Da bismo govorili o dvadeset aminokiselina koje čine proteinske strukture i modificirane, bilo bi potrebno opisati najmanje dvanaest specijaliziranih metaboličkih puteva.
Ali zašto stanice koriste toliko metaboličkih putova koji zahtijevaju energiju (na primjer za regeneraciju katalitičkih mjesta enzima), svaki s enzimskim naslijeđem, za katabolizaciju aminokiselina? Iz gotovo svih aminokiselina moguće je, putem specijaliziranih putova, dobiti metabolite koji se u malom dijelu koriste za proizvodnju energije (na primjer, putem glukoneogeneze i putem ketonskih tijela), ali koji prije svega dovode do stvaranja kompleksnih molekule, s velikim brojem ugljikovih atoma (na primjer iz fenilalanina i tirozina, hormoni se proizvode u nadbubrežnim žlijezdama koje su za to specijalizirane); ako bi s jedne strane bilo jednostavno proizvesti energiju iz aminokiselina, s druge strane bilo bi komplicirano izgraditi složene molekule počevši od malih molekula: katabolizam aminokiselina omogućuje im da iskoriste svoj kostur za dobivanje većih vrsta.
Zdrava osoba dnevno razgrađuje dva ili tri hektograma aminokiselina: 60-100 g njih potječe iz proteina unesenih hranom, ali preko 2 hektograma dobiva se iz normalnog prometa proteina koji su sastavni dio organizma ( aminokiseline ovih proteina, koje su oštećene redoks procesima, zamjenjuju se drugim i kataboliziraju).
Aminokiseline daju energetski doprinos u smislu ATP-a: nakon uklanjanja α-amino skupine, preostali ugljikovodični kostur aminokiselina, nakon odgovarajućih transformacija, može ući u Krebsov ciklus. Nadalje, kada nedostaje opskrba hranjivim tvarima i smanjuje se količina glukoze, aktivira se glukoneogeneza: za glukoneogenetske aminokiseline se kaže da su one koje se, nakon odgovarajućih izmjena, mogu uvesti u glukoneogenezu; glukoneogenetske aminokiseline su one koje se mogu pretvoriti u piruvat ili u fumarat (fumarat se može pretvoriti u malat koji napušta mitohondrije, a u citoplazmi se pretvara u oksaloacetat iz kojeg se može dobiti fosfoenol piruvat). ocat-acetat.
Upravo opisani vrlo je važan aspekt jer aminokiseline mogu popraviti nedostatak šećera u slučaju trenutnog posta; ako post potraje, nakon dva dana intervenira metabolizam lipida (jer se proteinske strukture ne mogu previše napasti), u ovoj se fazi, budući da je glukoneogeneza vrlo ograničena, masne kiseline pretvaraju u acetil koenzim A i ketonska tijela. Od daljnjeg posta, mozak se također prilagođava upotrebi ketonskih tijela.
Prijenos α-amino skupine iz aminokiselina događa se reakcijom transaminacije; enzimi koji kataliziraju ovu reakciju, kažu, zapravo, transaminaze (ili amino transferaza). Ovi enzimi koriste enzimski kofaktor nazvan piridoksal fosfat, koji intervenira sa svojom aldehidnom skupinom. Piridoksal fosfat je proizvod fosforilacije piridoksina koji je vitamin (B6) koji se uglavnom nalazi u povrću.
Transaminaze imaju sljedeća svojstva:
Visoka specifičnost za α-par ketoglutarat-glutamat;
Ime su dobili po drugom paru.
Enzimi transaminaze uvijek uključuju par α ketoglutarat-glutamat i razlikuju se prema drugom uključenom paru.
Primjeri:
L "aspartat transaminaza tj. GOT (Glutamate-Ossal acetate Transaminase): enzim prenosi α-amino skupinu iz aspartata u α-ketoglutarat, dobivajući oksaloacetat i glutamat.
