Για να μιλήσουμε για τα είκοσι αμινοξέα που συνθέτουν πρωτεΐνες και τροποποιημένες δομές, πρέπει να περιγράφονται τουλάχιστον δώδεκα εξειδικευμένες μεταβολικές οδούς.
Αλλά γιατί τα κύτταρα χρησιμοποιούν τόσα μεταβολικά μονοπάτια που απαιτούν ενέργεια (για παράδειγμα για την αναγέννηση των καταλυτικών θέσεων των ενζύμων), καθένα με ενζυματική κληρονομιά, για να καταβολίσει τα αμινοξέα; Σχεδόν όλα τα αμινοξέα μπορούν να ληφθούν μέσω εξειδικευμένων οδών μεταβολιτών που σε μικρό μέρος χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ενέργειας (για παράδειγμα, μέσω της γλυκονεογένεσης και της διαδρομής των κετονικών σωμάτων) αλλά οι οποίες, πάνω απ 'όλα, οδηγούν στο σχηματισμό πολύπλοκων μορίων, με υψηλό αριθμό ατόμων άνθρακα (για παράδειγμα από φαινυλαλανίνη και τυροσίνη, οι ορμόνες παράγονται στα επινεφρίδια που είναι εξειδικευμένα για το σκοπό αυτό). αν αφ 'ενός θα ήταν εύκολο να παράγει ενέργεια από αμινοξέα, από την άλλη θα ήταν περίπλοκο να οικοδομήσουμε σύνθετα μόρια ξεκινώντας από μικρά μόρια: ο καταβολισμός των αμινοξέων μας επιτρέπει να εκμεταλλευτούμε τον σκελετό τους για να αποκτήσουμε μεγαλύτερα είδη.
Δύο ή τρεις ουγγιές αμινοξέων υποβαθμίζονται καθημερινά από ένα υγιές άτομο: 60-100 g από αυτά προέρχονται από τις πρωτεΐνες που εισάγονται από τη διατροφή, αλλά πάνω από 2 ουγγιές αποκτώνται από τον κανονικό κύκλο εργασιών πρωτεϊνών που αποτελούν αναπόσπαστο τμήμα του σώματος (αμινοξέα από αυτές τις πρωτεΐνες, οι οποίες έχουν καταστραφεί από τις διαδικασίες οξειδοαναγωγής, αντικαθίστανται από άλλες και καταβολίζονται).
Τα αμινοξέα δίνουν μια ενεργειακή συμβολή όσον αφορά την ΑΤΡ: μετά την απομάκρυνση της α-αμινομάδας, ο εναπομείναντος σκελετός άνθρακα των αμινοξέων, μετά από κατάλληλους μετασχηματισμούς, μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του krebs. Επιπλέον, όταν η παροχή θρεπτικών ουσιών απουσιάζει και η ποσότητα της γλυκόζης μειώνεται, ενεργοποιείται η γλυκονεογένεση: τα γλυκενογενετικά αμινοξέα ονομάζονται εκείνα τα οποία, μετά από κατάλληλες τροποποιήσεις, μπορούν να εισαχθούν στη γλυκονεογένεση. τα γλυκενογενετικά αμινοξέα είναι εκείνα που μπορούν να μετατραπούν σε πυροσταφυλικό ή φουμαρικό (το φουμαρικό μπορεί να μετατραπεί σε άρρωστο που βγαίνει από τα μιτοχόνδρια και μετατρέπεται στο κυτταρόπλασμα σε οξαλοξικό από τον οποίο μπορεί να ληφθεί φωσφοενόλη). Αντ 'αυτού, αυτά που μπορούν να μετατραπούν σε ακετυλο-συνένζυμο Α και οξεικό οξικό οξύ λέγεται ότι είναι κετογόνα αμινοξέα.
Αυτό που μόλις περιγράψαμε είναι μια πολύ σημαντική πτυχή επειδή τα αμινοξέα μπορούν να θεραπεύσουν την έλλειψη ζάχαρης σε περίπτωση άμεσης νηστείας. εάν η νηστεία επιμένει, ο μεταβολισμός των λιπιδίων παρεμβαίνει μετά από δύο ημέρες (επειδή οι πρωτεϊνικές δομές δεν μπορούν να προσβληθούν πολύ), σε αυτή τη φάση, αφού η γλυκογονάση είναι πολύ περιορισμένη, τα λιπαρά οξέα μετατρέπονται σε ακετυλο-συνενζύμη Α και κετόνες . Από την περαιτέρω νηστεία, ο εγκέφαλος προσαρμόζεται επίσης στη χρήση κετονών.
