Če želite govoriti o dvajsetih aminokislin, ki sestavljajo beljakovine in modificirane strukture, je treba opisati vsaj dvanajst specializiranih presnovnih poti.
Toda zakaj celice uporabljajo veliko presnovnih poti, ki zahtevajo energijo (na primer za regeneracijo katalitskih mest encimov), vsaka z encimsko dediščino, da katabolizirajo aminokisline? Skoraj vse aminokisline lahko pridobimo s specializiranimi potmi, metaboliti, ki se v majhnem delu uporabljajo za proizvodnjo energije (npr. S pomočjo glukoneogeneze in poti ketonskih teles), ki pa predvsem vodijo v tvorbo kompleksnih molekul, z velikim številom atomov ogljika (na primer iz fenilalanina in tirozina se proizvajajo hormoni v nadledvičnih žlezah, ki so specializirane za ta namen); če bi po eni strani z lahkoto pridobivali energijo iz aminokislin, bi bilo na drugi strani zapleteno graditi kompleksne molekule, začenši z majhnimi molekulami: katabolizem aminokislin nam omogoča, da izkoristimo njihov skelet za pridobitev večjih vrst.
Dva ali tri unce aminokislin vsak dan razgradijo zdravi posamezniki: 60-100 g od njih izvira iz beljakovin, ki jih vnaša prehrana, toda več kot 2 unč je pridobljenih iz normalnega obnavljanja beljakovin, ki so sestavni del telesa (aminokisline). teh beljakovin, ki jih poškodujejo redoks procesi, nadomestijo drugi in se katabolizirajo).
Aminokisline dajejo energijski prispevek v smislu ATP: po odstranitvi α-amino skupine lahko preostali ogljikov skelet aminokislin po ustreznih transformacijah vstopi v krebsov cikel. Poleg tega, ko primanjkuje zalog hranil in se količina glukoze zmanjšuje, se aktivira glukoneogeneza: glukoneogenetske aminokisline se imenujejo tiste, ki se po ustreznih spremembah lahko vnesejo v glukoneogenezo; glukoneogenetske aminokisline so tiste, ki jih lahko pretvorimo v piruvat ali fumarat (fumarat se lahko pretvori v bolnika, ki pride iz mitohondrijev in se v citoplazmi pretvori v oksaloacetat, iz katerega lahko dobimo fosfoenol). Namesto tega naj bi bile tiste, ki jih lahko pretvorimo v acetil koencim A in kis acetat, ketogene aminokisline.
Pravkar opisan je zelo pomemben vidik, ker lahko aminokisline odpravijo pomanjkanje sladkorja v primeru takojšnjega postenja; če posta ostane, presnavlja lipide po dveh dneh (ker beljakovinskih struktur ni mogoče napadati veliko), je v tej fazi, ker je glukoneogeneza zelo omejena, maščobne kisline pretvorimo v acetil koencim A in ketonska telesa . Od nadaljnjega posta se možgani prilagodijo tudi uporabi ketonskih teles.
Prenos a-amino skupine iz aminokislin poteka preko reakcije transaminacije; encimi, ki katalizirajo to reakcijo, se imenujejo transaminaze (ali amino transferaze). Ti encimi uporabljajo encimski kofaktor, imenovan piridoksal fosfat, ki intervenira s svojo aldehidno skupino. Piridoksal fosfat je produkt fosforilacije piridoksina, ki je vitamin (B6) in se večinoma nahaja v zelenjavi.
Transaminaze imajo naslednje lastnosti:
Visoka specifičnost za par α-ketoglutarat-glutamata;
Ime so vzeli iz drugega para.
Transaminazni encimi vedno vključujejo α-ketoglutarat-glutamatni par in se odlikujejo po vključenem drugem paru.
Primeri:
Aspartat transaminaza ali GOT ( transaminaza glutamat-oksal acetata): encim prenese α-amino skupino iz aspartata v α-ketoglutarat, pri čemer dobiva oksalacetat in glutamat.
