Аминокислоты глазами химиков, фармацевтов



страница1/10
Дата01.05.2016
Размер4.37 Mb.
ТипПротокол
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


Посвящается 210-летию ХНМУ

и 60-летию кафедры медицинской

и биоорганической химии ХНМУ

АМИНОКИСЛОТЫ ГЛАЗАМИ ХИМИКОВ,

ФАРМАЦЕВТОВ,

БИОЛОГОВ


ТОМ 2
Харьков, 2015
УДК 577.112.3:54:615:57 Утверждено учёным советом ХНМУ

Протокол № 6 от 19.06.2014 г.


Рецензенты:

Загайко А.Л. – доктор биологических наук, профессор, зав.кафедры биологической химии Национального фармацевтического университета, г. Харьков.
Давыдов В.В. – доктор медицинских наук, профессор, зав. лаборатории возрастной эндокринологии и обмена веществ ГУ «Институт охраны здоровья детей и подростков АМН Украины», г. Харьков.
Сыровая А.О., Шаповал Л.Г., Макаров В.А., Петюнина В.Н., Грабовецкая Е.Р., Андреева С.В., Наконечная С.А., Бачинский Р.О., Лукьянова Л.В., Козуб С.Н., Левашова О.Л. Аминокислоты глазами химиков, фармацевтов, биологов: в 2-х т. Том 2 / − Х. «Щедра садиба плюс», 2015 – 268 с.
ISBN 978-617-7188-68-0

СОДЕРЖАНИЕ

ТОМ 1

ПРЕДИСЛОВИЕ

5

ГЛАВА 1 АЛАНИН

к.фарм.н., Лукьянова Л.В.


10

ГЛАВА 2 ГЛУТАМИНОВАЯ КИСЛОТА И ГЛУТАМИН

к.фарм.н., Андреева С.В.



27

ГЛАВА 3 ТРЕОНИН

к.х.н., Макаров В.А.



83

ГЛАВА 4 АСПАРАГИНОВАЯ КИСЛОТА И АСПАРАГИН

к.х.н., Макаров В.А.



102

ГЛАВА 5 СЕРИН

к.б.н., Наконечная С.А.



151

ГЛАВА 6 ГЛИЦИН

к.фарм.н., Петюнина В.Н.



170

ГЛАВА 7 МЕТИОНИН

к.фарм.н., Петюнина В.Н.



191

ГЛАВА 8 ЦИСТЕИН, ЦИСТИН

к.б.н., Бачинский Р.О.



210

ТОМ 2

ГЛАВА 9 ФЕНИЛАЛАНИН

к.фарм.н., Левашова О.Л.


5

ГЛАВА 10 ТИРОЗИН

к.фарм.н., Левашова О.Л.



44

ГЛАВА 11 ПРОЛИН И ОКСИПРОЛИН

к.фарм.н., Левашова О.Л.



72

ГЛАВА 12 ВАЛИН, ЛЕЙЦИН, ИЗОЛЕЙЦИН

к.т.н., Козуб С.Н.



99

ГЛАВА 13 АРГИНИН

к.б.н., Бачинский Р.О.



139

ГЛАВА 14 ЛИЗИН

к.б.н., Бачинский Р.О.



163

ГЛАВА 15 ГИСТИДИН

д.фарм.н., Сыровая А.О.



187

ГЛАВА 16 ТРИПТОФАН

д.фарм.н., Сыровая А.О.



203

ГЛАВА 17 НЕКОТОРЫЕ Минорные аминокислоты

к.б.н., Грабовецкая Е.Р., к.т.н., Шаповал Л.Г.



