Механизм образования и классификация
Синтез биогенных аминов происходит путем декарбоксилирования — отщепления $\alpha$-карбоксильной группы от исходной аминокислоты или ее производного. Реакция идет с выделением углекислого газа ($CO_2$). В этом процессе участвуют ферменты декарбоксилазы, которым для работы необходим кофермент — пиридоксальфосфат (ПФ).
По своим биологическим функциям биогенные амины делятся на три основные группы:
- Нейромедиаторы (обеспечивают передачу нервных импульсов) — серотонин, дофамин, ГАМК.
- Гормоны (регулируют системные процессы) — адреналин (синтезируется в мозговом веществе надпочечников).
- Регуляторы местного действия (тканевые гормоны) — гистамин.
Гамма-аминомасляная кислота (ГАМК)
ГАМК синтезируется в нервных клетках и является основным тормозным медиатором в центральной нервной системе.
Предшественником ГАМК выступает глутамат (глутаминовая кислота). Под действием фермента глутаматдекарбоксилазы и кофермента ПФ от глутамата отщепляется $CO_2$, образуя ГАМК.
В клинической практике активно используются препараты на основе ГАМК (например, Гаммалон и Аминалон). Их назначают пациентам при травмах головного мозга, умственной отсталости, нарушениях мозгового кровообращения и эндогенных депрессиях.
Синтез ацетилхолина
Ацетилхолин также относится к биогенным аминам, а его образование протекает в нервной ткани в несколько этапов:
- Сначала аминокислота серин подвергается декарбоксилированию (фермент — сериндекарбоксилаза с коферментом ПФ) до этаноламина.
- Затем этаноламин метилируется при помощи этаноламинметилтрансферазы. Донором метильной группы выступает SAM (S-аденозилметионин). В результате образуется холин.
- На финальном этапе холинацетилтрансфераза соединяет холин и Ацетил-КоА, образуя ацетилхолин.
Важно: при нарушении образования ацетилхолина в синапсах развивается тяжелая патология — миастения (выраженная мышечная слабость).
Обмен серотонина
Серотонин — это нейромедиатор проводящих путей, который часто называют «гормоном удовольствия». Он синтезируется в гипоталамусе, надпочечниках и тучных клетках.
Исходным субстратом служит аминокислота триптофан. Процесс идет в два шага:
- Гидроксилирование триптофана с участием кислорода и тетрагидробиоптерина ($H_4БП$) до 5-гидрокситриптофана.
- Декарбоксилирование полученного продукта до серотонина.
Серотонин оказывает множество физиологических эффектов: регулирует артериальное давление, температуру тела и дыхание, сужает сосуды, стимулирует сокращение гладкой мускулатуры и усиливает перистальтику кишечника. Также он выделяется из тучных клеток, участвуя в аллергических реакциях.
Инактивация биогенных аминов
Чтобы действие биогенных аминов не было бесконечным, организм должен их инактивировать. Это происходит двумя путями:
1. Метилирование Характерно для гистамина, адреналина и норадреналина. Реакцию катализируют метилтрансферазы, а метильную группу отдает SAM. Например, адреналин превращается в метиладреналин путем замены водорода гидроксильной группы в кольце на метильный радикал (-O-CH$_3$).
2. Окислительное дезаминирование Характерно для дофамина, серотонина, ГАМК и норадреналина. Работают ферменты моноаминооксидазы (МАО) с коферментом FAD. Биогенный амин теряет аммиак ($NH_3$), превращается в альдегид, а затем окисляется до кислоты. Эти кислоты в итоге просто выводятся почками.
Примечание: ГАМК может инактивироваться и другим путем — трансаминированием до сукцината, который затем сгорает в цикле трикарбоновых кислот (цикле Кребса).
Коротко: ответы на вопросы по теме
Из какой аминокислоты синтезируется гистамин и при помощи какого фермента?
Гистамин синтезируется из аминокислоты гистидин при помощи фермента гистидиндекарбоксилазы.
Процесс образования гистамина включает следующие характеристики:
- Реакция синтеза — декарбоксилирование гистидина, в результате которого выделяется углекислый газ ($CO_2$).
- Кофермент реакции — пиридоксальфосфат (ПАЛФ, витамин $B_6$).
- Локализация процесса — синтез происходит в тучных клетках (мастоцитах) соединительной ткани, базофилах, клетках желудка и нейронах.
Образующийся биогенный амин выполняет функции медиатора воспаления и аллергических реакций, а также выступает в роли пищеварительного гормона и нейромедиатора.
Каковы этапы и ферменты синтеза катехоламинов (дофамина, норадреналина, адреналина) из тирозина?
Синтез катехоламинов из тирозина происходит в четыре этапа с участием специфических ферментов.
- Этап 1 (Тирозин → ДОФА) — катализируется ферментом тирозингидроксилазой (кофакторы: $H_4БП$, $Fe^{2+}$, $O_2$).
- Этап 2 (ДОФА → Дофамин) — катализируется ферментом ДОФА-декарбоксилазой (кофактор: ПФ, выделяется $CO_2$).
- Этап 3 (Дофамин → Норадреналин) — катализируется ферментом дофамингидроксилазой (кофакторы: витамин С, $O_2$).
- Этап 4 (Норадреналин → Адреналин) — катализируется ферментом метилтрансферазой, где донором метильной группы выступает SAM (S-аденозилметионин).
Какие коферменты необходимы для двух этапов синтеза серотонина из триптофана?
Для двух этапов синтеза серотонина из триптофана необходимы коферменты тетрагидробиоптерин и пиридоксальфосфат.
- Первый этап (гидроксилирование) — превращение триптофана в 5-гидрокситриптофан при участии фермента триптофангидроксилазы. Коферментом в этой реакции выступает тетрагидробиоптерин ($H_4$БП).
- Второй этап (декарбоксилирование) — превращение 5-гидрокситриптофана в серотонин под действием декарбоксилазы ароматических аминокислот. Коферментом для данного фермента является пиридоксальфосфат (ПАЛФ, витамин B6).
Чтобы легко запомнить исходные аминокислоты главных медиаторов, используйте парные ассоциации: ГАМК из Глутамата (Г-Г), Серотонин из Триптофана (С-Т), Ацетилхолин из Серина (А-С).
Вопросы с занятий и экзамена
Из какой аминокислоты образуются дофамин и норадреналин?
Дофамин, норадреналин и адреналин относятся к группе катехоламинов. Их общим предшественником является аминокислота тирозин.
В чем разница между МАО и метилтрансферазами?
Это ферменты разных путей инактивации. МАО (моноаминооксидазы) отщепляют аммиак и окисляют амин до кислоты, а метилтрансферазы присоединяют метильную группу от SAM, меняя структуру амина и лишая его активности.
Зачем в реакциях метилирования нужен SAM?
SAM (S-аденозилметионин) выступает в роли универсального донора метильной группы. Отдав ее, он превращается в SAГ (S-аденозилгомоцистеин).
Что ещё разобрать по теме
- Синтез меланинов в коже
- Синтез иодтиронинов в щитовидной железе
- Подробный механизм окислительного дезаминирования биогенных аминов
- Полный цикл превращений S-аденозилметионина (SAM)
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Биогенные амины» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Обмен аминокислот»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.