Какой продукт получается при декарбоксилировании

Процесс отщепления карбоксильной группы аминокислот в виде СO2 получил название декарбоксилирования. Несмотря на
ограниченный круг субстратов (аминокислот и их производных), подвергающихся декарбоксилированию в животных тканях, образующиеся
продукты реакции (названные биогенными аминами) обладают сильным фармакологическим действием на множество физиологических функций
человека и животных. В животных тканях показано декарбоксилирование следующих аминокислот и их производных: тирозина, триптофана,
5-окситриптофана, валина, серина, гистидина, глутаминовой и γ-оксиглутаминовой кислот, 3, 4-диоксифенилаланина, цистеина и
цистеин-сульфиновой кислоты, аргинина, орнитина, S-аденозилметионина и α-аминомалоновой кислоты. Помимо этого, у микроорганизмов
и растений открыто декарбоксилирование этих и ряда других аминокислот. Сведения о декарбоксилировании аминокислот в живых организмах
суммированы в табл. 39
[показать] .

Общая схема процесса декарбоксилирования аминокислот может быть представлена в следующем виде:

R-CH(NH2)-COOH —> R-CH2-NH2 + CO2

В живых организмах открыто четыре типа декарбоксилирования аминокислот.

1. α-Декарбоксилирование, характерное для большинства природных аминокислот и их производных, при котором отщепляется
   карбоксильная группа, стоящая по соседству с α-углеродным атомом. Продуктами реакции являются СО2 и биогенные амины:

   R-CH(NH2)-COOH —> R-CH2-NH2 + CO2

2. ω-Декарбоксилированне, характерное для микроорганизмов. Например, из аспарагиновой кислоты этим путем образуется α-аланин:

   НООС-СН2-CH(NH2)-СООН —> СН3-CH(NH2)-СООН + СО2

3. Декарбоксилирование, связанное с реакцией трансаминирования:

   

   В этой реакции образуются альдегид и новая аминокислота, соответствующая исходной кетокислоте.

4. Декарбоксилирование, связанное с реакцией конденсации двух молекул:

   

   Эта реакция в тканях животных осуществляется при синтезе δ-аминолевулиновой кислоты из глицина и сукцинил-КоА (см. Синтез
   гемоглобина) и при синтезе 3-кетосфинганина (сфинголипидов), а также у растений при синтезе биотина.

Реакции декарбоксилирования в отличие от других процессов промежуточного обмена аминокислот являются необратимыми.
Они катализируются специфическими ферментами — декарбоксилазами аминокислот, отличающимися от декарбоксилаз α-кетокислот
как по белковому компоненту, так и по природе кофермента. Декарбоксилазы аминокислот состоят из белковой части, обеспечивающей
специфичность действия, и простетической группы, представленной пиридоксальфосфатом, как и у трансаминаз.

Таким образом, в двух
совершенно различных процессах аминокислот участвует один и тот же кофермент- пиридоксальфосфат. Исключение составляют две
декарбоксилазы — гистидиндекарбоксилаза Micrococcus и Lactobacillus и S-аденозилметиониндекарбоксилаза Е. coli, содержащие вместо
пиридоксальфосфата остаток пировиноградной кислоты (С. Р. Мардашев, Снелл).
Соответствующие декарбоксилазы животных тканей содержат пиридоксальфосфат.

Механизм реакции декарбоксилирования аминокислот в соответствии с общей теорией пиридоксалевого катализа сводится к образованию
пиридоксальфосфат-субстратного комплекса в активном центре фермента (представленного, как и в реакциях трансаминирования, шиффовым
основанием пиридоксальфосфата и аминокислоты, см. формулу).

Образование подобного комплекса в сочетании с некоторым оттягиванием электронов белковой частью молекулы декарбоксилазы
сопровождается лабилизацией связей «а», «б» и «в», благодаря которой аминокислота приобретает способность к различного рода
превращениям (декарбоксилирование, трансаминирование, дегидратация и т. д.).

Ниже будут представлены отдельные примеры декарбоксилирования аминокислот (и соответствующих декарбоксилаз), в частности тех
аминокислот, продукты реакции которых обладают мощным фармакологическим действием. Одним из хорошо изученных ферментов является
декарбоксилаза ароматических аминокислот, не обладающая строгой субстратной специфичностью и катализирующая декарбоксилирование
L-изомеров триптофана, 5-гидрокситриптофана и 3,4-диоксифенилаланина (ДОФА); продуктами реакций, помимо СO2, являются
соответственно триптамин, серотонин и диоксифенилэтиламин (дофамин):

Декарбоксилаза ароматических аминокислот получена в чистом виде (мол. м. 112 000); кофермент-пиридоксальфосфат. В больших количествах
она содержится в надпочечниках и ЦНС. Она играет важную роль в регуляции синтеза биогенных аминов. Образующийся из триптофана
под действием этого фермента продукт — триптамин — наделен сосудосуживающим действием.

Другим, более изученным, биогенным амином, образующимся из 5-гидрокситриптофана, является 5-гидрокситриптамин, или серотонин.
Помимо сосудосуживающего действия, серотонин участвует в центральной регуляции артериального давления, температуры тела, дыхания
и почечной фильтрации. Он является медиатором нервных процессов в ЦНС. Некоторые авторы считают серотонин причастным к развитию
аллергии, демпинг-синдрома, токсикоза беременности, карциноидного синдрома и геморрагических диатезов.