L "alanin transaminaza tj. GTP (glutamat-piruvat transaminaza): enzim prenosi α-amino skupinu iz "alanina u" α-ketoglutarat, dobivajući piruvat i glutamat.
Različite transaminaze koriste α-ketoglurat kao akceptor aminokiseline aminokiselina i pretvaraju je u glutamat; dok se aminokiseline koje nastaju koriste na putu ketonskih tijela.
Ova vrsta reakcije može se dogoditi u oba smjera jer se oni lome i tvore veze s istim energetskim sadržajem.
Transaminaze su i u citoplazmi i u mitohondrijima (uglavnom su aktivne u citoplazmi) i razlikuju se po svojoj izoelektričnoj točki.
Transaminaze također mogu dekarboksilirati aminokiseline.
Morat će postojati način pretvaranja glutamata natrag u α-ketoglutarat: to se postiže deaminacijom.
Tamo glutamat dehidrogenaza to je enzim sposoban pretvoriti glutamat u α-ketoglutarat i, prema tome, pretvoriti amino skupine aminokiselina koje se nalaze u obliku glutamata u amonijak. Ono što se događa je redoks proces koji prolazi kroz intermedijer α-amino glutarat: amonijak i α-ketoglutarat se oslobađaju i vraćaju u cirkulaciju.
Zatim odlaganje amino skupina aminokiselina prolazi kroz transaminaze (koje se razlikuju ovisno o supstratu) i glutamat dehidrogenazu koja određuje stvaranje amonijaka.
Postoje dvije vrste glutamat dehidrogenaze: citoplazmatska i mitohondrijska; kofaktor, koji je i kosubstrat ovog enzima je NAD (P) +: glutamat dehidrogenaza koristi ili NAD + ili NADP + kao akceptor reducirajuće snage. Citoplazmatski oblik preferira, iako ne isključivo, NADP +, dok mitohondrijski oblik preferira NAD +. Mitohondrijski oblik ima svrhu odlaganja amino skupina: dovodi do stvaranja amonijaka (koji je supstrat za specijalizirani enzim u mitohondriju) i NADH (koji se šalje u dišni lanac). Citoplazmatski oblik djeluje u suprotnom smjeru, odnosno koristi amonijak i α-ketoglutarat za dobivanje glutamata (koji ima biosintetsko odredište): ova reakcija je redukcijska biosinteza, a korišteni kofaktor je NADPH.
Glutamat dehidrogenaza djeluje kada je potrebno zbrinuti amino skupine aminokiselina poput amonijaka (putem urina) ili kada su kosturi aminokiselina potrebni za proizvodnju energije: ovaj će enzim stoga imati negativne modulatore sustave koji su indikacija dobre dostupnosti energije (ATP, GTP i NAD (P) H) i kao pozitivni modulatori, sustavi koji ukazuju na potrebu za energijom (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminokiseline i hormoni štitnjače).
Aminokiseline (uglavnom leucin) pozitivni su modulatori glutamat dehidrogenaze: ako su aminokiseline prisutne u citoplazmi, mogu se koristiti za sintezu proteina ili ih se mora zbrinuti jer se ne mogu akumulirati (to objašnjava zašto su aminokiseline pozitivni modulatori ).
Odlaganje amonijaka: ciklus uree
Ribe odbacuju amonijak unoseći ga u vodu kroz škrge; ptice ga pretvaraju u mokraćnu kiselinu (koja je proizvod kondenzacije) i eliminiraju ga izmetom. Da vidimo što se događa s ljudima: rekli smo da glutamat dehidrogenaza pretvara glutamat u α- ketoglutarat i amonijak, ali nismo rekli da se to događa samo u mitohondrijima jetre.
Temeljnu ulogu odlaganja amonijaka, kroz ciklus ureje, imaju mitohondrijske transaminaze.
