Обмен аргинина

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Челябинская Государственная медицинская академия

Кафедра биологической химии

Курсовая работа

По Биологической химии

На тему: «Обмен аргинина»

Челябинск 2012

Общие данные

Аргинин или б-амино-д-гуанидиновалериановая кислота - является алифатической основной б-аминокислотой.

Рис. 1

Аргинин встречается в виде L- и D-изомеров. L-Аргинин входит в состав пептидов и белков, особенно высоко содержание аргинина в основных белках - гистонах и протаминах (до 85 %).

Химические свойства.

Аминогруппа Карбоксильная группа

Гуанидиновая группа

Рис. 2

Аргинин является основной аминокислотой, несущей два основных центра: аминогруппу в б-положении и гуанидиновую в д-положении и один кислотный центр - карбоксильную группу в б-положении. Гуанидиновая группа благодаря резонансной делокализации заряда при протонировании является сильно основной (pKa 12.48), находится в протонированной катионной форме при pH < 10 и способна образовывать множественные водородные связи.

Для человека аргинин является полузаменимой аминокислотой, когда, например, для курицы или лосося - незаменимой.

Внутриклеточный обмен аргинина

Аргинин может вступать в два процесса внутриклеточного обмена аминокислот: трансдеаминирование и трансаминирование.

Трансдезаминирование.

Первый этап заключается в обратимом переносе NH2-группы с аргинина на кетокислоту (А-кетоглутарат) с образованием новой аминокислоты (глутамата) и новой кетокислоты (аналога аргинина) - этот перенос называется трансаминирование.

Второй этап состоит в отщеплении аминогруппы от глутамата - дезаминирование. Второй этап проходит под действием фермента - глутаматдегидрогеназы.

В организме коллектором всех аминокислотных аминогрупп является глутаминовая кислота, и только она подвергается окислительному дезаминированию с образованием аммиака и б-кетоглутаровой кислоты. Фермент глутаматдегидрогеназа имеется в митохондриях всех клеток организма, кроме мышечных.

Учитывая тесную связь обоих этапов (трансаминирование и дезаминирование), непрямое окислительное дезаминирование называют трансдезаминирование.

Рис. 3

Трансаминирование аргинина

Под трансаминированием в данном случае подразумевается реакции межмолекулярного переноса аминогруппы (NH2-) от аргинина на А-кетоглутарат без промежуточного образования аммиака.

Специфичность трансаминаз обеспечивается белковым компонентом. Ферменты трансаминирования катализируют перенос NH2-группы не на А-кетоглутарат, а сначала на кофермент пиридоксальфосфат и образуется промежуточное соединение - пиридоксаминфосфат и аналог аргинина.

Пиридоксаминфосфат реагирует с А-кетоглутаратом (происходит перенос NH2-группы на А-кетоглутарат) и в итоге образуется новая аминокислота - глутамат.

Рис. 4

Участие в цикле синтеза мочевины (орнитиновый цикл)

Аргинин является одним из ключевых метаболитов в процессах азотистого обмена (синтез мочевины).

Наземные позвоночные, в том числе человек, выделяют лишь небольшое количество аммиака.

Аммиак - очень токсичное соединение, особенное для нервных клеток. При накоплении его возникает возбуждение нервной системы. Поэтому в тканях существуют механизмы его обезвреживания. Одним из них это синтез мочевины. Она образуется в результате циклической последовательности реакций, протекающих в печени.

В прошлом веке русские ученые Ненский и Салазкин показали, что в печени происходит образование мочевины из аммиака и углекислоты. Кребс и Гензенлейт установили, что синтез мочевины представляет собой циклический процесс, в котором каталитическую роль играет орнитин. Коген и Ратнер выяснили, что начальной реакцией этого цикла является синтез карбамоилфосфата.

Этапы цикла синтеза мочевины

Атомы азота берутся из свободного аммиака и за счет дезаминирования аспартата, карбонильная группа - из гидрокарбоната.

На первм этапе из гидрокарбоната (НСО3-) и аммиака с потреблением 2 молекул АТФ образуется карбамоилфосфат. Как ангидрид это соединение обладает высоким реакционным потенциалом.

Далее под действием орнитинкарбамоилтрансферазы карбамоильная группа карбамоилфосфата переносится на б-аминокислоту орнитин, и образуется другая б-аминокислота - цитруллин

В следующей реакции аргининосукцинатсинтетаза связывает цитруллин с аспартатом и образует аргининосукцинат (аргининоянтарную кислоту). Этот фермент нуждается в ионах Mg2+. В реакции затрачивается 1 молекулу АТФ, но используется энергия двух макроэргических связей. Аспартат - источник второго атома азота мочевины

Далее фермент аргининосукцинатлиаза (аргининосукциназа) расщепляет аргининосукцинат на аргинин и фумарат, при этом аминогруппа аспартата оказывается в молекуле аргинина.