223


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

262

ГЛАВА 9

ФЕНИЛАЛАНИН


«Великий предок» важных веществ



ЛЕВАШОВА ОЛЬГА ЛЕОНИДОВНА

кандидат фармацевтических наук

ассистент кафедры медицинской и биоорганической химии ХНМУ


СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

а.е.м. – атомная единица массы

АТФ – аденозинтрифосфат

БАД – биологически активная добавка

ген ФАГ – ген фенилаланингидроксилазы

ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота

ДОФА – дигидроксифенилаланин

ДФА – дифениламин

ЛФК – лечебная физическая культура

МАО – моноаминооксидаза

НАДФН – никотинамидадениндинуклеотидфосфат

Н2БП – дигидробиоптерин

Н4БП – тетрагидробиоптерин

США – Соединенные шататы Америки

ФА – фенилаланин

ФАЛ – фенилаланинаммониалаза

ФЕН – фенилаланин

ФКУ – фенилкетонурия

ФЭА – фенилэтиламин

ЦНС – центральная нервная система

Фенилаланин – 2-амино-З-фенилпропионовая или α-амино-β-пропионовая кислота (сокращенно: Фен), имеющая химическую формулу C9H11NO26Н5СН2СН(NH2)COOH) и молекулярную массу 165,19 а.е.м. Фенилаланин существует в виде двух оптически изомерных формах L (натуральная) и D (синтетическая) и рацемата (DL) [1-6].

DL-фенилаланин – эта форма незаменимой аминокислоты фенилаланина является смесью равных частей L- и D- фенилаланина, т.пл. 271-2730C, умеренно растворим в спирте [6-8].

Фенилаланин – ароматическая α–аминокислота, дает ксантопротеиновую реакцию, может быть осажден 2,5-дибромбензолсульфокислотой. При нагревании фенилаланин декарбоксилируется с образованием β-фенилэтиламина; при нитровании фенилаланина получают 4-нитрофенилаланин.

Особенности физических и химических свойств аминокислоты обусловлены его строением – присутствием одновременно двух противоположных по свойствам функциональных групп: кислотной – СООН и основной – NH2.

Фенилаланин широко распространен в природе: встречается во всех организмах в составе молекул белков, в частности инсулина, яичного белка, гемоглобина, а также в овальбумине, зеине, фибрине; входит в состав пептидов-подсластителей (Аспартам), соматостатина и энкефалина. Остаток D-фенилаланина входит в грамицидин S и некоторые другие пептиды.

Натуральными источниками фенилаланина являются мясо (свинина, баранина и говядина), куриное мясо и яйца, икра, рыба и морепродукты, орехи, миндаль, арахис, семена подсолнечника соя и другие бобовые, твердые сыры, брынза, творог, молоко и молочные продукты, в которых он содержится в больших количествах. Усвоение фенилаланина повышают витамин C, B6, железо, медь и ниацин.

Фенилаланин – кодируемая, незаменимая аминокислота для человека и животных. Суточная потребность данной аминокислоты составляет (в мг/кг) у взрослых мужчин 4,3, у женщин 3,1, у детей 90. Фенилаланин непрерывно образуется в организме при распаде белков пищи и тканевых белков. Потребность в фенилаланине возрастает при отсутствии в пище аминокислоты тирозина, который образуется в печени гидроксилированием фенилаланина с участием фермента фенилаланингидроксилазы [1,17].

Биохимическая роль фенилаланина для человека очень важна. Фенилаланин – это одна из основных 20 аминокислот, которая принимает участвие в биохимических процессах формирования протеинов и кодируется определенным геном ДНК. Фенилаланин является исходным сырьём синтеза другой аминокислоты – тирозина, который, в свою очередь, является предшественником адреналина, норадреналина и дофамина, а также пегмент кожи меланина [5-12].

L-фенилаланин является строительным материалом в цепочке реакций, в результате которых образуются нейромедиаторы – катехоламины (в том числе норадреналин и дофамин). Он обеспечивает достаточным количеством субстрата биохимические процессы мозга, протекающие в случае повышенной нагрузки.

В отличие от искусственных стимуляторов (кофе, алкоголя), которые истощают запас энергии и, в последствии, приводят человека в состояние опустошенности и раздражения, эта аминокислота позволяет успешно справляться с раздражением и чувством тревоги.

L-Фенилаланин помогает человеку снять напряжение без применения алкоголя, сохраняя в мозгу пептиды эндогенной опиатной (внутренней) системы, тем самым делая человека менее зависимым от приема алкоголя и препаратов опия.

