5. Аминокислоты: метаболизм и функции

В живых организмах создается аминокислотный фонд, величина которого во взрослом состоянии при физиологических условиях остается постоянной. Его количество соответствует разнице между аминокислотами, поступающими из экзо- и эндогенных источников, а также расходом их в анаболических и катаболических процессах [8, 46.].

Продукты гидролиза белков всасываются в желудочно-кишечном тракте человека в основном в виде свободных аминокислот. Система транспорта для большинства аминокислот общая. Изучение кинетики всасывания АК в кишечнике в опытах in vivo и in vitro свидетельствует, что аминокислоты всасываются свободно с ионами натрия [8]. Выход аминокислот из клетки происходит преимущественно благодаря диффузии. Энергия АТФ не расходуется непосредственно на транспорт аминокислот, а утилизируется на создание новых градиентов в клеточных мембранах для его обеспечения [46]. Транспорт аминокислот через клеточные мембраны с помощью специфических клеточных систем определяется их химической структурой.

На рис. 4 отражены многообразные пути метаболизма АК после всасывания в кишечнике.

Необходимо отметить, что совместное присутствие некоторых АК приводит к конкурентному торможению их всасывания. Тормозящее влияние одних на транспорт других осуществляется путем прямой конкуренции за транспортные системы.

Так, в присутствии Лиз тормозится всасывание аргинина, но не изменяется всасывание Ала, Лей и Глу. L-Ала и Глу подавляют транспорт Мет и серина (Сер), а L - Ала и Вал замедляют утилизацию Лей; β - Ала и Фен тормозят поглощение Сер и пролина. Фен как сильный конкурентный ингибитор транспорта важнейших незаменимых аминокислот тормозит снабжение тканей Тир, Трип, Вал и Лей [8].

Аминокислотный обмен непосредственно связан с синтезом и распадом белковых соединений, вовлечения АК в обменные процессы, путей превращения каждой из них, обусловлен метаболизмом тканей, состоянием клеточных мембран, гемато-энцефалического барьера (ГЭБ) [8, 128, 131].

При этом живые организмы обладают постоянным резервом свободных аминокислот, содержащихся в тканях и во внутриклеточной жидкости, они находятся в динамическом равновесии при многочисленных обменных реакциях с аминокислотами, входящими в состав белков [8].

Рис.4 Пути метаболизма аминокислот в организме человека

Аминокислотный «спектр» сыворотки крови примерно соответствует аминокислотному составу свободных АК в органах и тканях (таб. 3) [46].

Содержание аминокислот в сыворотке крови влияет на метаболизм и зависит от состояния систем транспорта через клеточные мембраны, pH, температуры, электролитного обмена и гормональной регуляции, возрастных особенностей организма, а так же возникновения и развития патологии [128, 131,133]. Однако, данных о возрастных изменениях содержания аминокислот в сыворотке крови и

тканях организма немногочисленны. Установлено, что с возрастом ослабевает транспорт аминокислот в клетки из-за снижения синтеза транспортных белков [26].

Установлено, что в головном мозге с возрастом достоверно уменьшается количество Асп, Тир, Мет, Вал. Отмечается тенденция к снижению уровня Глу [26].

Таблица 3

Концентрация свободных аминокислот в сыворотке крови человека

Для биологических систем характерно сочетание процессов синтеза и распада, в связи с чем актуальном является изучение взаимосвязи аминокислот и других участников метаболизма, в частности, действия липидов на данные процессы.

Липидный обмен - сложная интегративная система, отдельные звенья которой находятся в постоянном динамическом равновесии. Изменение липидного

состава ведет к изменениям функций организма, что позволяет использовать некоторые его показатели для характеристики состояния органов и систем [28, 127].

Одним из наиболее универсальных патогенетических механизмов при различных психоневрологических патологических состояниях является повреждение биологических мембран [106].

Органические поражения головного мозга сопровождаются изменением количества различных фракций фосфолипидов и нарушение синтеза и распада сфингомиелина, фосфатидилхолина, фосфатидилсерина [112]. Фосфолипиды являются активной составной частью клеточных мембран и служат мощными антиоксидантами, предотвращая патологическое воздействие липидных перекисей на мембраны [106]. Ряд исследований показал значение сфингомиелина в прогрессировании нейродегенеративных процессов и формировании болезни Альцгеймера [28, 127].