Относительно третьего продукта декарбоксилазной реакции — дофамина — следует прежде всего указать на ферментные системы и
промежуточные продукты, ведущие к его образованию. Это важно, так как дофамин является предшественником катехоламинов (норадреналина
и адреналина). Источником ДОФА в организме является тирозин, который под действием специфической гидроксилазы превращается в
3,4-диоксифенилаланин. Тирозингидроксилаза открыта в надпочечниках, в ткани мозга и периферической нервной системы. Простетической
группой тирозингидроксилазы, как и дофамингидроксилазы (последняя катализирует превращение дофамина в норадреналин) является
тетрагидробиоптерин (рис.)

Физиологическая роль тирозингидроксилазы чрезвычайно высока, поскольку катализируемая этим ферментом реакция определяет скорость
биосинтеза дофамина и катехоламинов, регулирующих в известной степени деятельность сердечно-сосудистой системы. В медицинской практике
широко используются, кроме того, ингибиторы декарбоксилазы ароматических аминокислот, в частности α-метилдофа (альдомет), введение
которого способствует снижению кровяного давления.

В животных тканях с высокой скоростью протекает реакция декарбоксилирования гистидина, катализируемая специфической
гистидиндекарбоксилазой (рис.).

Продукт реакции — гистамин — обладает широким спектром биологического действия. По сосудорасширяющему эффекту на кровеносные
сосуды он резко отличается от других биогенных аминов, оказывающих сосудосуживающее действие. Много гистамина образуется в области
воспаления, что имеет определенный биологический смысл. Вызывая расширение сосудов в очаге воспаления, гистамин тем самым ускоряет
приток лейкоцитов, способствуя борьбе защитных сил организма с инфекцией. Гистамин, кроме того, участвует в секреции НС1 в желудке,
что широко используется в клинике при изучении секреторной деятельности желудка (гистаминовая проба). Он имеет прямое отношение
к явлениям сенсибилизации и десенсибилизации. При повышенной чувствительности к гистамину в клинике используются антигистаминные
препараты (санорин, димедрол и др.), оказывающие влияние на рецепторы сосудов. Гистамину приписывают, кроме того, роль медиатора
боли. Болевой синдром, несомненно, является весьма сложным процессом, детали которого пока не выяснены, но участие в нем гистамина
не подлежит сомнению.

В клинике широко используются, кроме того, продукт α-декарбоксилирования глутаминовой кислоты — γ-аминомасляная кислота
(ГАМК). Фермент, катализирующий эту реакцию (глутаматдекарбоксилаза), является высокоспецифичным:

НООС-CH(NH2)-СН2-СН2-СООН —> CH2(NH2)-СН2-СН2-COOH + СО2

Интерес к γ-аминомасляной кислоте связан с ее тормозящим действием на деятельность ЦНС. Больше всего γ-аминомасляной
кислоты и глутаматдекарбоксилазы обнаружено в сером веществе коры головного мозга, в тo время как белое вещество мозга и периферическая
нервная система их почти не содержат. Введение γ-аминомасляной кислоты вызывает разлитой тормозной процесс в коре (центральное
торможение) и у животных приводит к утрате условных рефлексов. γ-Аминомасляная кислота используется в клинике при лечении
некоторых заболеваний ЦНС, связанных с резким возбуждением коры головного мозга. Так, в практике лечения эпилепсии хороший эффект
(резкое сокращение частоты эпилептических припадков) давало введение глутаминовой кислоты. Как оказалось, лечебный эффект был обусловлен
не глутаминовой кислотой, а продуктом ее декарбоксилирования γ-аминомаслянной кислотой.

В животных тканях с высокой скоростью декарбоксилируются также два производных цистеина — цистеиновая и цистеинсульфиновая кислоты;
в процессе этих специфических ферментативных реакций образуется таурин, который используется в организме для синтеза парных желчных
кислот (см. Обмен липидов).

Следует указать еще на два недавно открытых в тканях животных фермента, катализирующих декарбоксилирование орнитина и
S-аденозилметионина с образованием путресцина и S-метиладенозилгомоцистеамина:

Значение этих реакций, катализирующихся специфическими орнитиндекарбоксилазой и S-аденозилметиониндекарбоксилазой тканей животных,
огромно, если учесть, что путресцин и аминопропильная часть S-метиладенозилгомоцистеамина используются для синтеза полиаминов —
спермидина и спермина:

H2N-СН2-СН2-СН2-СН2-NH-СН2-СН2-СН2-NH2
Спермидин

H2N-CH2-CH2-CH2-HN-CH2-CH2-CH2-CH2-NH-CH2-CH2-CH2-NH2
Спермин

Полиамины, к которым относят также путресцин, оказались необходимыми для регуляции биосинтеза внутриклеточных полимерных молекул
(нуклеиновых кислот и белков), хотя конкретная их роль в этом процессе не всегда ясна.

Таким образом, биогенные амины являются сильными фармакологически активными веществами, оказывающими разносторонее влияние на
физиологические функции организма. Некоторые биогенные амины нашли широкое применение в качестве лекарственных средств.

Возврат к исходному тексту

На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить
поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и
поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании
полученных фактов.

Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся!
Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.

Подробнее см. Правила форума  

Последние сообщения

Заметки на полях

Новости сайта

Ссылки на внешние страницы