Alanin transaminaza, tj. GTP (glutamat-piruvatni transaminaza): encim prenese a-amino skupino iz alanina v α-ketoglutarat, ki dobiva piruvat in glutamat.
Različne transaminaze uporabljajo a-ketoglurat kot akceptor amino skupine aminokislin in ga pretvorijo v glutamat; medtem ko se aminokisline, ki se tvorijo, uporabljajo na poti ketonskih teles.
Ta vrsta reakcije se lahko odvija v obeh smereh, saj se zlomijo in nastanejo vezi z enako energijsko vsebnostjo.
Transaminaze so tako v citoplazmi kot v mitohondrijih (večinoma so aktivne v citoplazmi) in se razlikujejo po izoelektrični točki.
Tudi transaminaze lahko dekarboksilirajo aminokisline.
Obstajati mora način za pretvorbo glutamata v α-ketoglutarat: to se zgodi z deaminacijo.
Glutamat dehidrogenaza je encim, ki lahko preoblikuje glutamat v α-ketoglutarat in zato pretvarja amino skupine aminokislin v obliki glutamata v amoniak. Kar se zgodi, je oksidoreduktivni proces, ki poteka skozi vmesni α-amino glutarat: amoniak in α-ketoglutarat se sproščata in se vrnejo v obtok.
Tako odstranjevanje amino skupin aminokislin poteka skozi transaminaze (različne glede na substrat) in glutamat dehidrogenazo, ki določa nastanek amoniaka.
Obstajata dve vrsti glutamat dehidrogenaze: citoplazmatična in mitohondrijska; kofaktor, ki je prav tako so-sestavni del tega encima, je NAD (P) +: glutamat dehidrogenaza uporablja NAD + ali NADP + kot akceptor redukcijske moči. Citoplazmatska oblika ima raje, čeprav ne izključno, NADP +, medtem ko mitohondrijska oblika daje prednost NAD +. Namen mitohondrijske oblike je odstranjevanje aminokislin: vodi do tvorbe amoniaka (ki je substrat za specializiran encim mitohondrijev) in NADH (ki se pošlje v dihalno verigo). Citoplazmatska oblika deluje v nasprotni smeri, kar pomeni, da uporablja amoniak in α-ketoglutarat, da bi dobil glutamat (ki ima biosintetično destinacijo): ta reakcija je reduktivna biosinteza in uporabljeni kofaktor je NADPH.
Glutamat dehidrogenaza deluje, ko je treba amino skupine aminokislin, kot je amonijak (preko urina) odstraniti ali ko so skeleti aminokislin potrebni za proizvodnjo energije: ta encim bo imel zato sisteme, ki kažejo dobro razpoložljivost energije (ATP) kot negativne modulatorje. GTP in NAD (P) H) in kot pozitivni modulatorji, sistemi, ki kažejo na potrebo po energiji (AMP, ADP, BDP, NAD (P) +, aminokisline in tiroidni hormoni).
Aminokisline (predvsem levcin) so pozitivni modulatorji glutamat dehidrogenaze: če so v citoplazmi prisotne aminokisline, jih lahko uporabimo za sintezo beljakovin ali pa jih odstranimo, ker jih ni mogoče nakopičiti (to pojasnjuje, zakaj so aminokisline pozitivni modulatorji) .
Odlaganje amoniaka: cikel sečnine
Ribe odstranijo amoniak z vnosom v vodo skozi škrge; ptice jo pretvorijo v sečno kislino (ki je proizvod kondenzacije) in jo izločijo z blatom. Poglejmo, kaj se dogaja pri ljudeh: rekli smo, da glutamat dehidrogenaza pretvarja glutamat v α-ketoglutarat in amoniak, vendar nismo rekli, da se to zgodi samo v mitohondrijih jeter.
