазы.
Гистамин оказывает широкий спектр биологического действия. По механизму действия на кровеносные сосуды он резко отличается от других биогенных аминов, так как обладает сосудорасширяющим свойством. Большое количество гистамина образуется в области воспаления, что имеет определённый биологический смысл. Вызывая расширение сосудов в очаге воспаления, гистамин тем самым ускоряет приток лейкоцитов, способствуя активации защитных сил организма. Кроме того, гистамин участвует в секреции соляной кислоты в желудке, что широко используется в клинике при изучении секреторной деятельности желудка (гистаминовая проба). Он имеет прямое отношение к явлениям и . При повышенной чувствительности к гистамину в клинике используют антигистаминные препараты (димедрол и др.), оказывающие влияние на рецепторы сосудов. Гистамину приписывают также роль медиатора боли. Болевой синдром — сложный процесс, детали которого пока не выяснены, но участие в нём гистамина не подлежит сомнению.
В клинической практике широко используется, кроме того, продукт α-декарбоксилирования глутаминовой кислоты — γ-аминомасляная кислота (ГАМК). Фермент, катализирующий эту реакцию (глутаматдекарбокси-лаза), является высокоспецифичным.
Интерес к ГАМК объясняется её тормозящим действием на деятельность ЦНС. Больше всего ГАМК и глутаматдекарбоксилазы обнаружено в сером веществе коры большого мозга, в то время как белое вещество мозга и периферическая нервная система их почти не содержат. Введение ГАМК в организм вызывает разлитой тормозной процесс в коре (центральное торможение) и у животных приводит к утрате условных рефлексов. ГАМК используется в клинике как лекарственное средство при некоторых заболеваниях ЦНС, связанных с резким возбуждением коры большого мозга. Так, при эпилепсии хороший эффект (резкое сокращение частоты эпилептических припадков) даёт введение глутаминовой кислоты. Как оказалось, лечебный эффект обусловлен не самой глутаминовой кислотой, а продуктом её декарбоксилирования — ГАМК.
В животных тканях с высокой скоростью декарбоксилируются также два производных цистеина — цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты. В процессе этих специфических ферментативных реакций образуется таурин, который используется в организме для синтеза парных желчных кислот.
Следует указать ещё на два недавно открытых в тканях животных фермента, катализирующих декарбоксилирование орнитина и S-аденозил-метионина: орнитиндекарбоксилазу и аденозилметиониндекарбоксилазу.
Значение этих реакций для тканей животных огромно, поскольку продукты реакций используются для синтеза — и спермина.
Полиамины, к которым относят также диамин путресцин, играют важную роль в процессах и дифференцировки, в регуляции синтеза ДНК, РНК и белка, стимулируя транскрипцию и трансляцию, хотя конкретный механизм участия их в указанных процессах не всегда ясен.
Таким образом, биогенные амины являются сильными фармакологически активными веществами, оказывающими разностороннее влияние на физиологические функции организма. Некоторые биогенные амины нашли широкое применение в качестве лекарственных препаратов.
Распад биогенных аминов. Накопление биогенных аминов может отрицательно сказываться на физиологическом статусе и вызывать ряд существенных нарушений функций в организме. Однако органы и ткани, как и целостный организм, располагают специальными механизмами обезвреживания биогенных аминов, которые в общем виде сводятся к окислительному дезаминированию этих аминов с образованием соответствующих альдегидов и освобождением аммиака:
Ферменты, катализирующие эти реакции, получили название моноамин и диаминоксидаз. Более подробно изучен механизм окислительного дезаминирования . Этот ферментативный процесс является необратимым и протекает в две стадии:
R-CH2-NH2+ Е-ФАД + H2О —→ R-CHO + NH3+ Е-ФАДН2 (1)
Е-ФАДН2 +О2 —→ Е-ФАД + Н2О2 (2)
Первая (1), анаэробная, стадия характеризуется образованием альдегида, аммиака и восстановленного фермента. Последний в аэробной фазе окисляется молекулярным кислородом. Образовавшийся пероксид водорода далее распадается на воду и кислород. Моноаминоксидаза (МАО), ФАД-содержащий фермент, преимущественно локализуется в митохондриях, играет исключительно важную роль в организме, регулируя скорость биосинтеза и распада биогенных аминов. Некоторые ингибиторы моноаминоксидазы (ипраниазид, гармин, ) используются при лечении , , шизофрении и др.
