Аргинин: структурная формула и биосинтез

Аргинин – условно незаменимая аминокислота. В принципе, аргинин синтезируется в организме человека, поэтому его нельзя отнести к полностью незаменимым питательным веществам, но потребность в нем намного больше, чем может дать собственное производство, особенно в детском возрасте, поэтому он обязательно должен поступать в достаточном количестве с продуктами питания. Для детей аргинин считается незаменимой аминокислотой.

Вместе с  меньшим братом лизином, аргинин относится к группе диаминомонокарбоновых аминокислот, т.е. он имеет две аминных головы по обе стороны углеродного скелета, дополнительно аминная группа NH пристроилась к конечному атому углерода, и еще одна молекула азота разрывает углеродный скелет после четвертого атома углерода, т.е. аргинин имеет  в своем составе не одну молекулу азота, как большинство аминокислот, не две, как меньшой брат лизин, а целых четыре. Это имеет большое значение для работы в организме. Аргинин – аминокислота, обладающая основными свойствами, рН – 9,7-10, 7.

Структурная формула аргинина

L-аргинин D-аргинин

В зависимости от положения аминной головы относительно углеродного скелета, аминокислота аргинин может иметь различные конфигурации (изомеры), которые условно называют «левые» — L и «правые» — D, ибо они относятся друг к другу как левая и правая рука. В организме могут работать только левые L- изомеры аминокислот. При химическом синтезе образуется равное количество как L, так и D- изомеров, конечный продукт требует дополнительной очистки от балласта, а это дополнительные затраты.  Чем чище аминокислота, тем дороже она стоит.

Биологическая потребность

Суточная потребность в аргинине составляет: для детей – 4 г., для взрослых – 5-6 г.

Биосинтез аргинина

Аргинин синтезируется в организме человека в процессе обезвреживания аммиака. Аммиак NH3 постоянно образуется при мышечной работе в процессе превращения аминокислот в сахара. Это ядовитое соединение, и чтобы не произошло отравления клеток, его необходимо превратить в безопасные вещества. Одним из путей связывания аммиака является синтез мочевины, который происходит в печени, единственном органе, который содержит аргиназу – фермент, расщепляющий аргинин.

Процесс синтеза мочевины, побочным продуктом которого является аргинин, известен как орнитиновый цикл Кребса – Гензелейта. Реакции орнитинового цикла происходят в митохондриях и цитоплазме клеток печени.

В митохондриях печени аммиак соединяется с углекислым газом и водой под воздействием фермента карбамоилфосфатсинтетазы в присутствии ионов Магния и используя энергию двух молекул АТФ.

Образуется вещество карбамоилфосфат.

Затем аминогруппа с карбамоилфосфата переносится на аминокислоту орнитин, в результате чего получается аминокислота цитруллин.

Цитруллин выходит из митохондрий в цитоплазму клеток печени, где происходят дальнейшие превращения: он соединяется с аспартатом (аспарагиновой кислотой) образуя  аргининосукцинат, иначе говоря,  аргининоянтарную кислоту.

Наконец, аргининосукцинат расщепляется на фумарат и аргинин.

Вот и  образовался аргинин. Но в печени под воздействием фермента аргиназы в присутствии ионов Кальция и Магния аргинин распадается с образованием мочевины и аминокислоты орнитина.

Орнитин вновь вступает в реакцию с карбамоилфосфатом, и цикл крутится дальше.

Аммиак поставляется в печень с кровью по воротной вене, но может образовываться в митохондриях при отщеплении аминной головы глутаминовой кислоты, которая является основным переносчиком аминных групп по организму.

Полный набор ферментов орнитинового цикла есть только в клетках печени, но в почках есть ферменты, образующие и расщепляющие аргинино-янтарную кислоту, т.е. в клетках почек тоже может образовываться аргинин из цитруллина. Аргинин из почек поступает в разные органы и ткани организма человека, в том числе в печень, где расщепляется с образованием мочевины.

Аргинин является предшественником для синтеза пролина – аминокислоты, образующей коллаген, и глутаминовой кислоты – основного интегратора аминных групп в организме человека. Справедливо и обратное положение: глутаминовая кислота (глутамат) является предшественником орнитина, а тот,  в свою очередь, необходим для синтеза аргинина.