Chcete -li hovořit o dvaceti aminokyselinách, které tvoří proteinové struktury, a modifikovaných, bylo by nutné popsat alespoň dvanáct specializovaných metabolických cest.
Proč ale buňky používají tolik metabolických cest, které vyžadují energii (například k regeneraci katalytických míst enzymů), z nichž každá má enzymatické dědictví, ke katabolizaci aminokyselin? Z téměř všech aminokyselin je možné prostřednictvím specializovaných cest získat metabolity, které se v malé části používají k výrobě energie (například prostřednictvím glukoneogeneze a dráhy ketolátek), ale které především vedou k tvorbě komplexních molekuly s vysokým počtem atomů uhlíku (například z fenylalaninu a tyrosinu se produkují hormony v nadledvinách, které jsou pro tento účel specializované); pokud by na jedné straně bylo jednoduché vyrábět energii z aminokyselin, na straně druhé by bylo komplikované stavět složité molekuly vycházející z malých molekul: katabolismus aminokyselin jim umožňuje využít jejich kostru k získání větších druhů.
Zdravý jedinec denně degraduje dva nebo tři hektogramy aminokyselin: 60–100 g z nich pochází z bílkovin zavedených do stravy, ale více než 2 hektogramy se získávají z normálního obratu bílkovin, které jsou nedílnou součástí organismu ( aminokyseliny těchto proteinů, které jsou poškozeny redoxními procesy, jsou nahrazeny jinými a katabolizovány).
Aminokyseliny poskytují energetický přínos z hlediska ATP: po odstranění a-aminoskupiny může zbývající uhlíkatá kostra aminokyselin po vhodných transformacích vstoupit do Krebsova cyklu. Kromě toho, když chybí přísun živin a množství glukózy klesá, aktivuje se glukoneogeneze: glukoneogenetické aminokyseliny jsou prý takové, které lze po příslušných úpravách zavést do glukoneogeneze; glukoneogenetické aminokyseliny jsou ty, které lze převést na pyruvát nebo ve fumarátu (fumarát lze převést na malát, který opouští mitochondrii a v cytoplazmě se transformuje na oxaloacetát, ze kterého lze získat fosfoenolpyruvát). octový octan.
Právě popsaný je velmi důležitým aspektem, protože aminokyseliny mohou napravit nedostatek cukru v případě okamžitého půstu; pokud půst přetrvává, po dvou dnech zasáhne metabolismus lipidů (protože na proteinové struktury nelze příliš útočit) právě v této fázi, protože je glukoneogeneze velmi omezená, dochází k přeměně mastných kyselin na acetylkoenzym A a ketolátky. Od dalšího půstu se mozek také přizpůsobuje používání ketolátek.
K přenosu a-aminoskupiny z aminokyselin dochází transaminační reakcí; enzymy, které katalyzují tuto reakci, ve skutečnosti říkají, transaminázy (nebo amino transferáza). Tyto enzymy používají enzymatický kofaktor zvaný pyridoxal fosfát, který zasahuje svou aldehydovou skupinou. Pyridoxal fosfát je produktem fosforylace pyridoxinu, což je vitamin (B6), který se nachází hlavně v zelenině.
Transaminázy mají následující vlastnosti:
Vysoká specificita pro pár ketoglutarát-glutamát α;
Jsou pojmenovány po druhém páru.
Transaminázové enzymy vždy zahrnují pár a ketoglutarát-glutamát a rozlišují se podle druhého zapojeného páru.
Příklady:
L "aspartát transaminázy tj. GOT (Glutamate-Ossal acetát transamináza): enzym přenáší a-aminoskupinu z aspartátu na α-ketoglutarát, čímž získává oxaloacetát a glutamát.
L "alanin transaminázy tj. GTP (glutamát-pyruvát transamináza): enzym přenáší a-aminoskupinu z „alaninu na“ a-ketoglutarát, čímž získává pyruvát a glutamát.
Různé transaminázy používají a-ketoglurát jako akceptor aminoskupiny aminokyselin a převádějí jej na glutamát; přičemž vznikající aminokyseliny se používají v dráze ketolátek.
K tomuto typu reakce může dojít v obou směrech, protože se lámou a vytvářejí vazby se stejným obsahem energie.
Transaminázy jsou jak v cytoplazmě, tak v mitochondriích (většinou jsou aktivní v cytoplazmě) a liší se svým izoelektrickým bodem.
Transaminázy jsou také schopné dekarboxylovat aminokyseliny.
Bude muset existovat způsob, jak převést glutamát zpět na α-ketoglutarát: to se provádí deaminací.
Tam glutamát dehydrogenázy je to enzym schopný transformovat glutamát na α-ketoglutarát, a tedy převádět aminoskupiny aminokyselin nacházejících se ve formě glutamátu na amoniak. Dochází k redoxnímu procesu, který prochází meziproduktem α-amino glutarát: amoniak a α-ketoglutarát se uvolňují a vrací se do oběhu.
Poté likvidace aminoskupin aminokyselin prochází transaminázami (které se liší podle substrátu) a glutamátdehydrogenázou, která určuje tvorbu amoniaku.
Existují dva typy glutamátdehydrogenázy: cytoplazmatické a mitochondriální; kofaktor, který je také kosubstrátem tohoto enzymu, je NAD (P) +: glutamát dehydrogenáza používá buď NAD + nebo NADP + jako akceptor redukční síly. Cytoplazmatická forma preferuje, i když ne výlučně, NADP +, zatímco mitochondriální forma preferuje NAD +. Mitochondriální forma má za cíl likvidaci aminoskupin: vede k tvorbě amoniaku (který je substrátem pro specializovaný enzym v mitochondrii) a NADH (který je poslán do dýchacího řetězce). Cytoplazmatická forma funguje opačným směrem, to znamená, že používá amoniak a α-ketoglutarát k získání glutamátu (který má místo biosyntézy): tato reakce je redukční biosyntéza a použitý kofaktor je NADPH.
