Синтез аминокислот: предшественники и реакции

Условно заменимые аминокислоты

Некоторые аминокислоты не могут быть синтезированы из обычных углеводов или жиров, так как требуют специфических углеродных структур. Они образуются исключительно из незаменимых аминокислот, поступающих с пищей. К этой группе относятся:

Тирозин — синтезируется путем гидроксилирования незаменимого фенилаланина.
Цистеин — для его образования необходим незаменимый метионин, который выступает донором серы.

Бесплатный видеоурокПодагра: синтез и катаболизм пуринов, гиперурикемия, аллопуринолБесплатный видеоурокТироксин и кортизол: синтез, мишени, регуляция гипофизом

Предшественники заменимых аминокислот

Заменимые аминокислоты строятся на базе метаболитов углеводного обмена (гликолиза и цикла Кребса). Процесс их образования обычно включает перенос аминогруппы на кетокислоту.

Ключевые соответствия предшественников и продуктов:

Аланин. Образуется из пирувата в результате реакции трансаминирования, которую катализирует фермент аланинаминотрансфераза (АЛТ).
Аспарагин. Синтезируется из аспартата путем амидирования, где источником дополнительной аминогруппы служит глутамин.
Пролин. Его молекула формируется из глутамата, промежуточным этапом выступает образование полуальдегида глутамата.
Серин. Источником для его биосинтеза является промежуточный продукт гликолиза — 3-фосфоглицерат. Сам серин в дальнейшем может служить строительным материалом для синтеза глицина и цистеина.

Проверьте себя по темеЗадания из банка курса «Биохимия» — ответ и разбор сразу.

Регенерация аспартата и источники азота

Аспартат активно используется в метаболических путях, например, в орнитиновом цикле мочевинообразования. После отщепления азота углеродный скелет высвобождается в виде фумарата.

Восстановление пула аспартата идет по следующей цепочке: фумарат превращается в малат, а затем окисляется до оксалоацетата. На финальном этапе происходит трансаминирование оксалоацетата. Главным донором $NH_2$-группы в этой реакции служит глутамат. Если запас глутамата истощается, азот может поступать от других аминокислот, которые предварительно передают свои аминогруппы на альфа-кетоглутарат, пополняя общий пул глутамата.

Расчет биосинтеза аспартата из глюкозы

Рассмотрим многостадийный процесс образования аспартата на примере расщепления 6 моль глюкозы. Процесс включает три основных этапа:

1. Аэробный гликолиз При расщеплении глюкозы образуется пируват. Стехиометрия реакции такова, что из 1 моль глюкозы получается 2 моль пирувата, 2 моль АТФ и 2 моль НАДН. Следовательно, из 6 моль глюкозы синтезируется 12 моль пирувата.

2. Карбоксилирование пирувата Пируват превращается в кетоаналог аспартата — оксалоацетат. Реакция идет с затратой АТФ и присоединением углекислого газа под действием фермента пируваткарбоксилазы. Важнейшим коферментом этой реакции является биотин. Из 12 моль пирувата образуется ровно 12 моль оксалоацетата.

3. Трансаминирование Оксалоацетат взаимодействует с глутаматом, образуя аспартат и альфа-кетоглутарат. Реакцию катализирует аспартатаминотрансфераза (АСТ). Для работы этого фермента требуется кофермент пиридоксальфосфат (активная форма витамина B6). В итоге из 12 моль оксалоацетата получается 12 моль аспартата.

Коротко: ответы на вопросы по теме

Какой фермент катализирует реакцию образования аспарагина из аспартата?

Реакцию образования аспарагина из аспартата катализирует фермент аспарагинсинтетаза. Этот фермент относится к классу лигаз (синтетаз) и осуществляет реакцию амидирования. Он использует энергию АТФ для образования химической связи, при этом процесс сопровождается гидролизом АТФ до АМФ и пирофосфата. Субстратами реакции являются аспартат и глутамин, где глутамин выступает непосредственным донором амидной группы для синтеза новой аминокислоты.

Какие ферменты участвуют в превращении фумарата в оксалоацетат при регенерации аспартата?

В превращении фумарата в оксалоацетат в цикле регенерации аспартата участвуют два фермента:

Фумараза — катализирует реакцию гидратации фумарата с образованием малата.
Малатдегидрогеназа — осуществляет окисление малата до оксалоацетата (с одновременным образованием NADH).

Данные реакции происходят в цикле трикарбоновых кислот и обеспечивают постоянное образование оксалоацетата, который затем путем трансаминирования снова превращается в аспартат.

Какой фермент и какой кофермент участвуют в синтезе глицина из серина?

В синтезе глицина из серина участвует фермент сериноксиметилтрансфераза, а в качестве кофермента выступает тетрагидрофолиевая кислота ($H_4$-фолат). В ходе катализируемой реакции тетрагидрофолат присоединяет к себе $\beta$-углеродный атом серина, образуя метилен-$H_4$-фолат. За счет этого специфического пути обмена отщепляется углеродный фрагмент и молекула серина успешно превращается в глицин и воду.

Как запомнить

Чтобы запомнить предшественников условно заменимых аминокислот, используйте фразу: «ФеТ МеЦ» (Фенилаланин дает Тирозин, Метионин дает Цистеин).

Вопросы с занятий и экзамена

Из какого вещества образуется серин?

Серин синтезируется из 3-фосфоглицерата, который является промежуточным метаболитом процесса гликолиза.

Какие витамины нужны для синтеза аспартата из пирувата?

Требуются биотин (для работы пируваткарбоксилазы на этапе образования оксалоацетата) и витамин B6 в виде пиридоксальфосфата (для фермента АСТ при трансаминировании).

Что выступает донором азота при образовании аспарагина?

В реакции амидирования аспартата донором аминогруппы выступает глутамин.

Что-то непонятно? Спросите нейросетьAI-тьютор прочитал материал по теме «Синтез аминокислот» и объяснит простыми словами.