Temeljno vlogo odstranjevanja amoniaka skozi cikel sečnine pokrivajo mitohondrijske transaminaze.
ogljikov dioksid, v obliki bikarbonatnega iona (HCO3-), aktivira sofaktor biotina, ki tvori karboksi biotin, ki reagira z amoniakom, da nastane karbamska kislina; nadaljnja reakcija uporablja ATP za prenos fosfata v karbamsko kislino, ki tvori karbamil fosfat in ADP (pretvorba ATP v ADP je gonilna sila za pridobivanje karboksibiotina). To fazo katalizira karbamil fosfatna sintetaza in se pojavi v mitohondrijih. Karbamil fosfat in ornitin sta substrata za encim ornitin trans karbamilazo, ki ju pretvarja v citrulin; ta reakcija se pojavi v mitohondrijih (hepatocitov). Proizveden citrulin izhaja iz mitohondrijev in v citoplazmi gre pod delovanje arginin sukcinat sintaze : fuzija ogljikovega ogrodja citrulina in aspartata je posledica nukleofilnega napada in posledično odstranitve vode. Za encim arginin sukcinat sintazo je potrebna molekula ATP, zato obstaja energetsko spajanje: hidroliza ATP v AMP in pirofosfat (slednji se nato pretvori v dve molekuli ortofosfata) z izločanjem molekule. vode iz substrata in ne zaradi delovanja vode v mediju.
Naslednji encim je arginin sukcinaza : ta encim je sposoben razdeliti arginin sukcinat v arginin in fumarat v citoplazmi.
Ciklus sečnine zaključimo z encimom arginaza : dobimo sečnino in ornitin; sečnino odstranijo ledvice (urin), medtem ko se ornitin vrne v mitohondrije in nadaljuje cikel.
Ciklus sečnine je podvržen posredni modulaciji z argininom: kopičenje arginina kaže, da je treba pospešiti cikel sečnine; modulacija arginina je posredna, ker arginin pozitivno modulira encim acetil glutamat sintetazo. Slednji lahko prenese acetilno skupino na dušik glutamata: nastane N-acetil glutamat, ki je neposredni modulator encima karbamil-fosfo sintetaze.
Arginin se kopiči kot metabolit cikla sečnine, če proizvodnja karbamil fosfata ne zadostuje za odstranjevanje ornitina.
Urea nastaja le v jetrih, vendar obstajajo tudi druga mesta, kjer se pojavijo začetne reakcije.
Možgani in mišice uporabljajo posebne strategije za odpravo amino skupin. Možgani uporabljajo zelo učinkovito metodo, pri kateri uporabljamo encim glutamin sintetazo in encim glutamazo : prvi je prisoten v nevronih, drugi pa v jetrih. Ta mehanizem je zelo učinkovit iz dveh razlogov:
Dve amino skupini prenašata iz možganov v jetra samo z enim vozilom;
Glutamin je veliko manj toksičen od glutamata (glutamat nosi tudi nevronski prenos in ne sme preseči fiziološke koncentracije).
V ribah podoben mehanizem prinaša amino skupino aminokislin na škrge.
Iz mišic (skeletnega in srčnega), amino skupine dosežejo jetra preko cikla glukoze-alanina; vpleteni encim je glutamin-piruvat transaminaza: omogoča prenos amino skupin (ki so v obliki glutamata), pretvorbo piruvata v alanin in hkrati glutamat v α-ketoglutarat v mišici in kataliziranje inverznega procesa v jetra.
Transaminaze z različnimi nalogami ali položaji imajo tudi strukturne razlike in jih lahko določimo z elektroforezo (imajo različne izoelektrične točke).
Prisotnost transaminaz v krvi je lahko simptom okvare jeter ali kardiopatov (tj. Poškodbe tkiv jeter ali srčnih celic); Transaminaze so v zelo visokih koncentracijah tako v jetrih kot v srcu: z elektroforezo je mogoče ugotoviti, ali se je poškodba pojavila v jetrih ali srčnih celicah.
