Транспорт аминокислот

Обеспечение физиологического транспорта аминокислот в клетку является важным условием нормальной жизнедеятельности клеток и субклеточных структур.

Видео: Биосинтез белков. (Научфильм, учебное видео СССР)

Наиболее перспективный метод исследования транспорта аминокислот через мембраны — радиоизотопный. В опытах с аминокислотами, меченными по 15N, установлено, что существует внутриклеточный запас свободных аминокислот, не входящих в белки, — аминокислотный фонд. Он пополняется за счет аминокислот внеклеточной жидкости, процессов превращения и синтеза аминокислот на других путях обмена, а также образования аминокислот при гидролизе белков.

С другой стороны, вследствие синтеза белка, других реакций (образование мочевины, пуринов, креатина) происходит постоянное удаление аминокислот из внутриклеточного фонда.

Видео: Матрица аминокислот Биошейп Противити врач Ольга Бутакова

Данные исследований свидетельствуют, что в большинстве клеток концентрация аминокислот в 5—6 раз выше уровня их во внеклеточной жидкости. Содержание и скорость проникновения аминокислот неодинаковы для различных клеток и тканей, но проникновение L-аминокислот происходит быстрее, чем D-изомеров. Система транспорта для большинства аминокислот общая, так как перенос одних аминокислот конкурентно тормозится другими. Выход аминокислот из клетки происходит преимущественно благодаря диффузии, а проникновение их в клетку является активным процессом, нуждается в энергии. Об этом свидетельствует высокая аккумуляция аминокислот в клетке против градиента концентрации, а также торможение этого процесса цианидом, 2,4-динитрофенолом и другими ингибиторами синтеза АТФ. Глюкоза как источник энергии повышает абсорбцию аминокислот. Транспорт аминокислот через мембраны важен в жизнедеятельности клетки, так как он обеспечивает клетку необходимыми субстратами для метаболических и синтетических процессов.

Аминокислоты перемещаются путем активного транспорта через мембраны большинства тканей животных, а также через мембраны ядер и митохондрий. Транспорт аминокислот связан с перераспределением электролитов и воды в тканях. Накопление большинства свободных аминокислот срезами тканей сопровождается транспортом ионов Na+ из инкубационной среды в срезы и одновременным набуханием последних.

В экспериментах подтверждена роль концентрационного градиента Na между клеткой и внеклеточной жидкостью в активном транспорте аминокислот. К оказывает на транспорт аминокислот эффект, противоположный Na.

На тесную взаимосвязь между транспортом аминокислот и обменом электролитов указывают данные, что повышение уровня нейтральных аминокислот снижает концентрацию К в клетках саркомы Эрлиха в стехиометрических количествах (1:3).

Видео: Transport in Cells Active Transport, part – 2. Транспорт в клетках: Активный транспорт, часть – 2

Для поддержания нормального транспорта аминокислот необходимо определенное соотношение концентрации К+ и Na+, низкие и особенно высокие концентрации ионов подавляют накопление аминокислот срезами тканей и являются, таким образом, ингибиторами транспорта аминокислот. О связи активного транспорта электролитов и аминокислот в срезах тканей свидетельствует ряд фактов. Так, детергенты (дигитоксин, дезоксихолат) и специфические ингибиторы транспорта электролитов (тритон, оуабаин), вызывающие изменение структуры мембран и стимулирующие выход К из срезов в инкубационную среду с одновременным переходом Na и Cl в срезы, тормозят накопление аминокислот. Выход ионов К+ из клеток — необходимое условие для транспорта аминокислот.

Энергия АТФ не расходуется непосредственно на транспорт аминокислот. Она утилизируется главным образом на создание ионных градиентов в клеточных мембранах, которые обеспечивают транспорт аминокислот. В осуществлении этого участвуют различные ферменты системы (фосфокиназа, фосфопротеидфосфатаза, диглицеридкиназа). Существует предположение, что ферменты или другие вещества белковой природы выполняют роль систем «носителей» в транспорте аминокислот через мембраны. Специфическими носителями аминокислот могут быть также ионы тяжелых металлов вместе с пиридоксалем или пиридоксальфосфатом. Аминокислоты образуют с металлами стабильные хелаты, присоединяющиеся к пиридоксалю с образованием комплекса типа шиффовых оснований.

Транспорт аминокислот значительно определен химической структурой аминокислот. Различают специфические клеточные системы, транспортирующие следующие аминокислоты:

• Моноамино-монокарбоновые (нейтральные) — аланин, треонин, серин, лейцин, валин, изолейцин, тирозин, аспарагин, фенилаланин, гистидин, цистеин, триптофан, метионин, цитруллин, глицин, глутамин. В иностранных источниках их обозначают как A-системы (Alanin-system).
• Двуосновные аминокислоты и цистин (лизин, аргинин, орнитин, цистин) – известные под названием L-системы (Lysin- system).
• Дикарбоновые (кислые) — аспарагиновая и глютаминовая кислоты. Выявлены в почках млекопитающих.
• Иминокислоты (пролин, гидроксипролин) и глицин. Эта система обнаружена в брыжейке тонкой кишки.

