Att prata om de tjugo aminosyrorna som utgör protein och modifierade strukturer, bör beskrivas minst tolv specialiserade metaboliska vägar.
Men varför använder celler så många metaboliska vägar som kräver energi (till exempel för att regenerera de katalytiska ställena för enzymer), var och en med ett enzymatiskt arv, att katabolera aminosyror? Nästan alla aminosyror kan erhållas genom specialiserade vägar, metaboliter som i liten utsträckning används för att producera energi (till exempel genom glukoneogenes och vägen för ketonkroppar) men som framför allt leder till bildandet av komplexa molekyler, med ett stort antal kolatomer (till exempel från fenylalanin och tyrosin produceras hormoner i binjurarna som är specialiserade för detta ändamål); om det å ena sidan skulle vara lätt att producera energi från aminosyror, å andra sidan skulle det vara komplicerat att bygga komplexa molekyler med utgångspunkt från små molekyler: katabolismen av aminosyror gör det möjligt för oss att utnyttja sitt skelett för att erhålla större arter.
Två eller tre uns aminosyror försämras dagligen av en frisk individ: 60-100 g av dem härrör från proteinerna som introduceras av kosten men över 2 uns erhålls från den normala omsättningen av proteiner som är en integrerad del av kroppen (aminosyror av dessa proteiner, som skadas av redoxprocesser, ersätts av andra och kataboliseras).
Aminosyrorna ger ett energibidrag när det gäller ATP: efter att ha avlägsnat a-aminogruppen kan det återstående kolskeletet av aminosyrorna efter lämpliga transformationer komma in i krebs-cykeln. När näring av näringsämnen saknas och mängden glukos minskar aktiveras glukoneogenesen: glukoneogenetiska aminosyror kallas de som efter lämpliga modifieringar kan introduceras i glukoneogenes; glukoneogenetiska aminosyror är de som kan omvandlas till pyruvat eller fumarat (fumaratet kan omvandlas till en sjuk som kommer ut ur mitokondrier och omvandlas i cytoplasma till oxaloacetat, från vilket fosfolol kan erhållas). I stället sägs de som kan omvandlas till acetylko-enzym A och vinäger-acetat vara ketogena aminosyror.
Den som just beskrivits är en mycket viktig aspekt eftersom aminosyror kan åtgärda brist på socker vid omedelbar fastning. om fasta kvarstår, interfererar lipidmetabolism efter två dagar (eftersom proteinkonstruktioner inte kan attackeras mycket) är det i denna fas att eftersom glukoneogenes är väldigt begränsad omvandlas fettsyror till acetylko-enzym A och ketonkroppar . Från ytterligare fasta anpassar hjärnan också till att använda ketonkroppar.
Överföringen av a-aminogruppen från aminosyror sker genom en transamineringsreaktion; De enzymer som katalyserar denna reaktion kallas transaminaser (eller aminotransferaser). Dessa enzymer använder en enzymatisk kofaktor som kallas pyridoxalfosfat, vilket ingriper med dess aldehydgrupp. Pyridoxalfosfat är en produkt av fosforyleringen av pyridoxin som är ett vitamin (B6) som huvudsakligen innehåller grönsaker.
Transaminaser har följande egenskaper:
Hög specificitet för ett a-ketoglutarat-glutamatpar;
De tar sitt namn från det andra paret.
Transaminas enzymer involverar alltid a-ketoglutarat-glutamatparet och utmärks av det andra paret som är involverat.
Exempel:
Aspartat-transaminas eller GOT (glutamat-oxalacetat-transaminas): enzymet överför a-aminogruppen från aspartat till a-ketoglutarat, erhållande av oxalacetat och glutamat.
Alanintransaminas, dvs GTP (Glutamat-Pyruvat-Transaminas): enzymet överför a-aminogruppen från alanin till a-ketoglutarat och erhåller pyruvat och glutamat.
De olika transaminaserna använder a-ketoglurat som acceptor av aminogruppen av aminosyror och omvandlar den till glutamat; medan aminosyrorna som bildas används i vägen för ketonkroppar.
Denna typ av reaktion kan ske i båda riktningarna eftersom de bryts och bindningar med samma energiinnehåll bildas.
Transaminaser finns både i cytoplasma och i mitokondrier (de är mest aktiva i cytoplasma) och skiljer sig åt i isoelektrisk punkt.
Transaminaser kan också dekarboxylera aminosyror.
Det måste finnas ett sätt att konvertera glutamat tillbaka till a-ketoglutarat: detta händer genom deaminering.
Glutamatdehydrogenas är ett enzym som kan omvandla glutamat till a-ketoglutarat och därför omvandla aminogrupperna av aminosyrorna som finns i form av glutamat till ammoniak. Vad händer är en oxydoreduktiv process som passerar genom mellanliggande a-aminoglutarat: ammoniak och a-ketoglutarat frigörs och återgår till cirkulationen.
Således passerar bortskaffandet av aminosyrorns aminogrupper genom transaminaser (olika beroende på substratet) och glutamatdehydrogenaset, vilket bestämmer bildningen av ammoniak.
Det finns två typer av glutamatdehydrogenas: cytoplasmatisk och mitokondriell; cofaktorn, som också är en sambeståndsdel av detta enzym, är NAD (P) +: glutamatdehydrogenas använder NAD + eller NADP + som acceptor av reducerande effekt. Den cytoplasmatiska formen föredrar, men inte uteslutande, NADP + medan mitokondriärformen föredrar NAD +. Den mitokondriella formen har för avsikt att avlägsna aminogrupperna: det leder till bildandet av ammoniak (vilket är ett substrat för ett specialiserat enzym av mitokondrier) och NADH (som sänds till andningskedjan). Den cytoplasmatiska formen fungerar i motsatt riktning, det vill säga det använder ammoniak och a-ketoglutarat för att ge glutamat (som har en biosyntetisk destination): denna reaktion är en reduktiv biosyntes och den använda koaktorn är NADPH.