Биосинтез тирозина. L-фенилаланин впервые выделили из ростков люпина Э. Шульце и И. Барбиери в 1881 [5, 11]. Фенилаланин можно получить при помощи химического, микробиологического и энзиматического синтеза [7-12]. При прямом химическом синтезе получаются смеси D- и L-изомеров аминокислоты, которые впоследствии необходимо разделить на оптические антиподы ферментативным способом. Дополнительная стадия делает такой синтез менее предпочтительным по сравнению с прямым ферментативным синтезом. На рис.1 приведен синтез фенилаланина из бензальдегида и гиппуровой кислоты через азлактон.

Рис. 1. Синтез фенилаланина из бензальдегида и гиппуровой кислоты

Фенилаланин можно получить из малонового эфира и хлористого бензила:

Рис. 2. Синтез фенилаланина из малонового эфира и хлористого бензила

Энзиматический синтез используется при производстве L-фенилаланина и осуществляют, используя в качестве предшественника транс-коричную кислоту с помощью фермента фенилаланинаммониалиазы (ФАЛ) генетически модифицированного штамма Rhodotorula rubra, иммобилизованного на носителе (vermiculate), выход L-фенилаланина достигает 90 % [5, 8].

Основное отличие микробиологической ферментации от энзиматической заключается в использовании не отдельных выделенных, а всех ферментов микроорганизмов.

Продуцентами аминокислоты в биосинтезе наиболее часто служат бактерии, относящиеся к родам Corynebacterium, Brevibacterium, Escherishia.

Биосинтез L-фенилаланина осуществляется из эритрозо-4-фосфата и фосфоенолпирувата через шикимовую, префеновую и фенилпировиноградную кислоты.

У микробиологического синтеза есть свои преимущества и свои недостатки. С одной стороны, в нем мало стадий и требуется относительно простая и универсальная аппаратура. С другой стороны, живые организмы, с которыми приходится работать, очень чувствительны к малейшему изменению условий, а концентрация целевого продукта получается низкой, что ведет к увеличению размеров аппаратуры [5, 8, 10, 16].

Мировое производство фенилаланина микробиологическим синтезом составляет свыше 22000 т в год (без Китая) (на 2006) [15].

Кроме того, фенилаланин образуется в организме при распаде синтетического сахарозаменителя – аспартама, активно используемого в пищевой промышленности.

Обмен фенинлаланина в организме [5, 10, 18-20]

Аминокислота обеспечивает достаточным количеством субстрата биохимические процессы мозга, протекающие в случае повышенной нагрузки. Происходит автоматическая стимуляция умственной деятельности. L-фенилаланин обеспечивает мозг необходимым количеством вещества для биохимических процессов, которые запускаются в случае возрастания нагрузки. Повышает обучаемость человека.

Фенилаланин связан с функцией щитовидной железы и надпочечников, участвует в образовании тироксина – основного гормона щитовидной железы. Этот гормон регулирует скорость обмена веществ, например, ускоряет "сжигание" питательных веществ, имеющихся в избытке. Нормализует работу щитовидки.

Кроме того, фенилаланин играет значительную роль в синтезе таких белков, как инсулин, папаин и меланин, а также способствует выведению почками и печенью продуктов метаболизма. Он способствует улучшению секреторной функции поджелудочной железы и печени.

Вряд ли найдётся в человеческом организме белок, не содержащий в своём составе фенилаланин, который выполняет функцию строительного блока белков и является важным «кирпичиком» в «строительстве» организма. Это важно и необходимо помнить людям, желающим набрать мышечную массу. В первую очередь это касается бодибилдеров. Фенилаланин входит в состав белков организма, которые составляют мышцы, сухожилия, связки и другие органы. Кроме того, он входит в состав жиросжигателей. При недостатке фенилаланина невозможно добиться хороших результатов в бодибилдинге. Поэтому многие пищевые добавки в спортивном питании, созданные для увеличения интенсивности и максимального подъема энергии, содержат фенилаланин.

