Переваривание и всасывание
При переваривании белки пищи расщепляются до аминокислот и коротких цепочек из двух или трёх аминокислот, которые всасываются в тонкой кишке 12.
Поджелудочная железа секретирует протеазы в виде неактивных предшественников — зимогенов 1. Мутации гена SLC6A19, кодирующего транспортёр нейтральных аминокислот B0AT1, вызывают болезнь Хартнупа 3.
Незаменимые и заменимые аминокислоты
Девять из двадцати аминокислот, входящих в состав белков, организм синтезировать не может, поэтому они должны поступать с пищей 1.
Это гистидин, изолейцин, лейцин, лизин, метионин, фенилаланин, треонин, триптофан и валин 1.
Трансаминирование и пиридоксальфосфат
Прежде чем большинство аминокислот подвергнется распаду, ферменты, зависимые от одной из форм витамина B6, передают их аминогруппу другой молекуле 1.
Аминотрансферазы переносят α-аминогруппу на 2-оксоглутарат; при этом образуются глутамат и соответствующая 2-оксокислота 1. Их кофактором служит пиридоксаль-5′-фосфат (ПЛФ) 2.
Глутаматдегидрогеназа
В митохондриях один фермент отщепляет от глутамата перенесённые на него аминогруппы в виде аммония 2.
Лейцин стимулирует секрецию инсулина β-клетками за счёт аллостерической активации этого фермента — GLUD1 5. У каждого из восьми детей с синдромом гиперинсулинизма–гипераммониемии обнаружен гетерозиготный вариант гена GLUD1, затрагивающий аллостерический домен 5.
Цикл мочевины
Печень превращает аммоний, токсичный для головного мозга, в мочевину, которая выводится из организма 2.
- ОрнитинЦитруллинОрнитинтранскарбамилаза (OTC)КарбамоилфосфатМатрикс; карбамоилфосфат — продукт CPS1, которую активирует N-ацетилглутамат
- ЦитруллинАргининосукцинатАргининосукцинатсинтетаза 1 (ASS1)Аспартат, АТФЦитозоль; цитруллин выходит из матрикса через ORNT1; АТФ → АМФ + дифосфат
- АргининосукцинатАргининАргининосукцинатлиаза (ASL)Высвобождается фумарат — связующее звено с циклом трикарбоновых кислот
- АргининОрнитинАргиназа 1 (ARG1)H2O, Mn2+ (2 на субъединицу)Высвобождается мочевина; орнитин возвращается в матрикс через ORNT1 (SLC25A15)
Частота наследственных нарушений цикла мочевины составляет не менее 1 случая на 35 000–51 946 живорождённых 6. Натрия бензоат, натрия фенилацетат и натрия фенилбутират обеспечивают выведение азота альтернативными путями 6.
Фенилкетонурия и неонатальный скрининг
При фенилкетонурии недостаточна активность фермента, превращающего фенилаланин в тирозин 7.
Без лечения накапливающийся фенилаланин вызывает стойкое поражение головного мозга 7. Распространённость фенилкетонурии в мире оценивается в 1 случай на 23 930 живорождённых 8. При неонатальном скрининге фенилаланин определяют в сухих пятнах крови, полученных через 24–72 часа после рождения 7. Лечение состоит в соблюдении диеты с ограничением фенилаланина и приёме белковых смесей, не содержащих фенилаланина 7. От 25 до 50% пациентов отвечают на лечение сапроптерином — синтетическим тетрагидробиоптерином 7. В кишечнике аспартам гидролизуется с образованием фенилаланина 9. Установленное для аспартама допустимое суточное потребление (40 mg/kg массы тела) на людей с фенилкетонурией не распространяется 9. Если во время беременности концентрация фенилаланина в крови матери остаётся выше 360 µmol/L, умственная отсталость развивается более чем у 90% детей 7.
Углеродные скелеты: глюкоза и кетоновые тела
После отщепления азота оставшаяся часть аминокислоты может превратиться в глюкозу или кетоновые тела либо окислиться с высвобождением энергии 1.
Углеродные скелеты, из которых образуются пируват, 2-оксоглутарат, сукцинил-КоА, фумарат или оксалоацетат, могут служить субстратами глюконеогенеза 1. Из ацетил-КоА и ацетоацетил-КоА в организме млекопитающих образуются кетоновые тела, однако чистого синтеза глюкозы из них не происходит 1. Исключительно кетогенными являются лишь лейцин и лизин 1.
- Пируваткарбоксилаза (PC), митохондриальнаяАТФ → АДФ, HCO3−, БиотинАллостерический активатор — ацетил-КоА; на молекулу глюкозы — два пирувата
- Малатдегидрогеназа 2 (MDH2), митохондриальнаяНАДН → НАД+Затем малат проходит через внутреннюю мембрану митохондрий
- Малатдегидрогеназа 1 (MDH1), цитозольнаяНАД+ → НАДНОбразует цитозольный НАДН, используемый GAPDH
- Фосфоенолпируваткарбоксикиназа 1 (PCK1), цитозольнаяГТФ → ГДФВысвобождается CO2; PCK2 катализирует ту же реакцию в митохондриях
- Енолаза 1 (ENO1)H2O
- Фосфоглицератмутаза 1 (PGAM1)
- Фосфоглицераткиназа 1 (PGK1)АТФ → АДФ
- Глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназа (GAPDH)НАДН → НАД+Высвобождается фосфат
- Альдолаза B (ALDOB)Дигидроксиацетонфосфат (ДГАФ)ДГАФ образуется из второй триозы под действием триозофосфатизомеразы (TPI1)
- Фруктозо-1,6-бисфосфатаза 1 (FBP1)H2OФруктозо-2,6-бисфосфатАМФВысвобождается фосфат; глюкагон снижает уровень фруктозо-2,6-бисфосфата
- Глюкозо-6-фосфатизомераза (GPI)
- Глюкозо-6-фосфатаза (G6PC1) эндоплазматического ретикулумаH2OSLC37A4 переносит субстрат в просвет ЭПР; высвобождается фосфат
- несколько стадийМалонил-КоАПоступление в митохондрии через карнитиновый челнок (CPT1A), затем β-окисление
- Ацетил-КоА-ацетилтрансфераза 1 (ACAT1)Ацетил-КоАМитохондриальная тиолаза; конденсирует две молекулы ацетил-КоА, высвобождая КоА
- ГМГ-КоА-синтаза 2 (HMGCS2), митохондриальнаяАцетил-КоА, H2OКлючевая стадия; высвобождается КоА; дефицит нарушает кетогенез при голодании
- ГМГ-КоА-лиаза (HMGCL)Высвобождается ацетил-КоА; ацетоацетат спонтанно декарбоксилируется до ацетона
- 3-Гидроксибутиратдегидрогеназа 1 (BDH1)НАДН → НАД+Почти равновесная реакция; соотношение продуктов отражает НАДН/НАД+ митохондрий