Анализ литературы показал недостаточное количество информации о метаболизме липидов при психической патологии у детей и подростков [119]. В то же время в терапии этого состояния преимущество должно отдаваться лекарственным препаратам с мембранотропным эффектом. К таим препаратам относится «Кортексин», представляющий собой смесь аминокислот и коротких пептидов, обуславливающих его биологические эффекты.

В частности, Глу является основным возбуждающим нейромедиатором центральной нервной системы. Глу может оказывать эффекты через метаботропные G-белки глутаматного рецептора. Дисфункция данной системы вовлечена в патологию многих заболеваний ЦНС: шизофрения, наркомания, болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера [128]. Весьма эффективным лекарственным препаратом является производное Глу - гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), она тормозит передачу нервного импульса в синапсах центральной нервной системы и влияет на обмен глюкозы, тканевое дыхание и окислительное фосфорилирование в головном мозге [2].

Доказано, что Гли, подобно ГАМК, является медиатором торможения в ЦНС [2].

Примечательно, что β-Ала так же является тормозным медиатором, действуя на те же рецепторы, что и Гли [69], при этом он является важным источником энергии для мышц, головного мозга и центральной нервной системы.

Имеются данные о благоприятном влиянии препаратов Гис на липидно­белковый обмен у больных атеросклерозом. Так же отмечается, что соотношение орнитин/гистидин можно использовать в качестве маркера почечной карциомы [116].

Установлено, что наследственная невропатия I типа приводит к увеличенной выработке нейротоксичного дезоксисфинголипида. Одним из наиболее эффективных путей терапии является внесение в пищу L-серина [100].

Глутамин- аминокислота с неразветвленной цепью, которая является важнейшим нетоксичным носителем азота в организме, выполняя функцию «азотного трансфера». Многочисленные исследования показывают уменьшения содержания данного вещества при онкологических заболеваниях, так как раковая опухоль является «глутаминовой ловушкой». Применение у пациентов при химиотерапии данной кислоты оказывает благотворное воздействие на печень, защищая ее от окислительных травм, за счет увеличения уровня глутатиона [101]. Положительные эффекты показало применение данного соединения в терапии воспалительных заболеваний кишечника, так как подавляет окислительный стресс, влияя на обмен триарбитуровой кислоты увеличивая синтез АТФ6, АТФ4 из мРНК [93].

Ряд исследований показали участие гомоцистеина в патогенезе гипергомоцистеинемии- факторе риска развития ишемической болезни крови. Последние данные говорят о дисфункции адипацитов при данной патологии, в том числе и адипонектина, что ведет к снижению чувствительности к инсулину.

Таким образом, многочисленные данные говорят о важности отдельных аминокислот для функционирования организма человека, изменение уровня которых приводит к возникновению различных патологических состояний. Однако, часто применение отдельных аминокислот не приводит к желаемому результату, и требует использования комбинированных препаратов, например, препаратов полипептидов коры головного мозга скота, состоящих из смеси аминокислот и микроэлементов (торговая марка «Кортексин» производитель: ООО «Герофарм»).

Кортексин содержит смесь аминокислот и комплекс низкомолекулярных водорастворимых полипептидных фракций, проникающих через ГЭБ непосредственно к нервным клеткам. Препарат оказывает ноотропное, нейропротекторное, антиоксидантное и тканеспецифическое действие.

Механизм действия препарата обусловлен активацией пептидов нейронов и нейротрофических факторов мозга; оптимизацией баланса метаболизма возбуждающих и тормозных аминокислот, дофамина, серотонина; ГАМКергическим воздействием; снижением уровня пароксизмальной судорожной активности мозга, способностью улучшать его биоэлектрическую активность; предотвращением образования свободных радикалов (продуктов перекисного окисления липидов).

Таким образом исследование влияния препарата, содержащего аминокислоты, входящих в состав препарата «Кортексин», на водную компонент сыворотки крови с помощью ИК-спектроскопии позволит более точно

осуществлять контроль за эффективностью проводимой терапии, а так же выявить новую фундаментальную информацию об опосредованном действии аминокислот на живые организмы, через его водную составляющую.