Везде, где происходит транспорт аминокислот, наблюдается явление конкурентного торможения. Одни аминокислоты при внесении их в инкубационную среду снижают или полностью подавляют процесс накопления других. В срезах мозга а-аланин, ГАМК, глутамат, аспартат и глутамин подавляют транспорт метионина, серина и пролина- а-аланин, валин и лейцин тормозят поглощение глицина- р-аланин и фенилаланин не влияют на транспорт глицина, но тормозят поглощение серина и пролина- фенилаланин задерживает транспорт тирозина, аргинина и гистидина- J-аланин является сильным ингибитором транспорта пролина.

Тормозящее влияние одних аминокислот на транспорт других осуществляется путем прямой конкуренции различных аминокислот за транспортные системы (главный путь) или воздействием на уровень АТФ в тканях (второстепенный путь). Возможно существование прямой корреляции между структурой молекулы аминокислоты и ее тормозящим эффектом- для конкурентного торможения необходимо наличие аминной, карбоксильной групп. В клетках существует несколько участков для транспорта каждой аминокислоты, однако эти участки или центры специфичны не для отдельной аминокислоты, а для ее класса. В клетках мозга восемь центров для транспорта аминокислот: малых нейтральных, больших нейтральных, малых основных, больших основных, дикарбоновых, ГАМК, а-глютамата, иминокислот. В клетках почек имеются центры для аргинина, лизина и орнитина и центр для цистина. Природа и локализация в клетке этих специфических центров транспорта аминокислот еще не выяснена.

Транспорт аминокислот регулирует ряд факторов. Важным фактором, обеспечивающим поступление аминокислот в клетку и включение их в белковую молекулу, являются стероидные гормоны.

Начальный этап транспорта аминокислот в организме — перенос их из кишок в кровяное русло. Нарушения транспорта в этот период могут отразиться на последующем поступлении аминокислот в клетки, а следовательно, и на уровне белкового синтеза в тканях. На транспорт аминокислот влияют изменения распределения свободных аминокислот в тканях, наличие тканевых барьеров.

Видео: Креатин Dymatize Power Tech Спортивное питание (ERSport.ru)

Особенности транспорта аминокислот в различных тканях определяются спецификой структуры и функции тканей. Так, распределение свободных аминокислот в головном мозге иное, чем в плазме крови. У белых крыс в ткани мозга содержится глутамата, ГАМК, аспартата, таурина, серина больше, а лейцина, изолейцина, аргинина, валина, пролина, фенилаланина, треонина и триптофана — меньше, чем в плазме. Поглощение аминокислот срезами ткани головного мозга непосредственно связано с затратой энергии, использованием АТФ и окислением различных субстратов. Ингибиторы окислительных процессов, особенно окислительного фосфорилирования (азиды, цианиды, 2,4-динитрофенол), тормозят транспорт свободных аминокислот в срезы головного мозга, а добавление различных субстратов окисления в инкубационную среду (глюкоза, а-кетоглютарат, пируват, сукцинат) резко повышает интенсивность поглощения аминокислот.

Изучение механизмов транспорта свободных аминокислот имеет большое значение не только для понимания специфики аминокислотного фонда в различных тканях и его биохимических превращений, но и для выяснения причин заболеваний и эффективного их лечения.

В развитии многих патологических состояний в организме играет роль нарушение нормального снабжения тканей незаменимыми свободными аминокислотами. Причиною нарушения транспорта аминокислот может быть конкурентное торможение между различными аминокислотами, т. е. прямая конкуренция за транспортные системы. Так, при патологических состояниях, вызванных нарушением обмена ароматических и гетероциклических аминокислот в печени, в организме человека накапливается большое количество амино- и кетокислот. Например, при олигофрении образуется много фенилаланина и значительно увеличивается концентрация его в крови. Фенилаланин как сильный конкурентный ингибитор транспорта важнейших незаменимых аминокислот тормозит снабжение тканей тирозином, триптофаном, валином и лейцином. Аналогичный эффект наблюдается при экспериментальном тирозинозе (нагрузка тирозином) у животных.

Механизмы свободного транспорта аминокислот рассматриваются как возможные точки приложения действия гормонов и различных лекарств. Изучение этого аспекта аминокислотного транспорта лекарственных веществ имеет значение для создания эффективных лекарственных средств. Для лечения заболеваний используются не только аминокислоты, но и их производные. Аминокислоты вместе с кофакторами, участвующими в их превращении (пиридоксальфосфат, НАД, НАДФ), могут применяться для улучшения работоспособности мозга, устранения умственного перенапряжения. Являясь сильным конкурентным ингибитором транспорта свободных аминокислот, синтетическая L-аминоциклопептанкарбоновая кислота задерживает поступление их в клетки и, блокируя биосинтез белка, тормозит дальнейший рост опухоли, т. е. обладает определенными антиканцерогенными свойствами. Она не включается в белки и не подвергается химическим превращениям.