Kalbėti apie dvidešimt amino rūgščių, sudarančių baltymus ir modifikuotas struktūras, turėtų būti aprašyti bent dvylika specializuotų medžiagų apykaitos būdų.
Bet kodėl katabolizuojant aminorūgštis ląstelės naudoja tiek daug medžiagų apykaitos būdų, kuriems reikalinga energija (pvz., Norint regeneruoti katalizines fermentų vietas)? Beveik visas aminorūgštis galima gauti per specializuotus maršrutus iš metabolitų, kurie naudojami mažai daliai energijos gamybai (pvz., Per glioneogenezę ir ketoninių kūnų kelią), bet kurie visų pirma lemia sudėtingų molekulių susidarymą, turintis daug anglies atomų (pvz., iš fenilalanino ir tirozino, antinksčių liaukose, kurios yra specializuotos šiam tikslui, gaminami hormonai); jei, viena vertus, būtų paprasta gaminti energiją iš amino rūgščių, kita vertus, būtų sunku sukurti sudėtingas molekules, pradedant nuo mažų molekulių: aminorūgščių katabolizmas leidžia išnaudoti jų skeletą, kad gautų didesnes rūšis.
Dvi ar trys hektolitrai aminorūgščių kasdien išnyksta sveikam asmeniui: 60-100 g jų gaunama iš baltymų, pristatytų su maistu, bet daugiau kaip 2 etai gaunami iš normalios baltymų, kurios yra neatsiejama organizmo dalis (aminorūgštys), apyvartos. iš šių baltymų, kurie yra pažeisti oksidacijos mažinimo procesais, pakeičiami kitais ir katabolizuojami).
Aminorūgštys suteikia energetinį indėlį pagal ATP: pašalinus α-amino grupę, likusių anglies rūgščių karkasas po tinkamų transformacijų gali patekti į krebso ciklą. Be to, kai trūksta maistinių medžiagų pasiūlos ir sumažėja gliukozės kiekis, aktyvinama gliukoneogenezė: vadiname glikoneogenetines aminorūgštis, kurios po tinkamų modifikacijų gali būti įvestos į gliukogenogenezę; gliukonogenetinės aminorūgštys yra tos, kurios gali būti konvertuojamos į piruvatą arba fumaratą (fumaratas gali būti paverstas pacientu, išeinančiu iš mitochondrijos ir citoplazmoje transformuojamas į oksaloacetatą, iš kurio galima gauti fosfololio piruvatą). Vietoj to, ketogeninės amino rūgštys yra tos, kurios gali būti konvertuojamos į acetilo koenzimą A ir acto-acetatą.
Tai, ką aprašyta, yra labai svarbus aspektas, nes aminorūgštys gali ištaisyti cukraus trūkumą, kai tuoj pat pasninkauja; jei pasninkas išlieka, po dviejų dienų lipidų apykaita įsijungia (nes negalite pernelyg daug užpulti baltymų struktūroms) šiame etape, kai gliukogenogenezė yra labai ribota, riebalų rūgštys konvertuojamos į acetilo koenzimą A ir į ketonų organizmus., Toliau sparčiai, net smegenys prisitaiko prie ketonų kūnų.
Α-amino grupės perkėlimas iš aminorūgščių vyksta per transaminavimo reakciją; laikoma, kad fermentai, katalizuojantys šią reakciją, yra transaminazės (arba amino transferazės). Šie fermentai naudoja fermento kofaktorių, vadinamą piridokso fosfatu, kuris įsikiša į aldehidų grupę. Piridokso fosfatas yra piridoksino, kuris yra vitaminas (B6), daugiausia esantis daržovėse, fosforilinimo produktas.
Transaminazės turi šias savybes:
Didelis α ketoglutarato-glutamato poros specifiškumas;
Jie paima pavadinimą iš antrosios poros.
Transaminazės fermentai visada apima α ketoglutarato-glutamato porą ir skiriasi pagal antrą dalyvaujamą porą.
pavyzdžiai:
Aspartato transaminazė arba GOT (glutamato oksalato transaminazė): fermentas perduoda α-amino grupę iš aspartato į α-ketoglutaratą, gaunant oksalacetatą ir glutamatą.