Glutamátdehydrogenáza funguje, když je nutné zlikvidovat aminoskupiny aminokyselin, jako je amoniak (močí), nebo když jsou kostry aminokyselin potřebné k výrobě energie: tento enzym proto bude mít jako negativní modulátory systémy, které jsou indikací dobré energetické dostupnosti (ATP, GTP a NAD (P) H) a jako pozitivní modulátory systémy, které indikují potřebu energie (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, aminokyseliny a hormony štítné žlázy).
Aminokyseliny (hlavně leucin) jsou pozitivními modulátory glutamátdehydrogenázy: pokud jsou v cytoplazmě přítomny aminokyseliny, lze je použít k syntéze bílkovin nebo je je třeba zlikvidovat, protože je nelze akumulovat (to vysvětluje, proč jsou aminokyseliny pozitivní modulátory ).
Likvidace amoniaku: cyklus močoviny
Ryby likvidují čpavek zavedením do vody žábrami; ptáci jej přeměňují na kyselinu močovou (což je kondenzační produkt) a vylučují ho výkaly. Podívejme se, co se děje u lidí: řekli jsme, že glutamátdehydrogenáza přeměňuje glutamát na α- ketoglutarát a amoniak, ale neřekli jsme, že k tomu dochází pouze v mitochondriích jater.
Mitochondriální transaminázy hrají zásadní roli při odstraňování amoniaku prostřednictvím cyklu močoviny.
Oxid uhličitý ve formě hydrogenuhličitanového iontu (HCO3-) je aktivován biotinovým kofaktorem za vzniku karboxy biotinu, který reaguje s amoniakem za vzniku kyseliny karbamové; další reakce používá ATP k přenosu fosfátu na karbamylfosfát tvořící karbamovou kyselinu a ADP (přeměna ATP na ADP je hybnou silou pro získání karboxybiotinu). Tato fáze je katalyzována karbamylfosfát syntetáza a vyskytuje se v mitochondriích. Karbamylfosfát a ornithin jsou substráty pro enzym ornithin trans karbamyláza který je převádí na citrulin; k této reakci dochází v mitochondriích (hepatocytech). Produkovaný citrulin opouští mitochondrii a v cytoplazmě podléhá „působení“arginin sukcinát syntetáza: dochází k fúzi mezi uhlíkatou kostrou citrulinu a aspartátu prostřednictvím nukleofilního útoku a následné eliminace vody. Enzym arginin -sukcinátsyntetázy vyžaduje molekulu ATP, takže dochází k energetické vazbě: k hydrolýze ATP na AMP a pyrofosfát (ten se poté přemění na dvě molekuly ortofosfátu) dochází vytlačením molekuly d "vody ze substrátu a nikoli působením vody média.
„Další enzym je“arginin sukcinasa: tento enzym je schopen rozdělit arginin sukcinát na arginin a fumarát v cytoplazmě.
Cyklus močoviny je ukončen enzymem argináza: získá se močovina a ornithin; močovina je odstraněna ledvinami (močí), zatímco ornitin se vrací do mitochondrií a pokračuje v cyklu.
Cyklus močoviny podléhá nepřímé modulaci argininem: akumulace argininu naznačuje, že cyklus močoviny musí být urychlen; modulace argininu je nepřímá, protože arginin pozitivně moduluje enzym acetylglutamátsyntetázu. Ten je schopen přenášet acetylovou skupinu na dusík glutamátu: vzniká N-acetyl glutamát, který je přímým modulátorem enzymu karbamyl-fosfo syntetázy.
Arginin se hromadí jako metabolit močovinového cyklu, pokud produkce karbamylfosfátu není dostatečná k likvidaci ornithinu.
Močovina se produkuje pouze v játrech, ale existují i jiná místa, kde dochází k počátečním reakcím.
Mozek a svaly používají k odstranění aminoskupin speciální strategie. Mozek používá velmi účinnou metodu, při které se používá enzym glutamin syntetáza a enzym glutamázy: první je přítomen v neuronech, zatímco druhý se nachází v játrech. Tento mechanismus je velmi účinný ze dvou důvodů:
Dvě aminoskupiny jsou transportovány z mozku do jater v jednom vehikulu;
Glutamin je mnohem méně toxický než glutamát (glutamát také provádí přenos neuronů a nesmí překročit fyziologickou koncentraci).
U ryb podobný mechanismus přináší aminoskupinu aminokyselin do žábry.
Ze svalu (kosterního a srdečního) se aminoskupiny dostávají do jater prostřednictvím cyklu glukóza-alanin; zapojeným enzymem je glutamin-pyruvát transamináza: umožňuje transpozici aminoskupin (které jsou ve formě glutamátu), přeměnu pyruvátu na alanin a současně glutamát na α-ketoglutarát ve svalu a katalyzaci reverzní proces v játrech.
Transaminázy s různými úkoly nebo polohami mají také strukturální rozdíly a jsou určitelné elektroforézou (mají různé izoelektrické body).
Přítomnost transamináz v krvi může být příznakem poškození jater nebo srdce (tj. Poškození tkáně jaterních nebo srdečních buněk); transaminázy jsou ve velmi vysokých koncentracích jak v játrech, tak v srdci: elektroforézou lze zjistit, zda k poškození došlo v jaterních nebo srdečních buňkách.
