Przemiany kataboliczne aminokwasów

Metabolizm białek
Ogólny schemat metabolizmu bialek
Trawienie białek i absorpcja aminokwasów w przewodzie
pokarmowym
w żołądku –(niskie pH ~2, rola HCl)- hydratacja, homogenizacja,
denaturacja białek i wstępna degradacja do mniejszych peptydów przez
pepsynę
w świetle jelita cienkiego (pH ~7-8), intensywna degradacja
oligopeptydów do krótkich peptydów i aminokwasów przez
endopeptydazy (rozkład wiązania peptydowego wewnątrz łańcucha
polipeptydowego przez enzymy trzustkowe: trypsynę, chymotrypsynę) i
egzopeptydazy (rozkład wiązań peptydowych z jednego lub drugiego
końca łańcucha polipeptydowego przez karboksypeptydazy,
aminopeptydazy, dipeptydazy)
wchłanianie aminokwasów przez komórki nabłonka jelita cienkiego (kotransport z jonami Na+) i transport żyłą wrotną do wątroby i dalej do
krążenia ustrojowego.
Bilans azotowy
Organizm człowieka nie magazynuje azotu, który jest niezbędny do
syntezy białek i innych, ważnych związków azotowych o znaczeniu
fizjologicznym.
Bilans azotowy to różnica pomiędzy dzienną ilością azotu przyjętego
wraz z dietą, głównie wraz z białkami (Nabs) a ilością azotu wydalonego z
moczem (Nwyd), głównie z formie mocznika, jonów amonowych,
kreatyniny i kwasu moczowego.
U zdrowych osób dorosłych:
(Nabs-Nwyd)=0 (równowaga azotowa)
U dzieci, młodzieży w okresie wzrostu, ciąży, budowy masy mięśniowej:
(Nabs-Nwyd)>0 (dodatni bilans azotowy)
U osób niedożywionych, w diecie ubogo-białkowej, w wyniszczających
chorobach:
(Nabs-Nwyd) <0 (ujemny bilans azotowy)
Aminokwasy egzogenne (niezbędne) i endogenne
endogenne
egzogenne
Alanina
Arginina*
Asparagina
Histydyna
Asparaginian
Izoleucyna
Cysteina
Leucyna
Glutaminian
Lizyna
Glutamina
Metionina
Glicyna
Fenyloalanina*
Prolina
Treonina
Seryna
Tryptofan
Tyrozyna
Walina
Aminokwasy glikogenne i ketogenne
Aminokwasy glikogenne –to aminokwasy, które mogą być
wykorzystane w wątrobie do syntezy glukozy.
Aminokwasy ketogenne to aminokwasy, które mogą być
użyte do tworzenia ciał ketonowych (kwas -hydroksymasłowy, acetooctan, aceton).
Aminokwasy glikogenne i ketogenne
Glikogenne
Alanina
Arginina
Kwas asparaginowy
Asparagina
Cysteina
Kwas glutaminowy
Glutamina
Glicyna
Histydyna
Prolina
Hydroksyprolina
Metionina
Seryna
Treonina
Walina
(Sciśle)
Ketogenne
Leucyna
Lizyna
Glikogenne i
ketogenne
Izoleucyna
Fenyloalanina
Tryptofan
Tyrozyna
Przemiany aminokwasów
Transaminacja:
Transaminacja jest reakcją odwracalnej przemiany
polegającej na przeniesieniu grupy aminowej (-NH2) z
aminokwasu (donor grupy -NH2) na ketokwas (akceptor
grupy -NH2), w wyniku której aminokwas przekształca się w
swój ketoanalog (ketokwas), a akceptor grupy -NH2 – w
odpowiedni aminokwas. Reakcja jest katalizowana przez
transaminazy (enzymy należące do klasy transferaz), których
koenzymem jest fosforan pirydoksalu (PLP).
Mechanizm reakcji transaminacji:
Grupa aminowa (-NH2) aminokwasu biorącego udział w tej reakcji
reaguje z PLP tworząc tzw. zasadę Schiffa, co w wyniku kolejnych
przemian prowadzi do powstania pirydoksaloaminy (PMP) oraz
pochodnej ketonowej aminokwasu (α-ketokwasu , czyli ketoanalogu
aminokwasu).
PLP-pochodna witaminy B6
PMP-pirydoksaloamina
Pirydoksaloamina (PMP) może reagować z ketokwasem
(α-ketoglutaranem, szczawiooctanem, lub pirogronianem), w
wyniku czego tworzą się, odpowiednio, glutaminian, asparaginian
lub alanina.
Głównym akceptorem grup aminowych jest α-ketoglutaran,
ponieważ glutaminian będący produktem tej reakcji może być
poddany dezaminacji oksydacyjnej umożliwiającej definitywne
oderwanie grupy aminowej w formie amoniaku (NH3). Szkielety
węglowe ketokwasów uzyskane w wyniku transaminacji mogą
włączać się do przemian katabolicznych w celu produkcji energii
lub służyć jako substraty do syntezy glukozy lub kwasów
tłuszczowych.
Dezaminacja oksydacyjna glutaminianu
Utlenienie glutaminianu przez dehydrogenazę glutaminianową jest główną
reakcją umożliwiającą usunięcie N z ustrojowej puli aminokwasów w
formie amoniaku (NH4+). Akceptorami wodorów w tej reakcji utlenienia są
NAD+ lub NADP+ .
Poniżej pokazano schemat przedstawiający rolę transaminaz w kierowaniu N
aminowego na glutaminian. W wyniku deaminacji oksydacyjnej
katalizowanej przed dehydrogenazę glutaminianową powstaje α-ketoglutaran
oraz NH4+.
Cykl mocznikowy
przebiega w wątrobie, a w wyniku tej reakcji silnie toksyczny
amoniak zostaje przekształcony do mniej toksycznego mocznika.
Pierwszy etap reakcji to synteza
karbamoilo-fosforanu z NH3 i
HCO3 katalizowana przez syntazę
karbamoilo fosforanu kosztem energii
uwolnionej z rozkładu 2 cząsteczek
ATP. Reakcja ta, zlokalizowana w
mitochondriach, jest nieodwracalna..
Dalszy przebieg reakcji ma charakter cykliczny, początkowo
przebiega w mitochondrium (do powstania cytruliny), a następnie
w cytoplazmie (gdzie powstaje mocznik).
Enzymy
w mitochondrium
:1. Karbamoilo
transferaza ornitynowa
Pozostałe 3 enzymy
-w cytoplazmie:
2. syntetaza
argininobursztynianowa
3. Liaza argininobursztynianowa
4. Arginaza
Powrót ornityny do
mitochondrium odbywa się przy
udziale transportera białkowego w
wewnętrznej błonie
mitochondrialnej uczestniczącego w
skoordynowanym przenoszeniu
cytruliny do cytoplazmy, a ornityny
do macierzy mitochondrialnej.



