Появление, метаболизм и деградация D-аминокислот

Механизмы появления D-АК у млекопитающих основаны на потреблении D-АК с пищей, метаболизм кишечной флоры, спонтанную рацемизацию при старении и биосинтез с помощью рацемаз (рацемазы-

 

Рис.3.1. Неферментная рацемизация аспартата. Источник: статья А.В. Червякова и др. Роль D-аминокислот в патогенезе нейродегенеративных заболеваний и при нормальном старении.

 

 

Рис.3. 2.Реакция ферментативного окислительного дезаминирования D-АК. Источник: статья А.В. Червякова и др. Роль D-аминокислот в патогенезе нейродегенеративных заболеваний и при нормальном старении.

ферменты класса изомераз, катализирующие обратимое превращение стереоизомеров, в которых имеется один асимметрический атом углерода). К рацемазам относятся ферменты, катализирующие взаимопревращение L- и D-амино и оксикислот и их производных (например, взаимопревращение L- и D-аланинаа катализирует аланинрацемаза) [8]. D-аланин образуется за счет деятельности кишечных бактерий [7], а D-метионин поступает вместе с пищей. Биосинтетический путь наиболее подходит для D-аспартата. Деградация D-АК происходит путем окислительного дезаминирования флавинадениндинуклеотид (FAD)-содержащим ферментом DAАO (оксидаза D-АК-фермент, окисляющий D-аминокислоты. DAAO обнаруживается в пероксисомах и представляет собой FAD-содержащий флавопротеин). В результате такой реакции образуются H₂O₂и иминокислота. Далее иминокислота неферментативно гидролизуется до α-кетокислоты и иона аммония (рис. 3) [9]. Характерной особенностью всех DAАO является высокая специфичность именно к D-изомерам АК, в то время как с L-формами каталитическая активность практически не детектируется. Впервые DAАO была описана Кребсом в 1935 г. Этот фермент группирован из рацемизированных АК и аккумулирован в мозге [4]. DAАО состоит из белка и мРНК, широко встречается у животных, в особенности у млекопитающих, с наибольшей экспрессией в почках, печени и ЦНС и наименьшей – в периферических тканях. У эукариот его задача заключается в поддержании определенного уровня D-АК в клетке. Изменение активности DAAO в клетке влечет за собой существенные функциональные последствия. Было выявлено, что наличие избыточного количества некоторых D-АК в тканях мозга мышей способствует длительной потенциации (усиление синаптической передачи между двумя нейронами, сохраняющееся на протяжении длительного времени после воздействия на синаптический проводящий путь [10]) в гиппокампе и пространственному обучению. Проводилось обучение в водном лабиринте Морриса (принцип метода основан на помещении животного в бассейн с водой, из которого нет выхода, однако наблюдается невидимая подводная платформа с замутнённой водой, которая служит для животного убежищем и способом выбраться из воды. Мышь вынимают из бассейна и помещают в другую его точку. Таким образом, с каждым разом мышь находит убежище быстрее и более коротким путём [11]) обычных и мутантных мышей с нокаутом гена DAAO и показали, что мутантные животные обучались значительно быстрее, чем особи из контрольной группы [4].

Содержание D -аминокислот в нервной ткани в норме

В большинстве случаев концентрации D-АК составляют менее 1% от концентрации L-АК. Уровни D-АК напрямую зависят от возраста человека или животного, однако содержание D-аспартата в ЦНС всегда выше, чем в остальных тканях. Эксперимент, задачей которого являлось установление уровня D-АК в ЦНС животных был произведён японскими учёными. По их наблюдениям в процессе эмбрионального развития крыс D-аспартат сперва появляется в коре мозга, полосатом теле (часть конечного мозга), среднем, промежуточном мозге и мозжечке, в сниженных концентрациях – в мосте, продолговатом мозге. Концентрация D-аспартата в ЦНС у новорождённых крыс составила 164 нмоль/г (8.4% от общего количества) [5]. Таким образом, можно проследить зависимость: количество D-АК увеличивается пропорционально усложнению строения ЦНС от простого к более прогрессивному. Концентрация D-аспартата в лобной коре мозга человека на 14-й неделе гестации превышает концентрацию L-формы [6]. В мозге млекопитающих также были идентифицированы D-аланин, D-лейцин, D-пролин и D-глутамат, а в мозге грызунов и человека в значительных количествах был найден D-серин, концентрация которого снижается в процессе старения.