Аргинин подвергается гидролизу под действием аргиназы, при этом образуются орнитин и мочевина. Кофакторами аргиназы являются ионы Са2+ или Мn2+. Высокие концентрации орнитина и лизина, являющихся структурными аналогами аргинина, подавляют активность этого фермента.

Образующийся орнитин взаимодействует с новой молекулой карбамоилфосфата, и цикл замыкается.

Схема цикла синтеза мочевины

Рис. 5

Таким образом, аргинин является важнейшим компонентом в синтезе мочевины.

Участие в биосинтезе креатина.

Креатин - азотсодержащая карбоновая кислота. Участвует в энергетическом обмене в мышечных и нервных клетках. 

В тканях человека и животных креатин синтезируется из трех аминокислот - аргинина, глицина и метионина. Синтез креатина идет в две стадии.

1-я стадия: образуется гуанидинуксусная кислота (гуанидинацетат) и орнитин из аргинина и глицина с участием фермента глицин-амидинотрансферазы:

2-я стадия: происходит метилирование гуанидинуксусной кислоты с участием гуанидинацетат-метилтрансферазы. Донором метинильных групп является активная форма метионина - S-аденозилметионин:

Участие в синтезе оксида азота

В организме человека и млекопитающих оксид азота главным образом образуется в результате окисления гуанидиновой группы аминокислоты L-аргинина с одновременным синтезом другой аминокислоты цитруллина под влиянием фермента NO-синтазы. Фермент был назван синтазой, а не синтетазой, поскольку для его работы не требуется энергия АТФ

Рис. 6

Кроме L-аргинина NOS может использовать в качестве субстратов гомоаргинин, аргиниласпарагин, метиловый эфир аргинина, гуанидинотиолы. При недостатке субстрата в клетках или Н4Б фермент начинает восстанавливать кислород до супероксид радикала и перекиси водорода. Такие условия могут быть следствием как нарушения транспорта аминокислоты (в некоторых тканях она не синтезируется), так и недостатка в пище, поскольку синтез L-аргинина при этом в организме не увеличивается.

аргинин синтез мочевина креатин

Недостаток аргинина

Дефицит аргинина приводит к инфарктам, ослаблению организма, гипертонии, нарушению мозговой деятельности, преждевременному старению, замедлению роста детей, развитию диабета 2-го типа, при котором инсулинозависимые ткани становятся невосприимчивы к вводимому инсулину.

Содержание в продуктах питания

L-Аргинин встречается во многих продуктах питания, как животного, так и растительного происхождения. В таблице приведены данные по содержанию аргинина на 100 грамм продукта и указано содержание белка.

Применение

Лекарственные средства.

Аргинин присутствует в рецептуре гепатопротекторов, иммуномодуляторов, кардиологических препаратов, лекарственных препаратов для ожоговых больных, больных ВИЧ/СПИД, а также в рецептурах средств для парентерального питания в послеоперационный период. В последнее время лекарства с аргинином появились в геронтологии и онкологии.

Проводится тестирование L-аргинина в качестве средства терапии инсультоподобных эпизодов при митохондриальном заболевании - синдроме MELAS (Mitochondrial encephalomyopathy, lactic acidosis, and stroke-like episodes - «митохондриальная энцефаломиопатия, лактатацидоз, инсультоподобные эпизоды»)

Пищевые добавки.

Аргинин широко рекламируется как компонент БАД (Биологически активные добавки) для бодибилдеров и спортсменов- тяжёлоатлетов с целью улучшения питания мышц, и пожилых людей для улучшения эректильной функции.

Список литературы

1. А.А. Сосунов «Оксид азота как межклеточный посредник». Московский государственный университет им. Н.П. Огарева, Саранск.

2. В.А. Володин «Энциклопедия» Москва, 2000.

3. Реутов В.П. «Цикл окиси азота в организме млекопитающих.// Успехи биол. химии. 1995. Т.35. С. 189-228.

4. Н.П. Дмитренко, Д.О. Кишко, С.Г. Шандренко «Украинский химиотерапевтический журнал» - №1-2 (22) - 2008.

5. Овчинников Ю.А. Биоорганическая химия / Ю.А. Овчинников. - М.: Просвещение, 1987.

6. Нейланд О.Я. Органическая химия.- М., 1990.

7. http://www.xumuk.ru

Размещено на Allbest.ru