Аминокислоты в организме человека

Дата создания: 2015/04/25

В количественном отношении белки занимают первое место среди всех содержащихся в живой клетке макромолекул; на их долю приходится не менее половины сухого веса клетки.Белки присутствуют во всех клетках, причем их можно найти в любой части клетки. Велико также и разнообразие белков; в одной клетке можно найти сотни различных видов этих макромолекул. Белки выполняют многообразные биологические функции, поскольку они служат молекулярными инструментами, с помощью которых генетическая информация находит свое реальное воплощение.

Ключ к пониманию структуры любого из всех этих различных белков дает небольшая группа довольно простых молекул, играющих роль строительных блоков. Этими блоками являются аминокислоты, которые послужили целью данной работы:«Расположить аминокислоты по мере усложнения их структуры. Построить молекулярно-организменную вертикаль и определить биологическое значение каждой из аминокислот».

Аминокислоты – это достаточно простые химические соединения, имеющие уникальную и неповторимую структуру. Эта структура усложняется при увеличении число углеродных атомов. У аминокислот есть соответствующие им одноосновные карбоновые кислоты, которые также усложняют свою структуру путём увеличения числа атомов углерода (уксусная, масляная, пропионовая и т.д.).Вследствие присоединения углерода удлиняется радикал и аминокислота начинает соответствовать одноосновной карбоновой кислоте, например Валин соответствует валериановой кислоте. Возможно, это связано с эволюционным развитием. На всех уровнях сохраняется функция структуры, т.е. способность структуры к специфическому взаимодействию с другой структурой. Аминокислоты контролируют состояние всего организма (молекулярно-организменная вертикаль), т.к. например гистамин является предшественником гистидина, следовательно, гистидин отвечает за гуморальную регуляцию.

Немало удивительно и то, что для построения белков, будь то белки из самых древних линий бактерий или высших организмов, используется один и тот же набор из 20 различных аминокислот, ковалентно связанных друг с другом в определенной, характерной только для данного белка последовательности. Каждая аминокислота благодаря специфическим особенностям боковой цепи наделена химической индивидуальностью и независимо от того на каком уровне расположена аминокислота, она сохраняет свое важнейшее свойство – гидрофильность и гидрофобность.

Точкой отсчета в любом биолого-медицинском исследовании должен быть принцип молекулярно-организменной вертикали, когда рассмотрение изучаемого объекта должно хотя бы мысленно завершаться представлением его биологической или функциональной целесообразности в понимании любой конкретной патологии. Эту проблему действительно профессионально ставит, пожалуй, только монография С.Роуза «От молекул к сознанию».

Именно поэтому нами была предложена лестница усложнения (а не классификация) строения аминокислот и белков, которая наглядно иллюстрирует шаговое экономное использование дополнительных элементов структуры для усложнения функции. На молекулярном уровне функция определена, как свойство структуры специфически взаимодействовать с другой структурой. Поэтому функциональный элемент – это участок специфического взаимодействия по существу комплементарных структур.

Структура статична, а функция динамична и оба понятия составляют сущностное единство. Поэтому термин «структурно-функциональный» подход имеет скорее традиционный смысла не фундаментальный оттенок и функциональный подход автоматически включает наличие необходимого структурного элемента. Более сложная структура имеет большие связи и более высокую функцию.

Структура белка повторяет тот же принцип вертикального построения элементарной основы для более многочисленного периферического взаимодействия. И каждый последующий уровень более обширен и многообразен для многочисленных контактов. И венцом такого построения является серое вещество разных отделов головного мозга и усложнение идет не по вертикали, а по периферии. Именно поэтому зародыши многих организмов на эмбриональном уровне очень похожи.

Путь от молекул к организму начинается с глицина. Это единственная аминокислота, радикал которой представлен атомом водорода. Вследствие этого ее очень удобно использовать в качестве стартового сырья для различных преобразований, сопровождающихся усложнением функциональной группы. Не менее важным качеством аминоуксусной кислоты является то, что он служит универсальный растворителем. Чтобы осознать его биологическую значимость, достаточно сделать следующий расчет:

• В организме взрослого здорового человека в среднем, содержится 25х1012 эритроцитов
• В одном эритроците сосредоточено 340х106 молекул гемоглобина
• В итоге легко сосчитать, что все эритроциты организма содержат около 850х1012 молекул гемоглобина
• Для биосинтеза одной молекулы гемоглобина необходимо затратить 8 молекул глицина
• В конечном счете, чтобы организм мог дышать необходимо около молекулы глицина, а это достаточно много! С учетом того, что эритроцитарный пул организм вынужден обновлять каждый 120 суток.

Помимо вышеперечисленного, глицин входит в состав белков и биологически активных соединений. Из него также синтезируются порфирины и пуриновые основания. Являясь нейромедиатром, оказывает «тормозное» воздействие на нейроны головного и спинного мозга, уменьшает выделение из нейронов «возбуждающих» аминокислот, таких, как глутаминовая кислота, и повышает выброс ГАМК.

