Фенилаланин, тирозин и метионин: заболевания, связанные с нарушением обмена этих веществ

Введение.
Аминокислоты подразделяются на два типа - незаменимые аминокислоты (могут быть синтезированы организмом) и незаменимые аминокислоты, которые не могут и должны поступать с пищей. Незаменимыми аминокислотами являются глицин, аланин, серин, аспарагин, аспарагиновая кислота, глутамин, глутаминовая кислота, пролин, цистеин, тирозин и аргинин. Незаменимые аминокислоты включают валин, лейцин, изолейцин, фенилаланин, триптофан, метионин, треонин, лизин и гистидин.
Аминокислоты аргинин, метионин и фенилаланин считаются незаменимыми, поскольку скорость их синтеза недостаточна для удовлетворения потребностей организма в росте. Большая часть синтезированного аргинина расщепляется с образованием мочевины. Метионин необходим в больших количествах для производства цистеина, если последняя аминокислота не содержится в рационе должным образом. Точно так же фенилаланин необходим в больших количествах для образования тирозина, если последний недостаточно содержится в рационе.
Аминокислотный пул происходит из-за деградации белка в желудочно-кишечном тракте, внутриклеточной деградации белка и синтеза de novo и используется в синтезе и метаболизме белка. Каждый тип аминокислот имеет свою метаболическую судьбу и специфические функции. Этот метаболический процесс не только генерирует энергию, но также генерирует ключевые промежуточные продукты для биосинтеза некоторых незаменимых аминокислот, глюкозы и жира.
Катаболизм аминокислот составляет от 10 до 15% производства энергии в организме человека. Печень является основным участком азотистого обмена в организме с потенциально токсичным азотом аминокислот, который выводится путем трансаминирования, дезаминирования и образования мочевины.
Фенилаланин
Обмен фенилаланина.
Основное количество фенилаланина расходуется по 2 путям: включается в белки или превращается в тирозин.
Разложение ароматических аминокислот требует молекулярного кислорода для разрушения ароматических колец. Деградация фенилаланина начинается с монооксигеназы, фенилаланин гидроксилазы, которая добавляет гидроксильную группу к фенилаланину с образованием тирозина. Эта реакция катализируется специфической монооксигеназой - фенилаланингидроксилазой, коферментом которой служит тетрагидробиоптерин (Н4БП). Активность фермента зависит также от наличия Fe2+. Реакция необратима. Н4БП в результате реакции окисляется в дигидробиоптерин (Н2БП). Регенерация последнего происходит при участии дигидроптеридинредуктазы с использованием NADPH + H+.

Превращение Фенилаланина в Тирозин – это первая реакция основного пути метаболизма Фенилаланина. Все дальнейшие превращения в организме происходят уже с тирозином.
Заболевания, связанные с нарушением обмена фенилаланина.
При нарушении протекания реакции превращения фенилаланина в тирозин возникает заболевание – фенилкетонурия (фенилпировиноградная олигофрения).
Из-за невозможности превращения фенилаланина в тирозин, катаболизм фенилаланина протекает по альтернативному пути. Конечные продукты обмена – фенилацетилглутамин и фениллактат попадают в кровь и выводятся почками.
Причинами заболевания могут быть: наследственный дефект фермента фенилаланингидроксилазы, либо мутации в генах, которые контролируют метаболизм Н4-Биоптерина.
Тирозин
2.1 Обмен тирозина.
Кроме использования в синтезе белков, Тирозин в разных тканях используется для синтеза многих биологически-активных соединений.
Катаболизм Тирозина до конечных продуктов происходит в печени.
2.1.1 Катаболизм тирозина в печени

.
В печени происходит катаболизм тирозина до конечных продуктов. Специфический путь катаболизма включает несколько ферментативных реакций, завершающихся образованием фумарата и ацетоацетата.
Специфический путь катаболизма включает реакции:
1.Трансаминирование тирозина с α-кетоглутаратом катализирует тирозинаминотрансфераза (кофермент ПФ). В результате образуется п-гидроксифенилпируват.
2. В п- гидроксифенилпируватдиоксигеназе используется другая молекула кислорода для превращения гидроксифенилпирувата в гомогентизат. Реакцию окисления катализирует фермент п-гидрогидроксифенилпируватдиоксигеназа.
3. Для расщепления кольца гомогентизат-диоксигеназой используется третья молекула кислорода. Продукт реакции называется фумарилацетоацетат. Реакция катализируется диоксигеназой гомогентизиновой кислоты.
4. Фумарат и ацетоацетат образуются в результате гидролиза фумарилацетоацетата под действием фумарилацетоацетат гидролазы.
5. Фумарат и ацетоацетат окисляются до СО2 и Н2О. Фумарат может также использоваться для образования глюкозы (глюконеогенез).
2.1.2 Превращение тирозина в меланоцитах.
В меланоцитах (пигментных клетках) тирозин превращается в темные пигменты – меланины.
В пигментных клетках (меланоцитах) тирозин выступает предшественником темных пигментов - меланинов. Среди них преобладают 2 типа: эумеланины и феомеланины. Эумеланины (черного и коричневого цвета) - нерастворимые высокомолекулярные гетерополимеры 5,6-дигидроксииндола и некоторых его предшественников. Феомеланины - желтые или красновато-коричневые полимеры, растворимые в разбавленных щелочах. Находятся, в основном, в составе волос. В разных сочетаниях эти типы меланинов содержатся в составе волос, кожи, сетчатке глаза, обуславливая их цвет. Синтез меланинов - сложный, многоступенчатый, разветвленный процесс. Первую реакцию - превращение тирозина в ДОФА - катализирует тирозиназа, использующая в качестве кофактора ионы Сu+.
2.1.3 Превращение тирозина в надпочечниках и нервной ткани (синтез катехоламинов).
В мозговом веществе надпочечников и нервной ткани из тирозина синтезируются катехоламины (дофамин, норадреналин и адреналин):
Дофамин и норадреналин – нейромедиаторы разных отделов головного мозга. Участвуют в синаптической передаче нервных импульсов.
Адреналин – гормон широкого спектра действия, регулирующий энергетический обмен, работу сердечно-сосудистой системы.
Тирозингидроксилаза в надпочечниках и катехоламинергических нейронах - Fе2+-зависимый фермент, в качестве кофермента использующий Н4БП, катализирует гидроксилирование тирозина с образованием 3,4-диоксифенилаланина (ДОФА). Этот фермент является регуляторным и определяет скорость синтеза катехоламинов. ДОФА-декарбоксилаза (кофермент - ПФ) катализирует образование дофамина, который при участии дофамингидроксилазы (монооксигеназы) превращается в норадреналин