Ағзадағы басқа қоректік заттар сияқты белокты молекулалардың амин қышқылдарының аралық метаболизмі катаболикалық (соңғы өнімдерге дейін ыдырау) және анаболикалық (амин қышқылдарының биосинтезі) үдерістерді, сондай-ақ биологиялық белсенді заттардың түзілуімен бірге болатын басқа да ерекше айналулар қатарын қамтиды. Шартты түрде аралық метаболизмді амин қышқылдарының алмасудың жалпы жолдарына және жекелеген амин қышқылдарының жеке түрленуіне бөлуге болады.
Амин қышқылдарының алмасуының жалпы жолдары.
Амин қышқылдарының жалпы айналу жолдары дезаминдеу, трансаминдеу, декарбоксилдеу, биосинтез және рацемизация реакцияларын қамтиды. Рацемизация реакциялары физиологиялық рөлі жасушалық қабықшаны құру үшін аминқышқылдарының d-изомерлерінің синтезінде болатын микроорганизмдер үшін ғана тән.
· Дезаминдеу (аминотоптарды жою) — өз ферменттерімен катализацияланатын реакциялардың төрт түрі бар:
1. Қалпына келтіру дезаминолау ( +2H+)
2. Гидролитикалық дезаминдеу (+Н2О)
3. Молекулаішілік дезаминдеу
4. Тотығу дезаминдеу (+1/2 О2)
Барлық жағдайларда NH2 — амин қышқылдары тобы аммиак түрінде босатылады. Аммиактан басқа дезаминдеу өнімдері май қышқылдары, тотықышқылдар және кетоқышқылдар болып табылады. Жануарлар үшін тіндердің, өсімдіктердің және микроорганизмдердің көпшілігі үшін реакциялардың басым түрі-колекулярлық дезаминдеуге ұшырайтын гистидинді қоспағанда, амин қышқылдарының тотығу дезаминденуі болып табылады.
Жануарлардың тіндері мен бауырында реакциялардың аталған төрт түрінен және олардың катализдейтін ферменттерінен басқа, сондай — ақ сериннің, треониннің және цистеиннің тотықпайтын дезаминденуін катализдейтін үш ерекше фермент (серин-және треониндегидратаза және цистатионин — γ-лиаза) ашылды. Олар пиридоксаль-фосфаттың кофермент ретінде болуын талап етеді. Реакцияның соңғы өнімдері пируват және α — кетобутират, аммиак және күкіртсутек болып табылады.
* Трансаминирлеу-аминотоптың (NH2) амин қышқылынан α-кетоқышқылға аммиактың аралық түзілуінсіз (глутамат+ пируват =
a-ketoglutarat + аланин). Бұл реакциялар алғаш рет 1937 жылы ашылды. А. Е. Браунштейн және М. Г. Крицман. Трансаминирлеу реакциялары барлық тірі организмдер үшін кері және әмбебап болып табылады,олар арнайы ферменттердің қатысуымен өтеді – аминотрансфераз (трансамниназ). Теориялық реакциялар кез келген амино — және кетоқышқыл арасында болуы мүмкін, бірақ серіктестердің бірі дикарбон амино — немесе кетоқышқыл болып табылса, олар өте қарқынды өтеді. Амниотоптарды тасымалдауда трансминаз – пиридоксальфосфат (В6 витаминінің туындысы) коферметіне белсенді қатысады. Трансаминирлеу реакциялары үшін жалпы механизм тән. Реакция ферменттері аминотоптың ауысуын α-кетоқышқылға емес, коферментке катализациялайды; пайда болған аралық қосылыс (шиффты негіз) α-кетоқышқыл мен пиридоксамнофосфаттың босатылуына әкелетін молекулалық түрленуге ұшырайды. Сол сатыдан кейін жаңа амин қышқылы мен пиридоксальфосфат синтезіне әкеледі.
* Декарбоксилдеу-СО2 түріндегі карбоксильді топтың ыдырауы, түзілетін реакция өнімдері биогенді аминдер деп аталады,олар көптеген функцияларға күшті фармакологиялық әсер етеді. Бұл реакциялар қайтымсыз болып табылады, олар арнайы ферменттер – аминокмлоттың декарбоксилазаларымен катализациялайды — кофермент ретінде пиридоксальфосфат ( гистидиндекарбоксилазадан және аденозилдекарбоксилазадан басқа – кофермент ретінде пирожүзім қышқылының қалдығы бар). Тірі организмдерде амин қышқылдарының декарбоксилденуінің төрт түрі бар.
