Metabolismus von Aminosäuren

Um über die zwanzig Aminosäuren zu sprechen, die Protein und modifizierte Strukturen bilden, sollten mindestens zwölf spezialisierte Stoffwechselwege beschrieben werden.
Aber warum verwenden Zellen so viele Stoffwechselwege, die Energie benötigen (um z. B. katalytische Enzymstellen zu regenerieren), von denen jedes enzymatischer Herkunft ist, um Aminosäuren zu katabolisieren? Da fast alle Aminosäuren können durch spezialisierte Routen erhalten werden, von Metaboliten, die ein kleinen Teil verwendet werden, um Energie zu produzieren (zB über Gluconeogenese und die Art und Weise des Ketonkörper), die aber vor allem auf die Bildung von komplexen Molekülen führen, hohe Anzahl an Kohlenstoffatomen (z. B. aus Phenylalanin und Tyrosin, in den dafür spezialisierten Nebennieren werden Hormone produziert); wenn auf der einen Seite wäre einfach Energie aus Aminosäuren, auf der anderen Seite zu erzeugen, wäre es kompliziert sein, um komplexe Moleküle zu bauen aus kleinen Molekülen beginnen: der Katabolismus von Aminosäuren ermöglicht ihr Skelett zu nutzen, um größere Arten zu bekommen.
Zwei oder drei Unzen Aminosäuren, werden täglich von einem gesunden Individuum abgebaut: 60-100 g sie kommen aus den Proteinen mit der Nahrung eingeführt, aber über 2 Unzen aus dem normalen Umsatz des Proteins erhalten, die mit dem Körper fest verbunden ist (Aminosäuren von diesen Proteinen, die durch Redoxprozesse geschädigt sind, werden diese durch andere ersetzt und katabolisiert.
Die Aminosäuren liefern einen energetischen Beitrag in Bezug auf ATP: nachdem die α-Aminogruppe entfernt wurde, kann das verbleibende kohlenstoffhaltige Gerüst der Aminosäuren nach geeigneten Transformationen in den Krebszyklus eintreten. Darüber hinaus, wenn die Zufuhr von Nährstoffen fehlt und die Menge an Glukose abnimmt, wird Gluconeogenese aktiviert: Sie sagen diejenigen Aminosäuren gluconeogenetici, die nach entsprechenden Änderungen können in gluconeogenesis eingeführt werden; gluconeogenetici Aminosäuren sind diejenigen, die in Pyruvat oder Fumarat umgewandelt werden können (Fumarat kann Malat umgewandelt werden, die den Mitochondrien und im Zytoplasma verlässt, wird in Oxalacetat umgewandelt, von dem Sie fosfoenol Pyruvat bekommen). Stattdessen sollen ketogene Aminosäuren solche sein, die in Acetyl-Coenzym A und Essig-Acetat umgewandelt werden können.
Der gerade beschriebene ist ein sehr wichtiger Aspekt, da die Aminosäuren einen Mangel an Zucker im Falle des sofortigen Fastens beheben können; wenn diese Bedingung Fasten weiterhin besteht, nach zwei Tagen greift den Lipidstoffwechsel (weil Sie nicht viel Proteinstrukturen angreifen kann) ist es in diesem Stadium ist, dass, begrenzt Gluconeogenese, Fettsäuren umgewandelt werden Coenzym A und Ketonkörper Acetyl. Durch weiteres Fasten passt sich das Gehirn auch an Ketonkörper an.

Der Transfer der α-Aminogruppe von den Aminosäuren erfolgt durch eine Transaminierungsreaktion; Die Enzyme, die diese Reaktion katalysieren, sind Transaminasen (oder Aminotransferasen). Diese Enzyme verwenden einen Enzym-Cofaktor namens Pyridoxalphosphat, der mit seiner Aldehydgruppe interveniert. Pyridoxalphosphat ist das Produkt der Phosphorylierung von Pyridoxin, einem hauptsächlich in Gemüse enthaltenen Vitamin (B6).

Die Transaminasen haben folgende Eigenschaften:

Hohe Spezifität für ein α-Ketoglutarat-Glutamat-Paar;

Sie nehmen den Namen vom zweiten Paar.

Bei den Transaminasen handelt es sich immer um das α-Ketoglutarat-Glutamat-Paar, die sich nach dem zweiten Paar unterscheiden.
Beispiele:

Die Aspartat-Transaminase dh GOT (Glutamat-Ossal Acetat-Transaminase): das Enzym überträgt die α-Aminogruppe dall'aspartato all'α-Ketoglutarat, Oxalacetat und Glutamat zu erhalten.

