включая млекопитающих. В то же время очевидно также, что эта группа аминокислот широко представлена в белках и они не могут отсутствовать в пище при потреблении обычных продуктов. Если, однако, специально исключить эти аминокислоты из экспериментальной диеты, то суммарная «потребность» в незаменимых аминокислотах несколько увеличится в связи с необходимостью обеспечить соответствующим количеством азота синтез «заменимых» аминокислот. Последствия потребления пищи, состоящей из природных продуктов с относительно низким содержанием лизина, триптофана или метионина, обсуждаются в гл. 49.

21. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

881

21.4. Метаболизм аминокислот в печени

Печень является главным органом метаболизма аминокислот животных. Функционирование печени обеспечивает следующие процессы: 1) синтез собственных белков и ряда белков плазмы, а также гидролиз большинства из них (разд. 21.5.1); 2) синтез различных азотсодержащих соединений — пуринов, пиримидинов, мочевой кислоты, никотиновой кислоты и креатина; эти соединения или конечные продукты их метаболизма выводятся с мочой; 3) обеспечение (через кровь) других органов сбалансированной смесью аминокислот, необходимой для биосинтеза белков; 4) синтез заменимых аминокислот в требуемом размере и 5) необходимое перераспределение избыточных количеств потребленных с пищей углеродных цепей аминокислот и их азота.

Путь синтеза белка (процесс 1) описан в гл. 26. Скорость синтеза каждого белка и его гидролитической деполимеризации контролируется автономными механизмами.

Превращения, в результате которых в печени из аминокислот образуются различные азотсодержащие соединения (но не ?-аминокислоты) (процесс 2), рассматриваются в гл. 23. Многие из этих превращений необратимы в том смысле, что в результате метаболизма аминокислот образуются продукты, которые не могут подвергаться дальнейшей деградации и экстретируются с мочой. Процессы 3, 4 и 5 рассматриваются в данной главе. Ведущую роль в этих процессах в большинстве случаев играет глутаминовая кислота.

21.4.1. Переаминирование

Процесс переаминироваиия, подробно описанный в предыдущей главе, первоначально был обнаружен в печени. Пиридокеальфое-фатзависимый фермент, называемый аминотрансферазой, катализирует реакцию

??,

I

R—СН—СООН + ?-кетоглутаровая кислота < > < > R—СО—СООН -}- глутаминовая кислота

В каждом случае одной из участвующих в реакции аминокислот является глутамат. Известно большое число аминотрансфераз; в название каждого фермента входят наименования двух участвующих в процессе аминокислот, например тирозин-глутамат — аминотрансфераза. Во многих случаях аминотрансферазы специфичны по отношению к одной сопряженной паре субстратов — а-кетоглута-рат-ь-глутамат; при этом специфичность ко второй сопряженной паре субстратов менее выражена. В таком случае в название фер-

882

III. МЕТАБОЛИЗМ

мента включают наименование аминокислоты, по отношению к которой фермент наиболее активен. За исключением лизина и треонина, все аминокислоты могут участвовать в переаминировании. Трансаминазы имеются в печени, почках, мышцах и мозге; наибольшая активность приходится на долю аспартат- и алянин-ами-нотрансфераз.

Аспарагин и глутамин, амиды аминокислот, также участвуют в реакциях переаминирования. Продуктами, образующимися из этих аминокислот, являются соответственно ?-кетосукцинамовая и ct-кетоглутарамовая кислоты, ?-амиды соответствующих «-кетокислот. Специфические ?-амидазы катализируют реакции освобождения аммиака:

Таким образом, ?-кетоглутарамат является нормальным компонентом тканей. При печеночной коме повышение уровня NH3 в крови приводит к увеличению образования глутамина (см. ниже). В мозге активность глутамин-аминотрансферазы относительно высока по сравнению с активностью ?-амидазы; .поэтому при печеночной коме в спинномозговой жидкости происходит накопление а-кетоглутара-мовой кислоты. У тех пациентов, у которых нет сопутствующего поражения печени, концентрация этого амида в спинномозговой жидкости ниже, что отражает важную роль печени в осуществлении реакций, ведущих к переходу аммиака в состав мочевины — конечного продукта метаболизма азота у млекопитающих (см. ниже).

Было показано, что как в цитозоле, так и в митохондриях ряд аминотранофераз, включая аспартат-, аланин- и глутамин-амино-.трансферазу, а также ?-амидазы находятся в виде изоферментных форм. Эти изоферменты проявляют различные каталитические и физико-химические свойства и субстратную специфичность. Изоферменты аспартатаминотрансферазы из митохондрий и цитозоля сердца свиньи имеют ??~90 00?, состоят из двух субъединиц примерно одинакового размера, однако различаются изоэлектрически-ми точками и аминокислотной последовательностью. Цитозольные аминотрансферазы обычно более активны, чем митохондриальные. В результате реакции переаминирования в цитозоле происходит образование глутамата. Последний поступает в митохондрии, где он либо подвергается дезаминированию при участии глутаматде-гидрогеназы (разд. 21.4.2.1), либо вступает в реакции переаминирования с шавелевоуксусной кислотой с образованием аспараги-

L-глутамин -\- ?-кетокислота < > ?-кетоглутарамовая кислота -{- L-а-аминокислота

(1)

?-амидаза

?-кетоглутарамовая кислота + Н20 -*¦

->- ?-кетоглутаровая кислота + ??3

(2)

2i. МЕТАБОЛИЗМ АМИНОКИСЛОТ. II

883

новой кислоты — донора аминогруппы при синтезе мочевины (разд. 21.4.3.4).

