Proces odštěpení karboxylové skupiny aminokyselin ve formě CO 2 se nazývá dekarboxylace. I přes omezený rozsah aminokyselin a jejich derivátů, které podléhají dekarboxylaci v živočišných tkáních , mají výsledné reakční produkty - biogenní aminy (tzv. "kadaverické jedy") - silný farmakologický účinek na mnoho fyziologických funkcí lidí a zvířat. V živočišných tkáních byla zjištěna dekarboxylace těchto aminokyselin a jejich derivátů: tyrosin , tryptofan , 5-hydroxytryptofan, valin , serin , histidin , glutamová a γ-hydroxyglutamová kyselina, 3,4-dioxyfenylalanin, cystein , arginin , ornitin , S-adenosylmethionin a kyselina α-aminomalonová. Kromě toho byla v mikroorganismech a rostlinách objevena dekarboxylace řady dalších aminokyselin.
V živých organismech byly objeveny 4 typy dekarboxylace aminokyselin:
1. α-Dekarboxylace, charakteristická pro živočišné tkáně, při které se karboxylová skupina odštěpuje z aminokyselin , stojících vedle atomu α-uhlíku. Produkty reakce jsou CO2 a biogenní aminy :
2. ω-dekarboxylační charakteristika mikroorganismů . Například α-alanin vzniká z kyseliny asparagové tímto způsobem:
3. Dekarboxylace spojená s transaminační reakcí:
Tato reakce produkuje aldehyd a novou aminokyselinu odpovídající původní keto kyselině .
4. Dekarboxylace spojená s reakcí kondenzace dvou molekul:
Tato reakce v živočišných tkáních probíhá při syntéze kyseliny δ-amino-levulové z glycinu a sukcinyl-CoA a při syntéze sfingolipidů , stejně jako v rostlinách při syntéze biotinu.
Dekarboxylační reakce, na rozdíl od jiných procesů intermediárního metabolismu aminokyselin, jsou nevratné. Jsou katalyzovány specifickými enzymy - dekarboxylázami aminokyselin, které se od dekarboxyláz α-ketokyselin liší jak proteinovou složkou, tak povahou koenzymu. Aminokyselinové dekarboxylázy se skládají z proteinové části, která zajišťuje specificitu účinku, a prostetické skupiny , představované pyridoxalfosfátem (PP), jako u transamináz.
Stejný koenzym se tedy účastní dvou zcela odlišných procesů metabolismu aminokyselin. Výjimkou jsou dvě dekarboxylázy: histidindekarboxyláza Micrococcus a Lactobacilus a adenosylmethionindekarboxyláza E. coli , které obsahují místo PP zbytek kyseliny pyrohroznové.
Mechanismus dekarboxylační reakce aminokyselin je v souladu s obecnou teorií pyridoxalové katalýzy redukován na tvorbu komplexu PP-substrát, reprezentovaný, stejně jako v transaminačních reakcích, Schiffovou bází PP a aminokyselin:
Vznik takového komplexu v kombinaci s určitým stažením elektronů proteinovou částí molekuly enzymu je doprovázen labilizací jedné ze tří vazeb na atomu uhlíku α, díky čemuž je aminokyselina schopna vstoupit do reakce transaminace (a), dekarboxylace (b) a aldolového štěpení (c).
Následují některé příklady dekarboxylace aminokyselin, zejména těch, jejichž reakční produkty mají silný farmakologický účinek. Jedním z dobře prozkoumaných enzymů je dekarboxyláza aromatických aminokyselin. Nemá striktní substrátovou specifitu a katalyzuje dekarboxylaci L-izomerů tryptofanu, 5-hydroxytryptofanu a 3,4-dioxyfenylalaninu (DOPA); reakčními produkty, kromě C02 , jsou tryptamin, serotonin a dihydroxyfenylethylamin ( dopamin ).
Dekarboxyláza aromatických aminokyselin byla získána v čisté formě (mol. hm. 112 000), koenzym - PF. Ve velkém množství se nachází v nadledvinách a centrálním nervovém systému , hraje důležitou roli v regulaci obsahu biogenních aminů. Serotonin vytvořený z 5-hydroxytryptofanu se ukázal jako vysoce aktivní biogenní amin s vazokonstrikčním účinkem. Serotonin reguluje krevní tlak , tělesnou teplotu , dýchání , renální filtraci a je mediátorem nervových procesů v centrálním nervovém systému. Někteří autoři se domnívají , že serotonin se podílí na vzniku alergií , dumpingového syndromu , toxikózy těhotných žen , karcinoidního syndromu a hemoragické diatézy .
Produkt dekarboxylázové reakce dopamin je prekurzorem katecholaminů (norepinefrin a adrenalin). Zdrojem DOPA v těle je tyrosin, který se působením specifické hydroxylázy přeměňuje na 3,4-dihydroxyfenylalanin. Tyrosin-3-monooxygenáza byla objevena v nadledvinách, mozkové tkáni a periferním nervovém systému . Protetická skupina tyrosinmonooxygenázy, stejně jako dopaminmonooxygenáza (poslední jmenovaná katalyzuje přeměnu dopaminu na noradrenalin), je tetrahydrobiopterin, který má následující strukturu:
Fyziologická role tyrosin-3-monooxygenázy je extrémně velká, protože reakce katalyzovaná tímto enzymem určuje rychlost biosyntézy katecholaminů, která reguluje aktivitu kardiovaskulárního systému . V lékařské praxi jsou široce používány inhibitory dekarboxylázy aromatických aminokyselin, zejména α-methyldopa (Aldomet), která způsobuje pokles krevního tlaku.
