Основной путь: превращение в тирозин
До 80% пищевого фенилаланина, не израсходованного на построение тканевых белков, подвергается гидроксилированию.
- Субстраты: Фенилаланин, кислород ($O_2$) и кофермент тетрагидробиоптерин ($H_4БП$).
- Фермент: Фенилаланингидроксилаза (монооксигеназа), требующая ионов железа ($Fe^{2+}$).
- Продукты: Тирозин, вода и дигидробиоптерин ($H_2БП$).
Образовавшийся тирозин является условно заменимой аминокислотой, так как животные клетки не могут самостоятельно синтезировать ароматическое кольцо. В ходе реакции кофермент окисляется до $H_2БП$, и для его восстановления необходим фермент дигидробиоптеринредуктаза, использующий $NADPH+H^+$.
Основные пути использования тирозина
Дальнейшая судьба тирозина зависит от типа ткани, в которой он оказался:
- В печени (энергетический обмен). Тирозин теряет аминогруппу (фермент тирозинаминотрансфераза + витамин $B_6$), превращаясь в п-гидроксифенилпируват. После ряда сложных реакций, включающих разрыв ароматического кольца диоксигеназами, образуются фумарат (идет в цикл Кребса или на синтез глюкозы) и ацетоацетат (кетоновое тело).
- В меланоцитах (пигментация). С участием фермента тирозиназы и ионов меди ($Cu^+$) тирозин окисляется до ДОФА, а затем превращается в пигменты меланины.
- В щитовидной железе. Служит предшественником тиреоидных гормонов — йодтиронинов.
- В нервной ткани и надпочечниках. Используется для синтеза катехоламинов.
Синтез катехоламинов
Синтез протекает в нервных окончаниях и мозговом веществе надпочечников.
Лимитирующей стадией является первая реакция — образование ДОФА из тирозина. Ее катализирует тирозингидроксилаза, которая жестко регулируется: тормозится конечным продуктом (норадреналином) и активируется фосфорилированием (цАМФ-зависимой протеинкиназой) или кортизолом.
Этапы синтеза:
- Тирозин → ДОФА. Фермент: тирозингидроксилаза ($H_4БП$, $O_2$, $Fe^{2+}$).
- ДОФА → Дофамин. Фермент: ДОФА-декарбоксилаза (кофактор — пиридоксальфосфат). Происходит выделение $CO_2$.
- Дофамин → Норадреналин. Фермент: дофамингидроксилаза (кофакторы — витамин С, медь, $O_2$).
- Норадреналин → Адреналин. Фермент: метилтрансфераза. Донором метильной группы выступает S-аденозилметионин (SAM).
Наследственные энзимопатии
Нарушения в обмене этих аминокислот приводят к тяжелым заболеваниям:
- Фенилкетонурия (ФКУ). Возникает при дефекте фенилаланингидроксилазы (классическая форма) или нарушении обмена $H_4БП$ (вариантная). Фенилаланин направляется по альтернативному пути с образованием токсичных фенилпирувата и фениллактата. Это вызывает поражение мозга и судороги.
- Алкаптонурия. Поломка диоксигеназы гомогентизиновой кислоты. Проявляется потемнением мочи на воздухе и отложением пигмента в хрящах (охроноз).
- Тирозиноз (Тирозинемия I типа). Дефект фумарилацетоацетатгидролазы, ведущий к тяжелому поражению печени и почек.
- Альбинизм. Блокада тирозиназы в меланоцитах, из-за чего кожа, волосы и радужка лишены пигмента меланина.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие конкретно тиреоидные гормоны синтезируются из тирозина?
Из тирозина в щитовидной железе синтезируются тиреоидные гормоны группы йодтиронинов. В составе белка тиреоглобулина образуются следующие активные гормоны:
- Тироксин ($T_4$ или тетрайодтиронин) — образуется в результате конденсации двух молекул дийодтиронина (ДИТ).
- Трийодтиронин ($T_3$) — образуется при конденсации моноиодтиронина (МИТ) и дийодтиронина (ДИТ).
Процесс синтеза включает йодирование остатков тирозина под действием фермента тиреопероксидазы. Активна только свободная фракция гормонов в плазме, при этом основной клинический эффект дает $T_3$.
Какие промежуточные метаболиты образуются на пути от п-гидроксифенилпирувата до фумарата?
На пути катаболизма тирозина от п-гидроксифенилпирувата до фумарата последовательно образуются следующие промежуточные метаболиты:
- Гомогентизиновая кислота — образуется под действием фермента п-гидроксифенилпируватдиоксигеназы.
- Малеилацетоацетат — результат расщепления ароматического кольца диоксигеназой гомогентизиновой кислоты.
- Фумарилацетоацетат — продукт реакции изомеризации малеилацетоацетата.
В ходе финальной реакции фумарилацетоацетат подвергается гидролизу с образованием фумарата и ацетоацетата.
Какие токсичные дериваты фенилаланина накапливаются при фенилкетонурии?
При фенилкетонурии из-за блокады основного пути обмена накапливается сам фенилаланин и метаболиты его альтернативного пути — токсичные дериваты (фенилкетоны):
- Фенилпируват (фенилпировиноградная кислота) — первичный продукт трансаминирования фенилаланина.
- Фениллактат — продукт восстановления фенилпирувата.
- Фенилацетат — продукт декарбоксилирования.
- Фенилацетоуксусная кислота.
- Фенилацетилглутамин — образуется путем конъюгации фенилацетата с глутамином.
Высокие концентрации данных веществ оказывают токсическое действие на клетки мозга, нарушая развитие центральной нервной системы.
Для запоминания пути образования катехоламинов используйте фразу: «Тихо Делает Дело Наш Агент» (Тирозин → ДОФА → Дофамин → Норадреналин → Адреналин).
Вопросы с занятий и экзамена
Почему фенилаланин и тирозин называют глюкокетогенными?
В процессе их распада в печени образуется фумарат, который может использоваться для синтеза глюкозы, и ацетоацетат — типичное кетоновое тело.
Чем опасен дефицит кофермента тетрагидробиоптерина?
Он нужен для работы гидроксилаз. Его недостаток нарушает обмен не только фенилаланина, но и тирозина с триптофаном, блокируя синтез катехоламинов и серотонина в мозге (злокачественная ФКУ).
Что происходит при алкаптонурии?
Из-за генетического дефекта диоксигеназы гомогентизиновой кислоты прерывается расщепление ароматического кольца. Кислота накапливается в организме, полимеризуется в тканях и окрашивает мочу в темный цвет на воздухе.
Что ещё разобрать по теме
- Механизмы регенерации тетрагидробиоптерина дигидробиоптеринредуктазой
- Специфичность ферментов-диоксигеназ при расщеплении ароматических колец
- Альтернативные пути метаболизма при классической фенилкетонурии
- Роль S-аденозилметионина в метилировании норадреналина
- Аллостерическая и ковалентная регуляция тирозингидроксилазы
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Обмен фенилаланина и тирозина» 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.