Fumaran (powstały z rozpadu arginino-bursztynianu) jest przekształcany do
szczawiooctanu przez enzymy cyklu Krebsa (fumarazę i dehydrogenazę
jabłczanową),
Szczawiooctan jest przekształcony do asparaginianu na drodze transaminacji,
co umożliwia ponowne włączenie się asparaginianu do reakcji cyklu
mocznikowego i odzyskanie 3 cząsteczek ATP
Dlatego bilans energetyczny cyklu mocznikowego (ilość energii zużyta na
przeprowadzenie NH3 w mocznik) wynosi : -1 ATP

Wrodzony brak któregoś z enzymów cyklu mocznikowego prowadzi do
hiperamonemii (podwyższony poziom amoniaku we krwi), co może
doprowadzić do śmierci lub znacznego upośledzenia umysłowego.
Przypuszczalny mechanizm neurotoksycznego działania podwyższonych stężeń
amoniaku :
 Wysoki poziom amoniaku aktywuje reakcję katalizowaną przez syntazę
glutaminową:
glutamate + ATP + NH3  glutamine + ADP + Pi
w wyniku czego spada stężenie kwasu glutaminowego, który jest ważnym
neuroprzekaźnikiem i prekursorem syntezy innego neuroprzekaźnika ( kwasu
gamma amino masłowego GABA)
 Spadek poziomu kwasu glutaminowego powoduje odwrócenie kierunku
reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę glutaminianu:
glutamate + NAD(P)+  -ketoglutarate + NAD(P)H + NH4+
co oznacza spadek poziomu -ketoglutaranu, podstawowego metabolitu cyklu
Krebsa, a w konsekwencji zaburzenie metabolizmu energetycznego w mózgu.