Die GTP dh Alanin-Transaminase (Glutamate-Pyruvat-Transaminase): das Enzym überträgt die α-Aminogruppe dall'alanina all'α-Ketoglutarat Pyruvat und Glutamat zu erhalten.

Die verschiedenen Transaminasen verwenden α-Ketoglurat als einen Akzeptor der Aminogruppe von Aminosäuren und wandeln es in Glutamat um; währenddessen werden die Aminosäuren, die gebildet werden, auf dem Weg der Ketonkörper verwendet.
Diese Art von Reaktion kann in beiden Richtungen auftreten, da sie brechen und Bindungen mit demselben energetischen Gehalt bilden.
Transaminasen befinden sich sowohl im Zytoplasma als auch im Mitochondrium (sie sind meist im Zytoplasma aktiv) und unterscheiden sich in ihrem isoelektrischen Punkt.
Die Transaminasen sind auch in der Lage, Aminosäuren zu decarboxylieren.
Es muss einen Weg geben, Glutamat wieder in α-Ketoglutarat umzuwandeln: Dies geschieht durch Desaminierung.
Die Glutamat-Dehydrogenase ist ein Enzym, das Glutamat in α-Ketoglutarat zu transformieren, und daher die Aminogruppen von Aminosäuren umzuwandeln, das in Form von Glutamat gefunden werden, in Ammoniak. Was passiert, ist ein oxidationsreduzierender Prozess, der das intermediäre α-Aminoglutarat passiert: Ammoniak und α-Ketoglutarat werden freigesetzt und kehren in den Kreislauf zurück.
So geht die Entsorgung von Amino-Aminogruppen durch die Transaminasen (je nach Substrat unterschiedlich) und die Glutamat-Dehydrogenase, die die Bildung von Ammoniak bewirkt.
Es gibt zwei Arten von Glutamat-Dehydrogenase: zytoplasmatisch und mitochondrial; der Cofaktor, der auch cosubstrato dieses Enzyms ist, NAD (P) +: die Dehydrogenase Glutamat als Akzeptor verwendet, um Energie zu reduzieren, oder die NAD + oder NADP +. Die zytoplasmatische Form bevorzugt, wenn auch nicht ausschließlich, NADP +, während die mitochondriale Form NAD + bevorzugt. Die mitochondriale Form hat das Ziel, Aminogruppen zu verfügen: führt zur Bildung von Ammoniak (das ein spezialisiertes Enzym, Substrat für das Mitochondrium ist) und NADH (die die Atmungskette gesendet wird). Die zytoplasmatische Form arbeitet in der entgegengesetzten Richtung, das verwendet Ammoniak und α-Ketoglutarat Glutamat zu ergeben (das ein biosynthetischen Ziel hat): Diese Reaktion ist eine reduktive Biosynthese und der Cofaktor NADPH verwendet wird.
Die Glutamat-Dehydrogenase funktioniert, wenn Sie von Aminogruppen von Aminosäuren entsorgen müssen, wie Ammoniak (über den Urin), oder wenn es nimmt die Skelette von Aminosäuren, Energie zu produzieren: Das Enzym wird daher als negative Modulatoren Systeme, die von gutem Energieverfügbarkeit Index sind (ATP, GTP und NAD (P) H) und als positive Modulatoren, Systeme, die einen Bedarf an Energie (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, Aminosäuren und Schilddrüsenhormone angeben).
Die Aminosäuren (hauptsächlich Leucin) sind positive Modulatoren von Glutamatdehydrogenase: Wenn es Aminosäuren im Zytoplasma sind, können diese für die Synthese von Proteinen verwendet werden, oder muss entsorgt werden, weil sie nicht akkumuliert werden kann (dies erklärt, warum Aminosäuren sind positive Modulatoren) .