Glutamat dehydrogenas fungerar när aminogrupperna av aminosyror, såsom ammoniak (via urin) måste kasseras eller när aminosyror är nödvändiga för att producera energi: detta enzym kommer därför att ha system som indikerar god energilgänglighet (ATP) som negativa modulatorer. GTP och NAD (P) H) och som positiva modulatorer, system som indikerar ett behov av energi (AMP, ADP, BNP, NAD (P) +, aminosyror och sköldkörtelhormoner).
Aminosyror (främst leucin) är positiva modulatorer av glutamatdehydrogenas: om aminosyrorna är närvarande i cytoplasman kan de användas för proteinsyntes, eller de måste bortskaffas eftersom de inte kan ackumuleras (det förklarar varför aminosyror är positiva modulatorer) .
Ammoniakavfall: ureacykel
Fisken kasserar ammoniak genom att införa den i vattnet genom gallen; fåglarna omvandlar det till urinsyra (vilket är en kondensationsprodukt) och eliminerar det med avföring. Låt oss se vad som händer hos människor: vi har sagt att glutamat dehydrogenas omvandlar glutamat till a-ketoglutarat och ammoniak men vi har inte sagt att detta bara sker i leverns mitokondrier.
En grundläggande roll av ammoniakavhämtning genom ureacykeln är täckt av mitokondriella transaminaser.
koldioxid, i form av bikarbonatjon (HCO3-), aktiveras av biotinkofaktorn som bildar karboxibiotinet som reagerar med ammoniak för att ge karbamidsyran; den efterföljande reaktionen använder ATP för att överföra ett fosfat till karbamidsyran som bildar karbamylfosfat och ADP (omvandlingen av ATP till ADP är drivkraften för erhållande av karboxibiotinet). Denna fas katalyseras av karbamylfosfat-syntetas och förekommer i mitokondrier. Karbamylfosfat och ornitin är substrat för enzymet ornitintranskarbamylas som omvandlar dem till citrullin; denna reaktion uppträder i mitokondrier (av hepatocyter). Den producerade citrullinen kommer ut ur mitokondrier och i cytoplasman går under inverkan av argininsuccinatsyntaset : det finns fusionen mellan kolskelettet av citrullin och det hos en aspartat genom en nukleofil attack och efterföljande eliminering av vatten. Enzym argininsuccinatsyntaset kräver en ATP-molekyl, därför finns en energisk koppling: hydrolysen av ATP till AMP och pyrofosfat (den senare omvandlas därefter till två orto-fosfatmolekyler) genom att en molekyl utvisas av vatten från substratet och inte på grund av vattnets verkan i mediet.
Nästa enzym är argininsuccinas : detta enzym kan splittra argininsuccinatet i arginin och fumarat inuti cytoplasman.
Ureacykeln kompletteras av enzymet arginas : urea och ornitin erhålles; urea bortskaffas av njurarna (urin) medan ornitinen återvänder till mitokondrier och återupptar cykeln.
Urea-cykeln är föremål för indirekt modulering av arginin: ackumuleringen av arginin indikerar att det är nödvändigt att påskynda karbamidcykeln; argininmodulering är indirekt eftersom arginin modulerar positivt enzymet acetylglutamatsyntetas. Den senare kan överföra en acetylgrupp till kvävet i ett glutamat: N-acetylglutamat bildas, vilket är en direkt modulator av enzymet karbamyl-fosfosyntetas.
Arginin ackumuleras som en metabolit av ureacykeln om produktionen av karbamylfosfat inte är tillräcklig för att förfoga över ornitin.
Urea produceras endast i levern men det finns andra platser där initiala reaktioner äger rum.
Hjärnan och musklerna använder speciella strategier för att eliminera aminogrupper. Hjärnan använder en mycket effektiv metod där ett enzymglutaminsyntetas och ett enzymglutamas används: den förra är närvarande i neuroner, medan den senare finns i levern. Denna mekanism är mycket effektiv av två skäl:
Två aminogrupper transporteras från hjärnan till levern med endast ett vehikel;
Glutamin är mycket mindre giftigt än glutamat (glutamat bär också neuronal överföring och får inte överskrida fysiologisk koncentration).
I fisk ger en liknande mekanism aminogruppen av aminosyror till gallen.
Från muskeln (skelett och hjärt) når aminogrupperna levern via glukosalanincykeln; det enzym som är involverat är glutamin-pyruvat-transaminas: det möjliggör införlivandet av aminogrupperna (vilka är i form av glutamat), omvandlar pyruvat till alanin och samtidigt glutamatet till a-ketoglutarat i muskeln och katalyserar den inverse processen i levern.
Transaminaser med olika uppgifter eller positioner har också strukturella skillnader och kan bestämmas genom elektrofores (de har olika isoelektriska punkter).
Förekomsten av transaminaser i blodet kan vara ett symptom på lever- eller kardiopatisk skada (dvs. vävnadsskada på lever eller hjärtceller). transaminaser, finns i mycket höga koncentrationer både i levern och i hjärtat: genom elektrofores kan det fastställas om skadan inträffade i lever- eller hjärtceller.