Первый уровень

Для построения вторичной структуры белка наиболее предпочтительны аминокислоты с коротким радикалом: глицин, аланин и его производные.

Аланин. Может образовываться в результате присоединения СН- группы к глицину.

В конечном счете, аланин имеет радикал, представленный метильной группой - СН3. Аланин служит основным источником глюкозы в организме, при ее недостатке (глюконеогенез)

Большинство тканей организма в прямом смысле «дышат» за счет глюкозы (мозг дышит лишь за счет глюкозы!) и в виду этих обстоятельств ее уровень должен быть оптимален.

Глюкоза образуется путем отщепления аминогруппы от аминопропионовой кислоты и последующим ее замещением атома кислорода в пировиноградной кислоте (реакция трансаминирования, т.е. переноса аминогрупп). Катализируется ферментом аланинаминотрансаминазой (АЛТ). Этот процесс был назван глюкозо-аланиновым шунтом.

Серин. Гидроксиаминокислота, участвующая в образовании активных центров ферментов, обеспечивая их функцию. Фосфорилирование остатков серина в составе белков имеет важное значение в межклеточной передаче сигналов. α-амино-β-оксипропионовая кислота является исходным продуктом при синтезе пуриновых и пиримидиновых оснований. В случае дезаминирования серина образуется пировиноградная кислота, поступающая в Цикл Кребса.

Цистеин. Серосодержащая аминокислота, участвующая в процессах трансаминирования. Является мощным антиоксидантом. Служит исходным продуктом при биосинтезе глутатиона, который, в свою очередь, защищает клетки мозга и печени от пагубного действия алкоголя и других токсических веществ.

Гистидин. Наиболее важным качеством α-амино-β-имидазолилпропионовой кислоты является то, что она служит перкурсором при биосинтезе гистамина, а это и есть яркий пример доказательства молекулярно-организменной вертикали, когда молекула играет ключевую роль в функциональности организма.

Фенилаланин. Производное аланина, у которого один из атомов водорода заменен фенильной группой. Является одним из основных источников для синтеза тирозина, когда уменьшается его поступление с пищей. При его накоплении образуются токсические вещества, повреждающие нервную систему.

Тирозин. Индикаторная аминокислота, т.к. зачастую его остаток служит объектом атаки фосфорилирующих ферментов – протеинкиназ. Кроме того, тирозин - это предшественник в биосинтезе ряда важных биологически активных веществ, в том числе катехоламинов (дофамин, норадреналин, адреналин), тиреоидных гормонов и пигмента меланина.

Аспарагиновая кислота (Аспартат). Физиологическая роль:

• Ключевая роль в обмене азотистых веществ
• Критически важный субстрат для роста и размножения лейкозных клеток при некоторых видах лимфолейкоза
• Присутствует в организме как в составе белков, так и в свободном виде.

Сама кислота и ее соли используются, как компоненты лекарственных средств,(Аспаркам)

Второй уровень

Валин. Изовалериановая кислота служит исходным веществом в биосинтезе ниацина (витамина В3). Источник энергии в мышцах, препятствующий снижению уровня серотонина, тем самым оказывая непосредственное влияние на нейрогуморальную регуляцию. Повышает мышечную координацию. Защищает миелиновую оболочку, окружающую нервные волокна в головном и спинном мозге.

Треонин. Необходим для синтеза иммуноглобулинов и антител. Важная составляющая часть коллагена, эластина и протеина эмали. Регулирует передачу нервных импульсов. Исходная составляющая в биосинтезе цистина и таурина.

Метионин. Основной источник сульфура, который предотвращает расстройства в формировании волос, кожи и ногтей; способствует понижению уровня холестерина, усиливая выработку лецитина печенью. Участвует в выводе тяжелых металлов. Является донором метильных групп в биосинтезе холина, адреналина и др., а также источником серы при синтезе цистеина.

Глутамат (Глутаминовая кислота). Играет решающую роль в азотистом обмене. Является нейромедиаторной аминокислотой, одним из важных представителей класса «возбуждающих» аминокислот. Связывание аниона глутамата со специфическими рецепторами нейронов приводит к возбуждению нейронов.

Дезаминирование глутамина до глутамата при помощи фермента глутаминазы приводит к образованию аммиака, который, в свою очередь, связывается со свободным протоном и экскретируется в просвет почечного канальца, приводя к снижению ацидоза. Превращение глутамата в кетоглутарат также происходит с образованием аммиака. Далее кетоглутарат распадается на воду и углекислый газ. Поседение при помощи карбоангидразы через угольную кислоту, превращаются в свободный протон и гидрокарбонат. Протон экскретируется в просвет почечного канальца за счет котранспорта с ионом натрия, а бикарбонат попадает в плазму.

В ЦНС находится порядка 106 глутаматергических нейронов. Тела нейронов лежат в коре головного мозга, обонятельной луковице, гиппокампе, черной субстанции, мозжечке. В спинном мозге – в первичных афферентах дорзальных корешков.