Alanino transaminazė arba GTP (glutamato-piruvato transaminazė): fermentas perduoda α-amino grupę iš alanino į a-ketoglutaratą, kad gautų piruvatą ir glutamatą.
Įvairios transaminazės naudoja a-ketogluratą kaip aminorūgščių amino grupės akceptorių ir paverčia jį į glutamatą; o susidariusios aminorūgštys naudojamos ketonų kūnų kelyje.
Tokio tipo reakcija gali įvykti abiem kryptimis, nes jie sulaužomi ir suformuoja tos pačios energijos turinį.
Transaminazės yra tiek citoplazmoje, tiek mitochondrijoje (dažniausiai jos yra aktyvios citoplazmoje) ir skiriasi savo izoelektriniu tašku.
Transaminazės taip pat sugeba dekarboksilinti aminorūgštis.
Turi būti būdas paversti glutamatą atgal į α-ketoglutaratą: tai daroma deaminacijos būdu.
Glutamato dehidrogenazė yra fermentas, galintis transformuoti glutamatą į α-ketoglutaratą ir todėl aminorūgščių amino grupes, kurios randamos glutamato pavidalu, paverčia amoniaku. Kas vyksta, yra oksidacijos mažinimo procesas, kuris vyksta per tarpinį α-amino glutaratą: amoniakas ir α-ketoglutaratas išsiskiria ir grįžta į cirkuliaciją.
Taigi amino amino grupių šalinimas vyksta per transaminazes (skirtingas, priklausomai nuo substrato) ir glutamato dehidrogenazės, kuri lemia amoniako susidarymą.
Yra dviejų tipų glutamato dehidrogenazės: citoplazmos ir mitochondrijų; kofaktorius, kuris taip pat yra šio fermento kosubstratas, yra NAD (P) +: glutamato dehidrogenazė, naudojama kaip mažinimo galios priėmėjas, arba NAD + arba NADP +. Citoplazminė forma pageidauja, nors ir ne tik, NADP +, o mitochondrijų forma pageidauja NAD +. Mitochondrijų forma siekiama pašalinti amino grupes: sukelia amoniako (kuris yra specializuoto mitochondrijų fermento substratas) ir NADH (kuris siunčiamas į kvėpavimo grandinę) susidarymą. Citoplazminė forma veikia priešinga kryptimi, ty ji naudoja amoniaką ir α-ketoglutaratą, kad gautų glutamatą (kuris turi biosintezės paskirties vietą): ši reakcija yra redukcinė biosintezė ir naudojamas kofaktorius yra NADPH.
Glutamato dehidrogenazė veikia, kai amino rūgščių amino grupes reikia šalinti kaip amoniaką (per šlapimą) arba kai reikia gaminti aminorūgščių skeletus energijos gamybai: šis fermentas, kaip neigiami moduliatoriai, turės geros energijos prieinamumo indeksą (ATP, GTP ir NAD (P) H) ir kaip teigiami moduliatoriai, sistemos, rodančios energijos poreikį (AMP, ADP, BVP, NAD (P) +, amino rūgštys ir skydliaukės hormonai).
Aminorūgštys (daugiausia leucinas) yra teigiami glutamato dehidrogenazės moduliatoriai: jei citoplazmoje yra amino rūgščių, jos gali būti naudojamos baltymų sintezei, arba jos turi būti šalinamos, nes jos negali būti kaupiamos (tai paaiškina, kodėl aminorūgštys yra teigiami moduliatoriai),
Amoniakas: karbamido ciklas
Žuvys sunaikina amoniaką, įdėjus jį į vandenį per žiaunas; paukščiai paverčia juos šlapimo rūgštimi (tai yra kondensacijos produktas) ir pašalina jį su išmatomis. Pažiūrėkime, kas vyksta žmonėms: mes sakėme, kad glutamato dehidrogenazė glutamatą paverčia α-ketoglutaratu ir amoniaku, bet mes nesakėme, kad tai atsitinka tik kepenų mitochondrijose.