В статье не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Википедия, чтение, книга, библиотека, поиск, нажмите, истории, книги, статьи, wikipedia, учить, информация, история, скачать, скачать бесплатно, mp3, видео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, картинка, музыка, песня, фильм, игра, игры, мобильный, телефон, Android, iOS, apple, мобильный телефон, Samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Сеть, компьютер, Информация о Декарбоксилирование аминокислот, Что такое Декарбоксилирование аминокислот? Что означает Декарбоксилирование аминокислот?
Dekarboksilirovanie aminokislot process otshepleniya karboksilnoj gruppy aminokislot v vide CO2 Nesmotrya na ogranichennyj krug aminokislot i ih proizvodnyh podvergayushihsya dekarboksilirovaniyu v zhivotnyh tkanyah obrazuyushiesya produkty reakcii biogennye aminy t n trupnye yady okazyvayut silnoe farmakologicheskoe dejstvie na mnozhestvo fiziologicheskih funkcij cheloveka i zhivotnyh V zhivotnyh tkanyah ustanovleno dekarboksilirovanie sleduyushih aminokislot i ih proizvodnyh tirozina triptofana 5 oksitriptofana valina serina gistidina glutaminovoj i g oksiglutaminovoj kislot 3 4 dioksifenilalanina cisteina arginina ornitina S adenozilmetionina i a aminomalonovoj kisloty Pomimo etogo u mikroorganizmov i rastenij otkryto dekarboksilirovanie ryada drugih aminokislot V zhivyh organizmah otkryty 4 tipa dekarboksilirovaniya aminokislot a Dekarboksilirovanie harakternoe dlya tkanej zhivotnyh pri kotorom ot aminokislot otsheplyaetsya karboksilnaya gruppa stoyashaya po sosedstvu s a uglerodnym atomom Produktami reakcii yavlyayutsya CO2 i biogennye aminy w Dekarboksilirovanie svojstvennoe mikroorganizmam Naprimer iz asparaginovoj kisloty etim putyom obrazuetsya a alanin Dekarboksilirovanie svyazannoe s reakciej transaminirovaniya v etoj reakcii obrazuyutsya aldegid i novaya aminokislota sootvetstvuyushaya ishodnoj ketokislote Dekarboksilirovanie svyazannoe s reakciej kondensacii dvuh molekul eta reakciya v tkanyah zhivotnyh osushestvlyaetsya pri sinteze d amino levulinovoj kisloty iz glicina i sukcinil KoA i pri sinteze sfingolipidov a takzhe u rastenij pri sinteze biotina Reakcii dekarboksilirovaniya v otlichie ot drugih processov promezhutochnogo obmena aminokislot yavlyayutsya neobratimymi Oni kataliziruyutsya specificheskimi fermentami dekarboksilazami aminokislot otlichayushimisya ot dekarboksilaz a ketokislot kak belkovym komponentom tak i prirodoj kofermenta Dekarboksilazy aminokislot sostoyat iz belkovoj chasti obespechivayushej specifichnost dejstviya i prosteticheskoj gruppy predstavlennoj piridoksalfosfatom PF kak i u transaminaz Takim obrazom v dvuh sovershenno razlichnyh processah obmena aminokislot uchastvuet odin i tot zhe koferment Isklyuchenie sostavlyayut dve dekarboksilazy gistidindekarboksilaza Micrococcus i Lactobacilus i adenozilmetionin dekarboksilaza E coli soderzhashie vmesto PF ostatok pirovinogradnoj kisloty Mehanizm reakcii dekarboksilirovaniya aminokislot v sootvetstvii s obshej teoriej piridoksalevogo kataliza svoditsya k obrazovaniyu PF substratnogo kompleksa predstavlennogo kak i v reakciyah transaminirovaniya shiffovym osnovaniem PF i aminokisloty Obrazovanie podobnogo kompleksa v sochetanii s nekotorym ottyagivaniem elektronov belkovoj chastyu molekuly fermenta soprovozhdaetsya labilizaciej odnoj iz tryoh svyazej pri a uglerodnom atome blagodarya chemu aminokislota sposobna vstupat v reakcii