Заменимые аминокислоты — это группа аминокислот, которые способны
синтезироваться в организме человека из метаболитов промежуточного
обмена. Они включают: аланин, аспарагин, аспарагиновую кислоту,
глутаминовую кислоту, глутамин, серин, цистеин, тирозин, пролин,
глицин. Эти аминокислоты образуются преимущественно в
цитоплазме и митохондриях клеток из углеводных и липидных
прекурсоров, а также из других аминокислот.
Биосинтез заменимых аминокислот тесно связан с ключевыми
метаболическими путями: гликолизом, циклом трикарбоновых кислот
(ЦТК), пентозофосфатным путем и серосодержащим обменом.
Ферментативные реакции обеспечивают перенос аминогрупп, карбоксильных и
серосодержащих функциональных групп, что позволяет организму
поддерживать аминокислотный баланс.
Биосинтез
серосодержащих аминокислот: цистеин и метионин
Цистеин синтезируется из серина с участием
серосодержащих переносчиков, главным образом через
гомоцистеин. Процесс включает:
- Активацию серина — серин реагирует с
ацетил-коэнзимом А, формируя O-ацетилсерин.
- Замещение ацетильной группы — сериновый ацетил
соединяется с серосодержащей группой гомоцистеина, образуя цистеин.
- Регуляция осуществляется через обратную связь:
избыток цистеина ингибирует активность серин-ацетилтрансферазы.
Тирозин образуется из фенилаланина
путем гидроксилирования, катализируемого ферментом
фенилаланин-гидроксилазой, с участием
тетрагидробиоптерина как кофактора. Этот путь показывает связь между
заменимыми и незаменимыми аминокислотами.
Синтез аминокислот,
связанных с гликолизом
Серин, глицин, аланин образуются из промежуточных
метаболитов гликолиза:
- Серин синтезируется из 3-фосфоглицерата через
последовательность реакций с участием
3-фосфоглицератдегидрогеназы, фосфо-серинтрансаминазы и
фосфо-серинфосфатазы.
- Глицин формируется из серина при участии
серин-гидроксиметилтрансферазы, с переносом одной
углеродной группы на тетрагидрофолат.
- Аланин образуется через трансаминирование
пирувата, с использованием аминогруппы глутамата как
донора.
Эти пути демонстрируют прямую зависимость биосинтеза аминокислот от
метаболических потоков гликолиза и цитратного цикла.
Биосинтез
аминокислот цикла трикарбоновых кислот
Аспарагиновая кислота, аспарагин, глутаминовая кислота,
глутамин, пролин синтезируются из промежуточных соединений
ЦТК:
- Аспарагиновая кислота образуется путем
трансаминирования оксалоацетата, с участием
аспартатаминотрансферазы.
- Аспарагин синтезируется из аспарагиновой кислоты с
использованием глутамина как донора аминогруппы,
катализируемого ферментом аспарагинсинтетазой.
- Глутаминовая кислота синтезируется из
α-кетоглутарата путем присоединения аминогруппы от
глутамина или аммиака при участии
глутаматдегидрогеназы.
- Глутамин образуется из глутамата с потреблением ATP
и аммиака, катализируемый глутаминсинтетазой.
- Пролин формируется из глутамата через промежуточное
соединение γ-глутаминовый семиальдегид, затем
циклизация с последующим восстановлением.
Эти реакции демонстрируют ключевую роль α-кетокислот ЦТК в
обеспечении организма заменимыми аминокислотами.
Особенности регулирования
биосинтеза
- Обратная связь по продукту — накопление аминокислот
тормозит активность ферментов ранних стадий синтеза.
- Энергетическая зависимость — многие реакции требуют
ATP или NAD(P)H, связывая синтез аминокислот с энергетическим статусом
клетки.
- Координация с другими путями — метаболические
потоки интегрированы с углеводным и липидным обменом, что позволяет
организму адаптироваться к изменениям питания и физиологическим
условиям.
Важность биосинтеза
заменимых аминокислот
Замещаемые аминокислоты выполняют ключевые функции:
- Служат строительными блоками белков.
- Участвуют в синтезе нуклеотидов, коферментов и
глутатиона.
- Обеспечивают баланс азота и углеродных скелетов в
клетке.
- Влияют на регуляцию метаболических сетей, связывая
энергетический, углеводный и серосодержащий обмен.
Эффективное функционирование этих путей обеспечивает клетку всеми
необходимыми аминокислотами, поддерживая гомеостаз белкового и
метаболического баланса.