1. α-декарбоксилдеу-жануарлардың тіндеріне тән: амин қышқылдарынан α-көміртекті атомнан көршілес карбоксиль тобы ыдырайды.
2. ω-декарбоксилдеу-микроорганизмдерге тән
3. трансаминирлеу реакциясымен байланысты декарбоксилдеу. Альдегид және бастапқы кетоқышқылға сәйкес жаңа аминқышқылдары пайда болады.
4. Екі молекуланың конденсациясы реакциясымен байланысты декарбоксилдеу:
Ағзадағы аммиакты залалсыздандыру.
Адам ағзасында тәулігіне 70 г амин қышқылдарының ыдырауына ұшырайды: бұл ретте жоғары уытты қосылыс болып табылатын аммиактың көп мөлшері босатылады. Сондықтан аммиактың крнцентрациясы төмен деңгейде сақталуы тиіс (қалыпты жағдайда оның деңгейі 60 мкмоль/л аспайды). Аммиак концентрациясы 3 ммоль/л ұшу болып табылады.
Мидағы, торқабықтағы, бүйрек пен бұлшықеттегі аммиакты байланыстыру және залалсыздандыру жолдарының бірі-глутамин биосинтезі( және, мүмкін, аспарагина). Глутамин мен аспарагин несеппен аз мөлшерде бөлінгендіктен, олар улы емес түрде аммиакты тасымалдау функциясын орындайды деген болжам айтылды.
Аммиактың бір бөлігі глутаматдегидрогеназды реакцияның қайтымдылығының арқасында α-кетоглутар қышқылымен оңай байланысады; глутамин синтезінде тағы 1 молекула байланысады, т. б. аммиактың екі молекуласы бейтараптандырылады:
Зәр шығарудың орнитинді циклі.
Ағзадағы аммиакты залалсыздандырудың негізгі механизмі несепнәр биосинтезі болып табылады (негізінен бауырда).Ол ақуыздың негізгі соңғы өнімі ретінде несеппен шығарылады, тиісінше амин қышқылдық алмасу. Зәр азотының 80-85% — на дейін несепнәр үлесіне келеді. Несепнәр синтезінің реакциялары Кребстің зәр түзілуінің орнитиндік циклінің атауын алған цикл түрінде берілген.
* Бірінші кезеңде карбамоилфосфат макроэргиялық қосылысы синтезделінеді-бұл басқа да азотты қосылыстарды синтездеу үшін бастапқы өнім ретінде пайдаланылатын аммиактың метаболикалық белсенді нысаны.
* Несеп шығару циклінің екінші кезеңінде карбамоилфосфат және орнитин конденсациясы пайда болады
цитриллин; реакция орнитинкарбамоилтрансферазаны катализдейді:
Келесі кезеңде цитруллин аргининге біртіндеп өтетін екі реакцияның нәтижесінде айналады. Олардың біріншісі, энергияға тәуелді, цитруллин мен аспаргин қышқылының конденсациясына, аргиносукцинат түзіледі (бұл реакция аргиносукцинат-синтетаза катализациялайды). Аргинининсукцинат аргинин мен фумаратқа аргиносукцинат-лиазаның әсерімен екінші реакцияда ыдырайды.
Соңғы кезеңде аргинин аргиназаның әсерінен несепнәр мен орнитинге ыдырайды. Аралық өнімдерді есепке алмай несепнәр синтезінің жиынтық реакциясы:
Бұл энергетикалық тиімді реакция, сондықтан процесс несепнәр синтезі бағытында жүреді.
Азот тепе-теңдік жағдайында адам ағзасы тәулігіне шамамен 15 г азот бөледі; несеппен экскреттелетін азот мөлшерінен несепнәр үлесіне шамамен 85% , креатининге-шамамен 5%, аммоний тұздарына – 3%, зәр қышқылына-1% және басқа түрлерге-шамамен 6% келеді.
Азот алмасу түрлері. А м м о н и о т е л и ч е с к и й т и п , бұл кезде азот алмасуының негізгі соңғы өнімі балықтарға тән аммиак болып табылады. У р е о т е л и ч е с к и й т и п алмасу — ақуыз алмасудың негізгі соңғы өнімі несепнәр болып табылады, адам мен жануарларға тән. У р и к о т е л и ч е с к и й т и п — алмасудың негізгі соңғы өнімі несеп қышқылы болып табылады, құстар мен рептилияларға тән.