Procesul de scindare a grupării carboxil a aminoacizilor sub formă de CO 2 se numește decarboxilare. În ciuda gamei limitate de aminoacizi și derivații acestora care suferă decarboxilare în țesuturile animale , produsele de reacție rezultate - aminele biogene (așa-numitele „otrăvuri cadaverice”) - au un efect farmacologic puternic asupra multor funcții fiziologice ale oamenilor și animalelor. În țesuturile animale, s-a stabilit decarboxilarea următorilor aminoacizi și a derivaților acestora: tirozină , triptofan , 5-hidroxitriptofan, valină , serină , histidină , acizi glutamic și y-hidroxiglutamic, 3,4-dioxifenilalanină , cisteină , sau arginină . S-adenozilmetionină și acid α-aminomalonic. În plus, decarboxilarea unui număr de alți aminoacizi a fost descoperită în microorganisme și plante.
În organismele vii, au fost descoperite 4 tipuri de decarboxilare a aminoacizilor:
1. α-Decarboxilarea, caracteristică țesuturilor animale, în care gruparea carboxil este scindată din aminoacizi , stând lângă atomul de carbon α. Produșii de reacție sunt CO 2 și amine biogene:
2. ω-decarboxilarea caracteristică microorganismelor . De exemplu, α-alanina se formează din acid aspartic în acest fel:
3. Decarboxilarea asociată cu reacția de transaminare:
Această reacție produce o aldehidă și un nou aminoacid corespunzător cetoacidului original .
4. Decarboxilarea asociată cu reacția de condensare a două molecule:
Această reacție în țesuturile animale este efectuată în timpul sintezei acidului δ-amino-levulinic din glicină și succinil-CoA și în timpul sintezei sfingolipidelor , precum și în plante în timpul sintezei biotinei.
Reacțiile de decarboxilare, spre deosebire de alte procese de metabolism intermediar al aminoacizilor, sunt ireversibile. Ele sunt catalizate de enzime specifice - decarboxilaze de aminoacizi, care diferă de decarboxilazele α-cetoacide atât prin componenta proteică, cât și prin natura coenzimei. Decarboxilazele de aminoacizi sunt formate dintr-o parte proteică, care asigură specificitatea acțiunii, și o grupare protetică , reprezentată de piridoxal fosfat (PP), ca în transaminaze.
Astfel, aceeași coenzimă este implicată în două procese complet diferite ale metabolismului aminoacizilor. Excepțiile sunt două decarboxilaze: Micrococcus și Lactobacilus histidin decarboxylase și E. coli adenozilmetionin decarboxilază , care conțin un reziduu de acid piruvic în loc de PP.
Mecanismul reacției de decarboxilare a aminoacizilor, în conformitate cu teoria generală a catalizei piridoxalului, se reduce la formarea unui complex PP-substrat, reprezentat, ca în reacțiile de transaminare, de baza Schiff a PP și aminoacizi:
Formarea unui astfel de complex în combinație cu o anumită retragere a electronilor de către partea proteică a moleculei enzimei este însoțită de labilizarea uneia dintre cele trei legături la atomul de carbon α, datorită căreia aminoacidul este capabil să intre în reacții de transaminare (a), decarboxilare (b) și clivaj aldolic (c).
Următoarele sunt câteva exemple de decarboxilare a aminoacizilor, în special a celor ale căror produse de reacție au un efect farmacologic puternic. Una dintre enzimele bine studiate este decarboxilaza aminoacizilor aromatici. Nu are specificitate strictă de substrat și catalizează decarboxilarea izomerilor L ai triptofanului, 5-hidroxitriptofanului și 3,4-dioxifenilalaninei (DOPA); produșii de reacție, în plus față de CO2 , sunt, respectiv, triptamina, serotonina și dihidroxifeniletilamina ( dopamină ).
Aminoacid aromatic decarboxilaza a fost obținută în formă pură (gr. mol. 112000), coenzimă - PF. În cantități mari, se găsește în glandele suprarenale și în sistemul nervos central , joacă un rol important în reglarea conținutului de amine biogene. Serotonina formată din 5-hidroxitriptofan s-a dovedit a fi o amină biogenă foarte activă, cu efect vasoconstrictiv. Serotonina reglează tensiunea arterială , temperatura corpului , respirația , filtrarea renală și este un mediator al proceselor nervoase din sistemul nervos central. Unii autori consideră că serotonina este implicată în dezvoltarea alergiilor , a sindromului de dumping , a toxicozei gravidelor , a sindromului carcinoid și a diatezei hemoragice .
Produsul reacției decarboxilazei dopamina este un precursor al catecolaminelor (norepinefrină și adrenalină). Sursa DOPA în organism este tirozina, care, sub acțiunea unei hidroxilaze specifice, este transformată în 3,4-dihidroxifenilalanină. Tirozin-3-monooxigenaza a fost descoperită în glandele suprarenale, țesutul creierului și sistemul nervos periferic . Grupul protetic al tirozin monooxigenazei, precum dopaminmonooxigenaza (cea din urmă catalizează conversia dopaminei în norepinefrină), este tetrahidrobiopterina, care are următoarea structură:
Rolul fiziologic al tirozin-3-monooxigenazei este extrem de mare, deoarece reacția catalizată de această enzimă determină rata de biosinteză a catecolaminelor, care reglează activitatea sistemului cardiovascular . În practica medicală, inhibitorii aminoacizilor aromatici decarboxilazei sunt utilizați pe scară largă, în special α-metildopa (Aldomet), care determină scăderea tensiunii arteriale.