Ugljični dioksid, u obliku bikarbonatnog iona (HCO3-), aktivira se kofaktorom biotina koji tvori karboksi biotin koji reagira s amonijakom dajući karbaminsku kiselinu; sljedeća reakcija koristi ATP za prijenos fosfata na karbaminsku kiselinu stvarajući karbamil fosfat i ADP (pretvorba ATP u ADP pokretačka je snaga za dobivanje karboksibiotina). Ova faza je katalizirana karbamil fosfat sintetaza a javlja se u mitohondriju. Karbamil fosfat i ornitin supstrati su enzima ornitin trans karbamilaza koji ih pretvara u citrulin; ta se reakcija javlja u mitohondrijima (hepatocitima). Proizvedeni citrulin napušta mitohondrije i, u citoplazmi, prolazi pod "djelovanjem"arginin sukcinat sintetaza: postoji fuzija između ugljikovodičnog kostura citrulina i onog aspartata kroz nukleofilni napad i naknadno uklanjanje vode. Enzim arginin sukcinat sintetaza zahtijeva molekulu ATP pa dolazi do energetskog povezivanja: do hidrolize ATP u AMP i pirofosfat (potonji se zatim pretvara u dvije molekule ortofosfata) dolazi izbacivanjem molekule d "vode iz supstrata a ne djelovanjem vode medija.
"Sljedeći enzim je"arginin sukcinaza: ovaj enzim može razgraditi arginin sukcinat na arginin i fumarat unutar citoplazme.
Ciklus uree završava enzimom arginaza: dobivaju se urea i ornitin; urea se uklanja bubrezima (urin) dok se ornitin vraća u mitohondrije i nastavlja ciklus.
Ciklus uree podložan je neizravnoj modulaciji argininom: nakupljanje arginina ukazuje na to da se ciklus uree mora ubrzati; modulacija arginina je neizravna jer arginin pozitivno modulira enzim acetil glutamat sintetazu. Potonji može prenijeti acetilnu skupinu na dušik glutamata: nastaje N-acetil glutamat koji je izravni modulator enzima karbamil-fosfosintetaze.
Arginin se nakuplja kao metabolit ciklusa uree ako proizvodnja karbamil fosfata nije dovoljna za zbrinjavanje ornitina.
Urea se proizvodi samo u jetri, ali postoje i druga mjesta na kojima se odvijaju početne reakcije.
Mozak i mišići koriste posebne strategije za uklanjanje amino skupina. Mozak koristi vrlo učinkovitu metodu u kojoj se koristi enzim glutamin sintetaza i enzim glutamaza: prvi je prisutan u neuronima, dok se drugi nalazi u jetri. Ovaj mehanizam je vrlo učinkovit iz dva razloga:
Dvije amino skupine transportiraju se iz mozga u jetru u jednom nosaču;
Glutamin je mnogo manje toksičan od glutamata (glutamat također vrši prijenos neurona i ne smije prijeći fiziološku koncentraciju).
Kod riba sličan mehanizam dovodi amino -skupinu aminokiselina u škrge.
Iz mišića (koštanog i srčanog) amino skupine dopiru do jetre kroz ciklus glukoza-alanin; enzim koji je uključen je glutamin-piruvat transaminaza: omogućuje transpoziciju amino skupina (koje su u obliku glutamata), pretvaranje piruvata u alanin i, istovremeno, glutamat u α-ketoglutarat u mišićima te, katalizirajući obrnuti proces u jetri.
Transaminaze s različitim zadacima ili položajima također imaju strukturne razlike i mogu se odrediti elektroforezom (imaju različite izoelektrične točke).
Prisutnost transaminaza u krvi može biti simptom oštećenja jetre ili srca (tj. Oštećenja tkiva jetre ili srčanih stanica); transaminaze su u vrlo visokim koncentracijama i u jetri i u srcu: elektroforezom je moguće ustanoviti je li došlo do oštećenja u jetri ili srčanim stanicama.