Entsorgung von Ammoniak: Harnstoff-Zyklus

Der Fisch entsorgt Ammoniak, indem er ihn durch die Kiemen in Wasser legt; die Vögel wandeln es in Harnsäure (ein Kondensationsprodukt) um und beseitigen es mit Kot. Mal sehen, was in den Menschen passiert: Wir haben gesagt, dass die Glutamat-Dehydrogenase Glutamat umwandelt und Ammoniak a-Ketoglutarat, aber wir haben nicht gesagt, dass dies nur in Leber Mitochondrien stattfindet.
Eine grundlegende Rolle der Ammoniakentsorgung durch den Harnstoffzyklus wird durch mitochondriale Transaminasen abgedeckt.
Ornithin- und HarnstoffzyklusHarnstoff (NH2-CO-NH2) wird über den Harnstoffzyklus produziert:
Kohlendioxid, in Form von Bicarbonationen (HCO3-), wird durch den Cofaktor Biotin Bildung des carboxy Biotin, das mit Ammoniak reagiert aktiviert, um die Carbamidsäure zu erhalten; die nachfolgende Reaktion verwendet ATP eine Phosphat auf Nahrungsmittel auf Carbaminsäure bildet Carbamylphosphat und ADP (die Umwandlung von ATP zu ADP ist die treibende Kraft für den Erhalt der carbossibiotina) zu übertragen. Diese Phase wird durch Carbamylphosphatsynthase katalysiert und tritt in den Mitochondrien auf. Carbamylphosphat und Ornithin sind Substrate für die Enzitin-Ornithin-trans-Carbamylase, die sie in Citrullin umwandelt; Diese Reaktion findet in den Mitochondrien (von Hepatozyten) statt. Die Citrullin hergestellt, aus dem Mitochondrium und im Zytoplasma, geht unter der Wirkung dell'arginino Succinat synthetase: es hat die Fusion zwischen dem kohlenstoffhaltigen Skelett von Citrullin und die einem Aspartat über einen nukleophilen Angriff und anschließende Eliminierung von Wasser. Das Enzym Succinat-Arginin-Synthetase, ein Molekül ATP erfordert daher eine Energiekopplung: die Hydrolyse von ATP zu AMP und Pyrophosphat (letztere ist, dann überführt, in zwei Moleküle Orthophosphat) zur Ausweisung eines Moleküls durchgeführt von Wasser aus dem Substrat und nicht aufgrund der Wasserwirkung des Mediums.
Das Enzym ist die nächste Arginin succinasi: das Enzym in der Lage ist, das Arginin Succinat Fumarat und Arginin im Zytoplasma zu spalten.
Der Harnstoffzyklus wird durch das Enzym Arginase vervollständigt: Harnstoff und Ornithin werden erhalten; der Harnstoff wird durch die Nieren (Urin) abgelassen, während das Ornithin zu den Mitochondrien zurückkehrt und den Zyklus wieder aufnimmt.
Der Harnstoffzyklus unterliegt einer indirekten Modulation durch Arginin: Die Akkumulation von Arginin zeigt an, dass es notwendig ist, den Harnstoffzyklus zu beschleunigen; Die Argininmodulation ist indirekt, da Arginin das Acetylglutamatsynthaseenzym positiv moduliert. Letzteres ist in der Lage eine Acetylgruppe am Stickstoff eines Glutamat zu übertragen: N-Acetyl-Glutamat gebildet wird, der Enzymmodulator Carbamyl-phospho-Synthetase gerichtet ist.
Arginin reichert sich als Metabolit des Harnstoffzyklus an, wenn die Produktion von Carbamylphosphat nicht ausreicht, um Ornithin zu entsorgen.
Harnstoff wird nur in der Leber produziert, aber es gibt andere Stellen, an denen die ersten Reaktionen stattfinden.
Gehirn und Muskeln verwenden spezielle Strategien, um Amingruppen zu eliminieren. Das Gehirn verwendet eine sehr effiziente Methode, die ein Enzym Glutamin-Synthetase und einen glutammasi Enzym verwendet: die erste in Neuronen vorhanden ist, während die zweite in der Leber befindet. Dieser Mechanismus ist aus zwei Gründen sehr effizient:

Zwei Amingruppen werden mit einem Vehikel vom Gehirn zur Leber transportiert;

Glutamin ist viel weniger toxisch als Glutamat (Glutamat führt ebenfalls einen neuronalen Transfer durch und darf die physiologische Konzentration nicht überschreiten).

Bei Fischen führt ein ähnlicher Mechanismus die Aminogruppe von Aminosäuren zu den Kiemen.
Vom Muskel (Skelett und Herz) erreichen die Aminogruppen die Leber durch den Glucose-Alanin-Zyklus; das Enzym beteiligt ist, die Glutamin-Pyruvat-Transaminase: Damit kann die Aminogruppen der transponiert (die in Form von Glutamat sind), Pyruvat zu Alanin und gleichzeitig die Umwandlung, die Glutamat in α-Ketoglutarat in Muskel und Katalysieren den umgekehrten Vorgangs in Leber.
Transaminasen mit unterschiedlichen Aufgaben oder Positionen weisen ebenfalls strukturelle Unterschiede auf und können durch Elektrophorese bestimmt werden (sie haben unterschiedliche isoelektrische Punkte).
Das Vorhandensein von Transaminasen im Blut kann ein Symptom einer hepatischen oder kardiopathischen Schädigung sein (dh Gewebeschädigung der Leber- oder Herzzellen); Die Transaminasen sind in sehr hoher Konzentration sowohl in der Leber als auch im Herzen vorhanden: Durch die Elektrophorese kann festgestellt werden, ob der Schaden in der Leber oder in den Herzzellen aufgetreten ist.