Человек, живущий в большом городе, так или иначе испытывает на себе влияние его суматошного ритма. Зачастую необходимо набраться сил и восстановить душевное равновесие. В отличие от искусственных стимуляторов (кофе, алкоголя), которые истощают запас энергии и впоследствии приводят человека в состояние опустошенности и раздражения, эта аминокислота позволяет успешно справляться с раздражением и чувством тревоги. Также он снижает тягу к алкоголю и опиатам в профилактике, лечении и реабилитации опиатной и алкогольной зависимости

Фенилаланин способствует регуляции природного цвета кожи путем образования пигмента меланина. Он является необходимым при витилиго, когда происходит частичная потеря пигментации кожи. Фенилаланин помогает восстановить цвет кожи на месте бледных пятен.

Фенилаланин полезен при болезни Паркинсона (снижает тяжесть симптомов – депрессия, расстройства речи, ригидность конечностей)

В организме фенилаланин может превращаться в другую аминокислоту – тирозин, из которого синтезируются два основных нейромедиатора: дофамин и норадреналин, которые непосредственно участвуют в передаче нервного импульса. Поэтому эта аминокислота влияет на настроение, уменьшает боль, улучшает память и способность к обучению, усиливает половое влечение.

При синтезе адреналина фенилаланин стимулирует производство холецистокинина и таким образом действует как активатор аппетита, а также способствует восстановлению нормальной пигментации кожи.

L-Фенилаланин стимулирует выработку меланина, поэтому принимает участие в регуляции цвета кожных покровов.

Клинические проявления и влияние на структуры организма. Нарушение этого процесса вследствие генетически обусловленного приводит к накоплению фенилаланина в клетках и жидкостях организма. Нарушение нормального пути превращения фенилаланина вызывает вторичные биохимические реакции, приводящие к образованию в организме фенилпировиноградной, фенилмолочной и фенилуксусной кислот и развитию заболевания – так называемой фенилкетонурии. При отсутствии или резком снижении активности фермента возникает заболевание фенилкетонурия, которое проявляется, главным образом, выраженной олигофренией [1, 21].
Метаболизм фенилаланина в организме человека

В организме фенилаланин используется только в синтезе белков. Весь неиспользованный запас аминокислоты превращается в тирозин [22- 24]. В этом процессе непосредственно участвует фермент фенилаланин-4-монооксигеназа, которая обеспечивает окисление ароматического кольца. Реакция необратима. Активность фермента зависит от наличия Fe2+. Кофермент тетрагидробиоптерин (Н4БП) в реакции окисляется до дигидроформы (Н2БП). Восстановление кофермента осуществляет дигидробиоптерин-редуктаза со своим коферементом НАДФН (NADPH + H+) (рис.3) [5,10, 21, 24].



Рис. 3. Превращение фенилаланина в тирозин

Превращение фенилаланина в тирозин прежде всего необходимо для удаления избытка фенилаланина, так как высокие концентрации его токсичны для клеток. Образование тирозина не имеет большого значения, так как недостатка его в клетках практически не бывает. Основной путь метаболизма фенилаланина начинается с его гидроксилирования, представленный на рис.4.

Фенилаланин относится к незаменимым аминокислотам, поскольку ткани животных не обладают способностью синтезировать его бензольное кольцо. В то же время тирозин полностью заменим при достаточном поступлении фенилаланина с пищей. Объясняется это тем, что основной путь превращения фенилаланина начинается с его окисления (точнее, гидроксилирования) в тирозин (рис.4). Реакция гидроксилирования катализируется специфической фенилаланин-4-монооксигеназой, которая в качестве кофермента содержит, как все другие гидроксилазы, тетрагидробиоптерин. Блокирование этой реакции, наблюдаемое при нарушении синтеза фенилаланин-4-монооксигеназы в печени, приводит к развитию тяжелой наследственной болезни – фенилкетонурии (фенилпировиноградная олигофрения).



