Ароматические аминокислоты - триптофан, фенилаланин и тирозин - важны как предшественники 5-гидрокситрилтамина и катехоламинов, играющих чрезвычайно важную роль в нейрональных процессах.
Триптофан является незаменимой аминокислотой и не синтезируется в мозге высших животных. В мозге триптофан может переаминироваться с использованием щавелевоуксусной кислоты в качестве акцептора аминогруппы, а также декарбоксилироваться. Физиологическое значение первой реакции неизвестно. Наиболее интересный нейрональный путь метаболизма триптофана, которой составляет всего 5% от общего метаболизма триптофана в организме - это образование серотонина и мелатонина.
Первая ступень этого процесса - гидроксилирование триптофана в 5-м положении - катализируется триптофан-5-гидро-ксилазой. Энзим требует молекулярного кислорода и тетрагидробиоптерина в качестве кофактора. Этот фермент локализован исключительно в серотонинергических нейронах мозга. Он не полностью насыщен своим субстратом в мозге, Км для триптофангидроксилазы заднего мозга - 50 мкМ, а содержание триптофана там - 30 мкМ. Поэтому даже физиологические вариации уровня триптофана мозга влияют на синтез серотонина, а нагрузки триптофаном изменяют поведенческие реакции животных. Катехоламины являются сильными ингибиторами энзима, что говорит о тесной взаимосвязи между катехольными и индольными путями образования биоаминов.
Вторая ступень катализируется 5-окситриптофандекарбокси-лазой и ведет к образованию серотонина. В эпифизе серотонин при участии специфической ацетилтрансфера-зы ацетилируется с образованием N-ацетилсеротонина; последний подвергается О-метилированию с участием фермента метилтрансферазы, используя в качестве донора метильной группы S аденозилметионин При этом образуется гормон эпифиза мелатонин. Активность двух последних ферментов ответственна за изменение светового - темнового цикла у животных и зависит от циркадного ритма.
На содержание триптофана, а следовательно, и серотонина в мозге оказывает влияние характер используемой пищи; оно возрастает при приеме полноценных белков и богатой углеводами пищи. Углеводы стимулируют освобождение инсулина, который способствует поступлению в мышцы, а следовательно, удалению из циркуляции разветвленных аминокислот - конкурентов ароматических аминокислот за транспортные системы ГЭБ мозга. Таким образом, снижение уровня разветвленных аминокислот в плазме крови приводит к повышению транспорта ароматических аминокислот в мозг. Влияние пищи на поведение людей многие исследователи связывают отчасти с изменением уровня ароматических аминокислот в мозге, а отсюда и уровня биогенных аминов.
Запасы триптофана у животных составляют лишь 2-4% от дневной нормы, поэтому небольшие различия в скорости синтеза и катаболизма белка в зависимости от диеты или гормонального состояния могут вызвать большие изменения в уровне свободного триптофана. В регуляции уровня триптофана, а следовательно, и серотонина в мозге большую роль играет также кинурениновый путь катаболизма триптофана, реализующийся в печени. Этот путь инициируется триптофанпирролазой - печеночным ферментом, который использует главным образом триптофан из пищи и индуцируется как своим субстратом триптофаном, так и глюкокортикоидами. Гормон роста, напротив, предотвращает индукцию триптофанпирролазы триптофаном. Таким образом, триптофанпирролаза печени способствует удалению избытка триптофана из плазмы крови, что, в свою очередь, минимизирует изменение содержания триптофана в мозге.
Фенил аланин также является незаменимой аминокислотой и не синтезируется в мозге высших животных. В мозге происходит трансаминирование и декарбоксилирование фенилаланина. Эти реакции катализируются N-тирозин-2-оксоглутаратаминотранс-феразой и ДОФА-декарбоксилазой.
Главный путь метаболизма фенилаланина в целом организме - его гидроксилирование до тирозина с участием фермента фенилалашш-4-гидроксилазы - не обнаружен в мозге. Другие энзимы, присутствующие в мозге, могут катализировать гидроксилирование лишь небольшой части фенилаланина. Печеночная система гидроксилирования фенилаланина тщательно изучена, так как ее нарушение ведет к самому распространенному и тяжелому заболеванию, связанному с метаболизмом аминокислот, - фенилкетонурии. Система состоит из самой гидроксилазы, неконъюгированного птеридинового кофактора и пиридинсвязанной редуктазы для рециклизирования птеридинового кофактора. Гидроксилаза - сложный железосодержащий белок - является классической монооксигена-зой, требующей молекулярного кислорода в качестве окислителя, и L-эритротетрагидробиоптерина в качестве восстановителя. Второй энзим системы - дегидроптеринредуктаза - катализирует рециклизацию окисленного кофактора, используя НАДФН как источник электронов.
Прочие статьи:
Типологическая концепция расы
На протяжении многих лет изучение человеческих рас было тихой заводью биологической науки. Различие в цвете кожи между населением Африки и Европы, Европы и Азии так демонстративно бросалось в глаза, что его не могли не оценить уже первые ...
Естественный отбор
Однако о правильности постулатов генетики должно быть сказано гораздо больше. Далекие от того, чтобы поддержать эволюционную теорию, исследования последних семидесяти лет приводят к единственному выводу: эволюция происходить не могла, ...
Об основах теории интегративно-структурных слоев материи
19 ноября 2010 г. Великому
русскому ученому, философу и
поэту М.В.Ломоносову
исполняется 299 лет
со дня рождения.
Эта работа построена на идеях русского мыслителя и ученого Михаила Васильевича Ломоносова, о котором сегодня столь мало ...