V živočišných tkáních probíhá dekarboxylace histidinu vysokou rychlostí působením specifické dekarboxylázy.
Histamin má široké spektrum biologických účinků. Mechanismem účinku na cévy se výrazně liší od ostatních biogenních aminů, protože má vazodilatační vlastnost. V oblasti zánětu se tvoří velké množství histaminu, který má určitý biologický význam. Histamin tím, že způsobuje vazodilataci v ohnisku zánětu, urychluje příliv leukocytů a přispívá k aktivaci obranyschopnosti těla . Kromě toho se histamin podílí na sekreci kyseliny chlorovodíkové v žaludku , která je široce používána na klinice při studiu sekreční aktivity žaludku (histaminový test). Přímo souvisí s jevy senzibilizace a desenzibilizace . Při zvýšené citlivosti na histamin v klinice se používají antihistaminika ( difenhydramin atd.), která ovlivňují vaskulární receptory. Histaminu je také připisována role mediátoru bolesti. Syndrom bolesti je složitý proces, jehož podrobnosti nejsou dosud objasněny, ale o účasti histaminu na něm nelze pochybovat.
V klinické praxi je navíc široce používán produkt α-dekarboxylace kyseliny glutamové, kyselina γ-aminomáselná (GABA). Enzym katalyzující tuto reakci (glutamát dekarboxyláza) je vysoce specifický.
Zájem o GABA je způsoben jejím inhibičním účinkem na činnost centrálního nervového systému. Především GABA a glutamát dekarboxyláza se nacházejí v šedé hmotě mozkové kůry, zatímco bílá hmota mozku a periferní nervový systém neobsahují téměř žádné z nich. Zavedení GABA do těla způsobuje difúzní inhibiční proces v kůře (centrální inhibice) a u zvířat vede ke ztrátě podmíněných reflexů. GABA se v klinice používá jako lék na některá onemocnění centrálního nervového systému spojená s prudkou excitací mozkové kůry. Takže u epilepsie je dobrý účinek (prudké snížení frekvence epileptických záchvatů) dán zavedením kyseliny glutamové. Jak se ukázalo, terapeutický účinek není způsobený samotnou kyselinou glutamovou, ale jejím produktem dekarboxylace, GABA.
Ve zvířecích tkáních jsou dva cysteinové deriváty, cysteová a cysteinsulfinová kyselina, také dekarboxylovány vysokou rychlostí. V procesu těchto specifických enzymatických reakcí vzniká taurin , který se v těle využívá k syntéze párových žlučových kyselin.
Je třeba poukázat na dva nedávno objevené enzymy v živočišných tkáních, které katalyzují dekarboxylaci ornithinu a S-adenosyl-methioninu : ornitindekarboxylázu a adenosylmethionindekarboxylázu.
Význam těchto reakcí pro živočišné tkáně je obrovský, protože reakční produkty se využívají k syntéze polyaminů - spermidinu a sperminu .
Polyaminy, mezi které patří také diamin putrescin, hrají důležitou roli v procesech buněčného růstu a diferenciace , v regulaci DNA , RNA a syntézy proteinů, stimulují transkripci a translaci, i když specifický mechanismus jejich účasti v těchto procesech není vždy Průhledná.
Biogenní aminy jsou tedy silné farmakologicky účinné látky, které všestranně působí na fyziologické funkce organismu. Některé biogenní aminy jsou široce používány jako léčiva.
Rozklad biogenních aminů. Akumulace biogenních aminů může nepříznivě ovlivnit fyziologický stav a způsobit řadu významných dysfunkcí v organismu. Orgány a tkáně, stejně jako celý organismus, však mají speciální mechanismy pro neutralizaci biogenních aminů, které se obecně redukují na oxidativní deaminaci těchto aminů s tvorbou odpovídajících aldehydů a uvolňováním amoniaku:
Enzymy, které tyto reakce katalyzují, se nazývají monoaminové a diaminoxidázy. Podrobněji byl studován mechanismus oxidativní deaminace monoaminů . Tento enzymatický proces je nevratný a probíhá ve dvou fázích:
R-CH2- NH2 + E -FAD + H20 -→ R-CHO + NH3 + E-FADH 2 (1)
E-FADH 2 + O 2 -→ E-FAD + H 2 O 2 (2)
První (1), anaerobní, stupeň je charakterizován tvorbou aldehydu, amoniaku a redukovaného enzymu. Ten je v aerobní fázi oxidován molekulárním kyslíkem. Vzniklý peroxid vodíku se dále rozkládá na vodu a kyslík. Monoaminoxidáza (MAO), enzym obsahující FAD lokalizovaný převážně v mitochondriích , hraje v těle extrémně důležitou roli tím, že reguluje rychlost biosyntézy a degradace biogenních aminů. Některé inhibitory monoaminooxidázy ( ipraniazid , harmin , pargylin ) se používají při léčbě hypertenze , deprese , schizofrenie atd.