Рис. 4. Реакции гидроксилирования фенилаланина (1) и регенерации Н4БП (2)

В процессе трансаминирования тирозин превращается в n-оксифенилпировиноградную кислоту, которая под действием специфической оксидазы подвергается окислению, декарбоксилированию, гидроксилированию и внутримолекулярному перемещению боковой цепи с образованием гомогентизиновой кислоты; эта реакция требует присутствия аскорбиновой кислоты, роль которой пока не выяснена. Основные метаболические превращения фенилаланина и тирозина в организме человека приведены на рис.5.

Дальнейшее превращение гомогентизиновой кислоты в малеилацето-уксусную кислоту катализируется оксидазой гомогентизиновой кислоты. Малеилацетоуксусная кислота под действием специфической изомеразы в присутствии глутатиона превращается в фумарилацетоуксусную кислоту, подвергающуюся гидролизу с образованием фумаровой и ацетоуксусной кислот, дальнейшие превращения которых уже известны.

Заболевания, связанные с нарушением метаболизма фенилаланина

Депрессия. Аминокислота фенилаланин – важнейший «стройматериал» для нейромедиаторов, способствующих бодрости, хорошему настроению, позитивному мировосприятию и даже избавлению от боли, депрессии.



Рис. 5. Основные метаболические превращения фенилаланина и тирозина

Цифры – участки блокирования реакций при фенилкетонурии (1), тирозинозе (2), альбинизме (3) и алкаптонурии (4).

Как показал ряд сравнительных исследований, имипрамин (один из основных препаратов, используемых для лечения депрессии) по своей эффективности уступает фенилаланину.

Ежедневный прием 500-3000 мг фенилаланина в сочетании с витамином В6 приводил к почти немедленному улучшению состояния у 31- из 40 пациентов, страдающих депрессией. Авторы исследований применяли D- и DL-формы фенилаланина, хотя в природе встречается только L-форма (это относится и ко всем остальным аминокислотам). Наиболее эффективно фенилаланин действует при разновидностях депрессии, сопровождающихся апатией и вялостью [20, 22 -27].

Существует несколько механизмов антидепрессивного действия фенилаланина.

Во-первых, эта аминокислота участвует в синтезе адреномиметиков (веществ, действие которых аналогично адреналину).

Во-вторых, фенилаланин является основой синтеза эндорфинов, которых называют «гормонами счастья». Эти гормоны и нейромедиаторы вызывают положительную активацию психики, ясность и остроту мышления, приподнятое настроение, оптимистический взгляд на мир и собственную личность; человек испытывает ощущение радости, благополучия и умиротворённости. Более того, эндорфины облегчают хронические и острые боли, способствуют более скорому выздоровлению при различных заболеваниях.

Фенилаланин – единственное вещество, из которого может быть синтезирован фенилэтиламин (ФЭА), содержащийся в шоколаде и обладающий легким стимулирующим действием и одновременно оказывающим успокаивающее воздействие на психику. Низкие уровни ФЭА у людей, страдающих депрессией, свидетельствуют об изменениях в метаболизме фенилаланина. Как фармакологические антидепрессанты, так и фенилаланин повышают уровни ФЭА, что говорит о том, что у них сходные механизмы действия.

Хронические боли. Материалы целого ряда исследований свидетельствуют об обезболивающем действии фенилаланина, в особенности его DL-формы, при артритах, болях в спине и болезненных менструациях. Производя и активируя морфиноподобные гормоны, называемые эндорфинами, он усиливает и продлевает естественные противоболевые механизмы организма при повреждениях, несчастных случаях и болезнях.