transaminirovaniya a dekarboksilirovaniya b i aldolnogo rasshepleniya s Dalee predstavleny otdelnye primery dekarboksilirovaniya aminokislot v chastnosti teh produkty reakcii kotoryh okazyvayut silnoe farmakologicheskoe dejstvie Odnim iz horosho izuchennyh fermentov yavlyaetsya dekarboksilaza aromaticheskih aminokislot Ona ne obladaet strogoj substratnoj specifichnostyu i kataliziruet dekarboksilirovanie L izomerov triptofana 5 oksitriptofana i 3 4 dioksifenilalanina DOFA produktami reakcij pomimo CO2 yavlyayutsya sootvetstvenno triptamin serotonin i dioksifeniletilamin dofamin Dekarboksilaza aromaticheskih aminokislot poluchena v chistom vide mol massa 112000 koferment PF V bolshih kolichestvah ona soderzhitsya v nadpochechnikah i CNS igraet vazhnuyu rol v regulyacii soderzhaniya biogennyh aminov Obrazuyushijsya iz 5 oksitriptofana serotonin okazalsya vysokoaktivnym biogennym aminom sosudosuzhivayushego dejstviya Serotonin reguliruet arterialnoe davlenie temperaturu tela dyhanie pochechnuyu filtraciyu i yavlyaetsya mediatorom nervnyh processov v CNS Nekotorye avtory schitayut serotonin prichastnym k razvitiyu allergii demping sindroma toksikoza beremennyh karcinoidnogo sindroma i gemorragicheskih diatezov Produkt dekarboksilaznoj reakcii dofamin yavlyaetsya predshestvennikom kateholaminov noradrenalina i adrenalina Istochnikom DOFA v organizme yavlyaetsya tirozin kotoryj pod dejstviem specificheskoj gidroksilazy prevrashaetsya v 3 4 dioksifenilalanin Tiro zin 3 monooksigenaza otkryta v nadpochechnikah tkani mozga i perifericheskoj nervnoj sistemy Prosteticheskoj gruppoj tirozin monooksi genazy kak i dofamin monooksigenazy poslednyaya kataliziruet prevrashenie dofamina v noradrenalin yavlyaetsya tetragidrobiopterin imeyushij sleduyushee stroenie Fiziologicheskaya rol tirozin 3 monooksigenazy chrezvychajno velika poskolku kataliziruemaya etim fermentom reakciya opredelyaet skorost biosinteza kateholaminov reguliruyushih deyatelnost serdechno sosudistoj sistemy V medicinskoj praktike shiroko ispolzuyutsya ingibitory dekarboksilazy aromaticheskih aminokislot v chastnosti a metildofa aldomet vyzyvayushij snizhenie arterialnogo davleniya V zhivotnyh tkanyah s vysokoj skorostyu protekaet dekarboksilirovanie gistidina pod dejstviem specificheskoj dekarboksilazy Gistamin okazyvaet shirokij spektr biologicheskogo dejstviya Po mehanizmu dejstviya na krovenosnye sosudy on rezko otlichaetsya ot drugih biogennyh aminov tak kak obladaet sosudorasshiryayushim svojstvom Bolshoe kolichestvo gistamina obrazuetsya v oblasti vospaleniya chto imeet opredelyonnyj biologicheskij smysl Vyzyvaya rasshirenie sosudov v ochage vospaleniya gistamin tem samym uskoryaet pritok lejkocitov sposobstvuya aktivacii zashitnyh sil organizma Krome togo gistamin uchastvuet v sekrecii solyanoj kisloty v zheludke chto shiroko ispolzuetsya v klinike pri izuchenii sekretornoj deyatelnosti zheludka gistaminovaya proba On imeet pryamoe otnoshenie k yavleniyam i Pri povyshennoj chuvstvitelnosti k gistaminu v klinike ispolzuyut antigistaminnye preparaty dimedrol i dr okazyvayushie vliyanie na receptory sosudov Gistaminu pripisyvayut takzhe rol mediatora boli Bolevoj sindrom slozhnyj process detali kotorogo poka ne vyyasneny no uchastie v nyom gistamina ne podlezhit somneniyu V klinicheskoj praktike shiroko ispolzuetsya krome togo produkt a dekarboksilirovaniya glutaminovoj kisloty g aminomaslyanaya kislota GAMK Ferment kataliziruyushij etu