Esminį amoniako šalinimo vaidmenį per karbamido ciklą atlieka mitochondrijų transaminazės.
anglies dioksido, bikarbonato jonų (HCO3-) pavidalu, aktyvuoja biotino kofaktorius, formuojantis karboksi biotiną, kuris reaguoja su amoniaku, kad gautų karbamo rūgštį; vėlesnė reakcija naudoja ATP fosfato pernešimui į karbamo rūgštį, formuodama karbamilo fosfatą ir ADP (ATP konversija į ADP yra varomoji jėga, gaunanti karboksrobotiną). Šią fazę katalizuoja karbamilfosfato sintazė ir vyksta mitochondrijoje. Karbamilfosfatas ir ornitinas yra fermento ornitino trans karbamilazės substratai, kurie juos paverčia citrulinu; ši reakcija vyksta mitochondrijose (hepatocituose). Gautas citrulinas, palieka mitochondrioną, o citoplazmoje vyksta arginino sukcinato sintezė: yra branduolio citrulino skeleto ir aspartato sintezė per nukleofilinę ataką ir vėlesnį vandens pašalinimą. Fermento arginino sukcinato sintazei reikalinga ATP molekulė, todėl ji turi energingą sukabinimą: ATP hidrolizė į AMP ir pirofosfatą (pastaroji paverčiama dviem ortofosfato molekulėmis) vyksta išimant molekulę. vandens, o ne dėl terpės vandens poveikio.
Kitas fermentas yra arginino sukcinazė : šis fermentas gali padalinti arginino sukcinatą į argininą ir fumaratą citoplazmoje.
Karbamido ciklą baigia fermento arginazė : gaunamas karbamidas ir ornitinas ; karbamidas nusausinamas per inkstus (šlapimą), o ornitinas grįžta į mitochondrijas ir tęsia ciklą.
Karbamido ciklas yra netiesioginis moduliavimas argininu: arginino kaupimasis rodo, kad būtina pagreitinti karbamido ciklą; Arginino moduliavimas yra netiesioginis, nes argininas teigiamai moduliuoja acetilglutamato sintezės fermentą. Pastarasis gali perduoti acetilo grupę ant glutamato azoto: jis sudaro N-acetilglutamatą, kuris yra tiesioginis fermento karbamil-fosfosintetazės moduliatorius.
Argininas kaupiasi kaip karbamido ciklo metabolitas, jei karbamilfosfato gamyba nepakanka ornitino šalinimui.
Karbamidas gaminamas tik kepenyse, tačiau yra ir kitų vietų, kuriose vyksta pradinės reakcijos.
Smegenys ir raumenys naudoja tam tikras strategijas amino grupėms pašalinti. Smegenys naudoja labai efektyvų metodą, kai naudojamas fermentas glutamino sintazė ir fermentas glutamazė : pirmasis yra neuronuose, o pastaroji yra kepenyse. Šis mechanizmas yra labai veiksmingas dėl dviejų priežasčių:
Dvi amino grupės pernešamos iš smegenų į kepenis su viena transporto priemone;
Glutaminas yra daug mažiau toksiškas nei glutamatas (glutamatas taip pat atlieka neuronų perdavimą ir neturi viršyti fiziologinės koncentracijos).
Žuvyse panašus mechanizmas sukelia amino rūgščių amino grupę į žiaunas.
Iš raumenų (skeleto ir širdies) amino grupės pasiekia kepenis per gliukozės-alanino ciklą; susijęs fermentas yra glutamino piruvato transaminazė: ji leidžia perkelti amino grupes (kurios yra glutamato pavidalu), paverčiant piruvatą į alaniną ir tuo pačiu metu glutamatą į α-ketoglutaratą raumenyse ir katalizuojant atvirkštinį procesą kepenų.
Transaminazės su skirtingomis užduotimis ar padėtimis taip pat turi struktūrinių skirtumų ir gali būti nustatomos elektroforezės būdu (jos turi skirtingus izoelektrinius taškus).
Transaminazių buvimas kraujyje gali būti kepenų ar kardiopatinio pažeidimo (ty kepenų ar širdies ląstelių pažeidimo) požymis; transaminazės yra labai didelės koncentracijos tiek kepenyse, tiek širdyje: per elektroforezę galima nustatyti, ar pažeidimas įvyko kepenyse ar širdies ląstelėse.