Так, фенилаланин замедляет расщепление в организме эндорфинов и других природных обезболивающих веществ, в результате чего их действие длится дольше. Кроме того, фенилаланин уменьшает воспаление и способен усиливать действие обезболивающих препаратов. Определенные ферментные системы в организме постоянно разрушают эндорфины, но DL-фенилаланин эффективно подавляет эти ферменты, давая возможность болеутоляющим эндорфинам делать свое дело. Многие люди, которые не реагируют на обычные болеутоляющие, реагируют на DL-фенилаланин. Люди, страдающие хроническими болями, имеют сниженную активность эндорфина в крови и спинномозговой жидкости. Поскольку DL-фенилаланин может восстанавливать нормальные уровни эндорфинов, он может помочь организму уменьшить боль естественным образом – без приема лекарств. Более того, поскольку DL-фенилаланин может избирательно блокировать боль, он может устранять хронический застарелый дискомфорт, оставляя незатронутыми естественные защитные механизмы организма против острой кратковременной боли (при ожогах, порезах и т.д.). Действует как естественное болеутоляющее средство при некоторых повреждениях шейного отдела позвоночника (как от сотрясения при аварии), остеоартрите, ревматоидном артрите, болях в пояснице, мигрени, судорогах мышц рук и ног, болях после операции, невралгии.

Обнаружено, что эффективнее всего действуют суточные дозы в 1-3 г фенилаланина при условии одновременного исключения из рациона продуктов, способствующих развитию воспалительных процессов (в том числе сахара, сафлорового, кукурузного и подсолнечного масел, а также пережаренной пищи). Предупреждение насчет масел не относится к маслам, содержащим эссенциальные жирные кислоты омега-3, которые обладают противовоспалительным действием. Установлено, что обезболивающее действие DL-фенилалалина ощущается уже с первого дня приема, тогда как эффект от диетических ограничений появляется лишь через определенное время [25].

Эффект от DL-фенилаланина зачастую равен или превосходит эффект морфина и других производных опиума, но DL-фенилаланин отличается от обезболивающих и наркотических лекарств тем, что: не вызывает привыкания; затихание боли со временем становится более эффективным (без появления привыкания); имеет выраженное антидепрессантное действие; может обеспечить продолжительное (до месяца) облегчение боли без дополнительного лечения; не токсичен; может комбинироваться с другими лекарственными препаратами или терапией для большего эффекта и без неблагоприятного взаимодействия.

Многие люди, которые не реагируют на обычные болеутоляющие средства, реагируют на DL-фенилаланин!

Витилиго. В ряде исследований был сделан вывод о способности L-фенилаланина содействовать восстановлению пигментации кожи и уменьшать обесцвеченные пятна при витилиго. При этом заболевании фенилаланин почти так же эффективен, как и L-тирозин. Неплохо зарекомендовали себя кремы с фенилаланином, но для достижения лучшего результата необходимо использовать фенилалалин в сочетании с медью, необходимой организму для выработки меланина – естественного пигмента кожи.

Неврологические заболевания. Более двадцати лет назад ученые обнаружили, что эта аминокислота существенно уменьшает проявление ряда симптомов болезни Паркинсона (в частности, депрессии, расстройства речи, трудностей при ходьбе и ригидности конечностей). Однако действие фенилаланина не распространялось на один из основных симптомов паркинсонизма – дрожание рук. Участники экспериментов принимали по 1250 мг фенилаланина дважды в день на протяжении четырех недель. Данных о повторении этих исследований нет.


Каталог: bitstream -> 123456789 -> 8728
123456789 -> Учебное пособие Харьков 2012 министерство здравоохранения украины
123456789 -> Учебное пособие для иностранных студентов высшых фармацевтических учебных заведений и фармацевтических факультетов
123456789 -> Медицинская психология рабочая тетрадь для самостоятельной работы студентов медицинского факультета
123456789 -> Случай абсцедирующего менингоэнцефалита
123456789 -> В., Золотухина Г. А. Облитерирующий бронхиолит у детей
123456789 -> Роль полиморфизма гена Met235Thr ангиотензиногена в патогенезе хронической сердечной недостаточности и ожирения у больных ишемической болезнью сердца
123456789 -> Современные методы и апаратно-программные комплексы для оценки адаптационных возможностей и уровня здоровья организма человека
123456789 -> Учебное пособие для студентов V курса медицинских вузов IV уровня аккредитации Харьков хнму 2009
123456789 -> Практикум по русскому языку для студентов II курса стоматологического факультета


Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   10




База данных защищена авторским правом ©zodorov.ru 2020
обратиться к администрации

    Главная страница