Декарбоксилирование аминокислот

Одним из путей превращения аминокислот в клетках различных органов и тканей является их декарбоксилирование. Известно несколько вариантов декарбоксилирования, встречающихся на разных уровнях организации живых систем.

У человека работают два основных варианта декарбоксилирования:

· альфа-декарбоксилирование аминокислот (образуются биогенные амины)

· декарбоксилирование, связанное с конденсацией двух молекул, одной из которых является аминокислота.

 Последний вариант декарбоксилирования встречается, например, на одном из этапов синтеза гема.

α – Отщепление CO₂ от аминокислот катализируются ферментами декарбоксилазами, простетическими группами которых является фосфопиридоксаль (витамин В6). В условиях клеток эти реакции необратимы. Декарбоксилированию подвергаются далеко не все аминокислоты, а лишь те из них, при декарбоксилировании которых образуются биологически активные соединения,

 

 

выполняющие в организме функции или биорегуляторов, или нейромедиаторов. Вся эта группа соединений получила название — биогенные амины.

 

Декарбоксилированию повергаются только те АК, при декарбоксилировании которых образуются биогенные амины

 

биогенные амины обладают высокой биологической активностью, поэтому после выполнения своих ф-ий они должны быть инактивированы

 

Общим путем инактивации биогенных аминов является их окислительное дезаминирование с участием ферментов моноаминоксидаз (МАО) или диаминоксидаз (ДАО):

Образующийся альдегид окисляется до соответствующей кислоты, а перекись водорода разрушается каталазой.

 

                                                                                                                                       

 

Перекись водорода разрушается каталазой

Альдегиды окисляются до жирных кислот, а затем подвергаются β-окислению 

 

Из аминокислоты гистидина в результате ее декарбоксилирования образуется гистамин:

 

 

Гистамин обладает выраженным сосудорасширяющим эффектом, он участвует в развитии воспалительных (медиатор воспаления), в том числе аллергических, реакций. Гистамин стимулирует выделение соляной кислоты желудк; в этом качестве он нашел применение в клинической лабораторной диагностике для установления причины нарушения секреции желудочного сока.

Инактивация гистамина идет или за счет его окислительного дезаминирования, или путем метилирования c образованием N₁-метилгистидина.

 

Аминокислота триптофан служит предшественником еще одного биологически важного амина — серотонина.

 

 

Триптофан окисляется ферментом триптофангидроксилазой до гидрокситриптофана, а затем гидрокситриптофан декарбоксилируется с образованием серотонина

 

Серотонин является нейромедиатором стволовой части мозга. При нарушении его обмена развивается галлюциногенный синдром. Ученые предполагают, что нарушение обмена серотонина вносит определенный вклад в развитие такого тяжелого заболевания как шизофрения.

Серотонин является также мощным сосудосуживающимсредством (сильный вазоконстриктор).

Серотонин является также предшественником гормона эпифиза мелатонина.

 

Инактивация серотонина идет или путем его окислительного дезаминирования, или же путем метилирования (ацетилирования) по аминогруппе.

 

Три биогенных амина образуются из аминокислоты тирозина: ДОФ-амин, норадреналин и адреналин. ДОФ-амин образуется в результате гидроксилирования и последующего декарбоксилирования тирозина:

 

 

ДОФ-амин образуется в результате гидроксилирования и последующего декарбоксилирования тирозина

· Дофамин является промежуточным продуктом при синтезе адреналина и норадреналина, он обладает выраженным сосудосуживающим действием.

· Кроме того, дофамин является нейромедиатором стволовой части мозга.

· Мощный вазоконстриктор

При нарушении его образования в мозговой ткани развивается тяжелое заболевание — паркинсонизм (болезнь Паркинсона), для лечения которого используют, например, такой прием как подсадку в мозг эмбриональных клеток, способных продуцировать дофамин.

При гидроксилировании дофамина образуется норадреналин, который при последующем метилировании превращается в адреналин:

 

 

Норадреналин и адреналин являются, во-первых, медиаторами симпатической нервной системы, во-вторых, гормонами мозгового вещества надпочечников. Оба обладают сильным сосудосуживающим эффектом.  

 

Адреналин –

· мощный стимулятор расщепления гликогена в мышцах

· стимуляция мобилизации гликогена в печени

· мощный стимулятор липолиза в жировой ткани

вся эта группа соединений получила название катехоламины

 

Инактивирование этих биогенных аминов осуществляется или путем их дезаминирования (дофамин и норадреналин) или же путем метилирования (адреналин, норадреналин), кроме того в их инактивации в печени участвуют процессы глюкуронирования.

Декарбоксилированию могут подвергаться и аминокислоты жирного ряда. Примером может быть альфа-декарбоксилирование глутаминовой кислоты:

 

Продукт этой реакции — гамма-аминомасляная кислота известна как соединение, обладающее выраженным тормозящим эффектом на центральную нервную систему и в этом качестве нашла применение для лечения некоторых заболеваний, связанных с резким возбуждением коры головного мозга.

Недостаток ГАМК связывается с эпилептическими припадками. Поэтому ее используют при лечении этого заболевания, а так же при гипертензии.

 

В ходе декарбоксилирования аминокислот орнитина образуются алифатические диамины путресцин, а лизин в кадаверин, а в ходе декарбоксилирования S-аденозилметионина образуется S-аденозилгомоцистеамин. Эти соединения используются при синтезе полиаминов спермина и спермидина, которые участвуют в упаковке ДНК (?) и регуляции процессов пролиферации. Алифатические амины инактивируются также путем их окисления под действием соответствующих моноаминоксидаз или диаминоксидаз.