În țesuturile animale, decarboxilarea histidinei are loc cu o rată ridicată sub acțiunea unei decarboxilaze specifice.
Histamina are o gamă largă de efecte biologice. După mecanismul de acțiune asupra vaselor de sânge, acesta diferă puternic de alte amine biogene, deoarece are o proprietate vasodilatatoare. În zona inflamației se formează o cantitate mare de histamina, care are o anumită semnificație biologică. Determinând vasodilatație în focarul inflamației, histamina accelerează astfel afluxul de leucocite , contribuind la activarea apărării organismului . În plus, histamina este implicată în secreția de acid clorhidric în stomac , care este utilizat pe scară largă în clinică atunci când se studiază activitatea secretorie a stomacului (testul histaminei). Este direct legată de fenomenele de sensibilizare şi desensibilizare . Cu sensibilitate crescută la histamină în clinică, se folosesc antihistaminice ( difenhidramină etc.), care afectează receptorii vasculari. Histamina este, de asemenea, creditată cu rolul de mediator al durerii. Sindromul durerii este un proces complex, ale cărui detalii nu au fost încă clarificate, dar participarea histaminei la acesta este fără îndoială.
În practica clinică, în plus, produsul α-decarboxilării acidului glutamic, acidul γ-aminobutiric (GABA), este utilizat pe scară largă. Enzima care catalizează această reacție (glutamat decarboxilază) este foarte specifică.
Interesul pentru GABA se datorează efectului său inhibitor asupra activității sistemului nervos central. Cel mai mult, GABA și glutamat decarboxilaza se găsesc în substanța cenușie a cortexului cerebral, în timp ce substanța albă a creierului și sistemul nervos periferic nu conțin aproape niciuna dintre ele. Introducerea GABA în organism determină un proces inhibitor difuz în cortex (inhibare centrală) iar la animale duce la pierderea reflexelor condiționate. GABA este utilizat în clinică ca medicament pentru unele boli ale sistemului nervos central asociate cu o excitare ascuțită a cortexului cerebral. Deci, cu epilepsie, un efect bun (o reducere bruscă a frecvenței crizelor epileptice) este dat de introducerea acidului glutamic. După cum sa dovedit, efectul terapeutic se datorează nu acidului glutamic în sine, ci produsului său de decarboxilare, GABA.
În țesuturile animale, doi derivați de cisteină, acizii cisteic și cisteină sulfinic, sunt, de asemenea, decarboxilați cu o rată ridicată. În procesul acestor reacții enzimatice specifice, se formează taurină , care este utilizată în organism pentru sinteza acizilor biliari perechi.
Trebuie subliniate două enzime descoperite mai recent în țesuturile animale care catalizează decarboxilarea ornitinei și S-adenozil-metioninei : ornitin decarboxilază și adenozilmetionin decarboxilază.
Semnificația acestor reacții pentru țesuturile animale este enormă, deoarece produsele de reacție sunt utilizate pentru sinteza poliaminelor - spermidină și spermină .
Poliaminele, care includ și diamină putrescina, joacă un rol important în procesele de creștere și diferențiere celulară , în reglarea sintezei ADN -ului , ARN -ului și proteinelor, stimulând transcripția și traducerea, deși mecanismul specific al participării lor la aceste procese nu este întotdeauna clar.
Astfel, aminele biogene sunt substanțe puternic active din punct de vedere farmacologic care au un efect versatil asupra funcțiilor fiziologice ale organismului. Unele amine biogene sunt utilizate pe scară largă ca produse farmaceutice.
Descompunerea aminelor biogene. Acumularea de amine biogene poate afecta negativ starea fiziologică și poate provoca o serie de disfuncții semnificative în organism. Cu toate acestea, organele și țesuturile, precum și întregul organism, au mecanisme speciale pentru neutralizarea aminelor biogene, care în general sunt reduse la dezaminarea oxidativă a acestor amine cu formarea aldehidelor corespunzătoare și eliberarea de amoniac:
Enzimele care catalizează aceste reacții se numesc monoamină și diaminoxidază. Mecanismul dezaminării oxidative a monoaminelor a fost studiat mai detaliat . Acest proces enzimatic este ireversibil și se desfășoară în două etape:
R-CH 2 -NH 2 + E-FAD + H 2 O -→ R-CHO + NH 3 + E-FADH 2 (1)
E-FADH 2 + O 2 -→ E-FAD + H 2 O 2 (2)
Prima etapă (1), anaerobă, se caracterizează prin formarea de aldehidă, amoniac și enzimă redusă. Acesta din urmă în faza aerobă este oxidat de oxigenul molecular. Peroxidul de hidrogen rezultat se descompune în continuare în apă și oxigen. Monoaminoxidaza (MAO), o enzimă care conține FAD localizată predominant în mitocondrii , joacă un rol extrem de important în organism prin reglarea ratei de biosinteză și degradare a aminelor biogene. Unii inhibitori de monoaminooxidază ( ipraniazidă , harmină , pargilină ) sunt utilizați în tratamentul hipertensiunii , depresiei , schizofreniei etc.