reakciyu glutamatdekarboksi laza yavlyaetsya vysokospecifichnym Interes k GAMK obyasnyaetsya eyo tormozyashim dejstviem na deyatelnost CNS Bolshe vsego GAMK i glutamatdekarboksilazy obnaruzheno v serom veshestve kory bolshogo mozga v to vremya kak beloe veshestvo mozga i perifericheskaya nervnaya sistema ih pochti ne soderzhat Vvedenie GAMK v organizm vyzyvaet razlitoj tormoznoj process v kore centralnoe tormozhenie i u zhivotnyh privodit k utrate uslovnyh refleksov GAMK ispolzuetsya v klinike kak lekarstvennoe sredstvo pri nekotoryh zabolevaniyah CNS svyazannyh s rezkim vozbuzhdeniem kory bolshogo mozga Tak pri epilepsii horoshij effekt rezkoe sokrashenie chastoty epilepticheskih pripadkov dayot vvedenie glutaminovoj kisloty Kak okazalos lechebnyj effekt obuslovlen ne samoj glutaminovoj kislotoj a produktom eyo dekarboksilirovaniya GAMK V zhivotnyh tkanyah s vysokoj skorostyu dekarboksiliruyutsya takzhe dva proizvodnyh cisteina cisteinovaya i cisteinsulfinovaya kisloty V processe etih specificheskih fermentativnyh reakcij obrazuetsya taurin kotoryj ispolzuetsya v organizme dlya sinteza parnyh zhelchnyh kislot Sleduet ukazat eshyo na dva nedavno otkrytyh v tkanyah zhivotnyh fermenta kataliziruyushih dekarboksilirovanie ornitina i S adenozil metionina ornitindekarboksilazu i adenozilmetionindekarboksilazu Znachenie etih reakcij dlya tkanej zhivotnyh ogromno poskolku produkty reakcij ispolzuyutsya dlya sinteza i spermina Poliaminy k kotorym otnosyat takzhe diamin putrescin igrayut vazhnuyu rol v processah i differencirovki v regulyacii sinteza DNK RNK i belka stimuliruya transkripciyu i translyaciyu hotya konkretnyj mehanizm uchastiya ih v ukazannyh processah ne vsegda yasen Takim obrazom biogennye aminy yavlyayutsya silnymi farmakologicheski aktivnymi veshestvami okazyvayushimi raznostoronnee vliyanie na fiziologicheskie funkcii organizma Nekotorye biogennye aminy nashli shirokoe primenenie v kachestve lekarstvennyh preparatov Raspad biogennyh aminov Nakoplenie biogennyh aminov mozhet otricatelno skazyvatsya na fiziologicheskom statuse i vyzyvat ryad sushestvennyh narushenij funkcij v organizme Odnako organy i tkani kak i celostnyj organizm raspolagayut specialnymi mehanizmami obezvrezhivaniya biogennyh aminov kotorye v obshem vide svodyatsya k okislitelnomu dezaminirovaniyu etih aminov s obrazovaniem sootvetstvuyushih aldegidov i osvobozhdeniem ammiaka Fermenty kataliziruyushie eti reakcii poluchili nazvanie monoamin i diaminoksidaz Bolee podrobno izuchen mehanizm okislitelnogo dezaminirovaniya Etot fermentativnyj process yavlyaetsya neobratimym i protekaet v dve stadii R CH2 NH2 E FAD H2O R CHO NH3 E FADN2 1 E FADN2 O2 E FAD N2O2 2 Pervaya 1 anaerobnaya stadiya harakterizuetsya obrazovaniem aldegida ammiaka i vosstanovlennogo fermenta Poslednij v aerobnoj faze okislyaetsya molekulyarnym kislorodom Obrazovavshijsya peroksid vodoroda dalee raspadaetsya na vodu i kislorod Monoaminoksidaza MAO FAD soderzhashij ferment preimushestvenno lokalizuetsya v mitohondriyah igraet isklyuchitelno vazhnuyu rol v organizme reguliruya skorost biosinteza i raspada biogennyh aminov Nekotorye ingibitory monoaminoksidazy ipraniazid garmin ispolzuyutsya pri lechenii shizofrenii i dr V state ne hvataet ssylok na istochniki sm rekomendacii po poisku Informaciya dolzhna byt proveryaema inache ona mozhet byt udalena Vy mozhete otredaktirovat statyu dobaviv ssylki na avtoritetnye istochniki v vide snosok 13 maya 2011