Константа равновесия для всех реакций переаминирования близка к 1. Следовательно, эти реакции не могут определять направление метаболических процессов. Ферменты переаминирования функционируют постоянно. Определенное направление процесс приобретает только при удалении из системы одного или более продуктов. Например, в простейшем случае в результате окисления ¦глутамата, приводящего к образованию ?-кетоглутарата и NH3 (см. ниже), и последующего превращения NH3 в мочевину в конечном счете происходит удаление ?-аминоазота донорных аминокислот и превращение последних в ?-кетокислоты, которые могут служить субстратами для других ферментов клетки. В другом случае, когда, например, животное находится на диете, содержащей только незаменимые аминокислоты, в результате действия соответствующих аминотрансфераз в условиях постоянного наличия во всех клетках оксалоацетата и пирувата (в результате функционирования гликолиза и цикла лимонной кислоты) будет происходить образование аспарагиновой кислоты и аланина; далее они будут либо использоваться для синтеза белка, либо поступать в систему циркуляции.

Если даже смесь поступающих с пищей аминокислот является оптимальной (такая смесь, однако, не описана), постоянно функционирующие аминотрансферазы приводят к быстрому обмену аминогрупп между аминокислотами, для которых имеются соответствующие трансферазы. О закономерности этого процесса свидетельствуют следующие данные: после введения аминокислоты, меченной i5N по ?-аминогруппе, метка i5N быстро появляется в ?-аминогруппах всех аминокислот, находящихся в печени, за исключением лизина и треонина.

Реальная скорость каждой из аминотрансферазных реакций в клетке определяется (как и в общем случае) только концентрациями субстратов и количеством соответствующего фермента; на концентрацию и активность специфических аминотрансфераз в печени сильное влияние могут оказывать некоторые гормоны. Так, скорость синтеза тирозинаминотрансферазы в печени может специфически увеличиваться после инъекции кортикостероидов (гл. 45), инсулина (гл. 46), глюкагона (гл. 46) или циклического AMP. Наоборот, введение крысам норадреналина (гл. 45) снижает повышенную активность тирозинаминотрансферазы, наблюдаемую при увеличении количества получаемого животными пиридокоина—кофактора фермента.

Процесс переаминирования обеспечивает перераспределение аминного азота. Это весьма важно, поскольку получаемая животными пища может служить источником такой смеси аминокислот, которая существенно отличается от оптимальной для метаболизма. Если, например, пища богата аланином и бедна аспарагиновой

884

III. МЕТАБОЛИЗМ

кислотой, то следующая пара реакций могла бы поставить азот, необходимый для образования аспарагиновой кислоты:

L-аланин -{- ?-кетоглутарат -г—ь пируват -f- L-глутамат (1) L-глутамат + оксалоацетат < > ?-кетоглутарат + L-аспартат (2) сумма: L-аланин -|- оксалоацетат < > пируват -(- L-аспартат

21.4.2. Образование в ходе метаболизма заменимых аминокислот

Образование в организме животного заменимых аминокислот из доступных соединений оказывается возможным в результате весьма простых метаболических реакций. Следует, однако, иметь в виду, что в обычных условиях животные, получающие с белками незаменимые аминокислоты, обеспечиваются одновременно также и заменимыми аминокислотами, и поэтому не возникает необходимости синтеза последних.

21.4.2.1. Глутаминовая кислота

Наличие в метаболическом пуле ?-кетоглутарата и высокая активность описанных выше обратимо действующих аминотрансфе-раз обеспечивают образование необходимого количества глутамата. Эта аминокислота образуется также в ходе метаболизма гистидина (рис. 23.12), пролина (разд. 23.2.2), 5-оксопролина (рис. 23.1), орнитина (разд. 23.2.2) и глутамина (разд. 23.2.3). Эти источники следует, однако, рассматривать как «кажущиеся», поскольку все перечисленные аминокислоты в свою очередь первоначально синтезировались из глутамата. Имеются также дополнительные источники глутамата, а именно восстановительное амини-рование ?-кетоглутарата, катализируемое глутаматдегидрогеназой (разд. 21.4.3.1), и глутаматсинтазная реакция (разд. 20.2.2). Эти процессы, приводящие к образованию глутамата, являются центральным звеном в метаболизме азота растений и микроорганизмов. Хотя они осуществляются также и у животных, однако в этом случае речь идет о «мнимом» источнике глутамата. Используемый для синтеза аммиак образуется преимущественно либо в результате противоположного процесса (т. е. окислительного дезаминирова-ния глутамата, разд. 21.4.3.1), либо в результате гидролиза глутамина, а последний в свою очередь образуется из глутамата. Следов