Η μεταφορά της α-αμινομάδας από αμινοξέα συμβαίνει μέσω αντίδρασης διαμεταμόλυνσης. τα ένζυμα που καταλύουν αυτή την αντίδραση ονομάζονται τρανσαμινάσες (ή αμινοτρανσφεράσες). Αυτά τα ένζυμα χρησιμοποιούν έναν ενζυματικό συμπαράγοντα που ονομάζεται φωσφορική πυριδοξάλη, ο οποίος παρεμβαίνει με την ομάδα αλδεϋδης του. Το φωσφορικό πυριδοξάλη είναι το προϊόν της φωσφορυλίωσης της πυριδοξίνης η οποία είναι μια βιταμίνη (Β6) που περιέχεται κυρίως σε λαχανικά.
Οι τρανσαμινάσες έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:
Υψηλή εξειδίκευση για ένα ζεύγος α-κετογλουταρικού-γλουταμικού εστέρα.
Πήραν το όνομά τους από το δεύτερο ζευγάρι.
Τα ένζυμα τρανσαμινάσης περιλαμβάνουν πάντα το ζεύγος α-κετογλουταρικού-γλουταμικού και διακρίνονται από το δεύτερο εμπλεκόμενο ζεύγος.
Παραδείγματα:
Ασπαρτική τρανσαμινάση ή GOT (τρανσαμινάση οξεικού γλουταμινικού οξαλίου): το ένζυμο μεταφέρει την α-αμινομάδα από ασπαρτικό σε α-κετογλουταρικό, λαμβάνοντας οξαλικό άλας και γλουταμικό άλας.
Τρανσαμινάση αλανίνης, δηλ. GTP (τρανταμινάση γλουταμικού-πυροσταφυλικού): το ένζυμο μεταφέρει την α-αμινομάδα από αλανίνη σε α-κετογλουταρική λήψη πυροσταφυλικού και γλουταμικού.
Οι διάφορες τρανσαμινάσες χρησιμοποιούν την α-κετογλουρική ως δέκτη της αμινομάδας των αμινοξέων και την μετατρέπουν σε γλουταμικό. ενώ τα αμινοξέα που σχηματίζονται χρησιμοποιούνται στη διαδρομή των σωμάτων κετόνης.
Αυτός ο τύπος αντίδρασης μπορεί να λάβει χώρα και στις δύο κατευθύνσεις, καθώς σπάει και σχηματίζονται δεσμοί με το ίδιο ενεργειακό περιεχόμενο.
Οι τρανσαμινάσες είναι τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στα μιτοχόνδρια (είναι κυρίως ενεργοί στο κυτταρόπλασμα) και διαφέρουν στο ισοηλεκτρικό τους σημείο.
Οι τρανσαμινάσες είναι επίσης ικανές να αποκαρβοξυλιώσουν τα αμινοξέα.
Πρέπει να υπάρχει ένας τρόπος να μετατραπεί το γλουταμινικό πίσω σε α-κετογλουταρικό: αυτό συμβαίνει με την απομόνωση.
Η αφυδρογονάση γλουταμινικού είναι ένα ένζυμο ικανό να μετασχηματίζει το γλουταμινικό σε α-κετογλουταρικό και επομένως να μετατρέπει τις αμινομάδες των αμινοξέων που βρίσκονται υπό τη μορφή γλουταμικού σε αμμωνία. Αυτό που συμβαίνει είναι μια διαδικασία οξυγονοαποδομήσεως που διέρχεται από την ενδιάμεση α-αμινο γλουταρική ένωση: η αμμωνία και η α-κετογλουταρική απελευθερώνονται και επιστρέφουν στην κυκλοφορία.
Έτσι, η απόθεση των αμινομάδων των αμινοξέων περνά μέσα από τις τρανσαμινάσες (διαφορετικές ανάλογα με το υπόστρωμα) και την γλουταμική αφυδρογονάση, η οποία καθορίζει το σχηματισμό αμμωνίας.
Υπάρχουν δύο τύποι αφυδρογονάσης γλουταμικού: κυτοπλασμικό και μιτοχονδριακό. ο συμπαράγοντας, ο οποίος είναι επίσης συνιστώμενος του ενζύμου αυτού, είναι η NAD (P) +: η γλουταμική αφυδρογονάση χρησιμοποιεί NAD + ή NADP + ως δέκτη μειωτικής ισχύος. Η κυτταροπλασματική μορφή προτιμά, αν και όχι αποκλειστικά, NADP + ενώ η μιτοχονδριακή μορφή προτιμά NAD +. Η μιτοχονδριακή μορφή έχει ως σκοπό τη διάθεση των αμινομάδων: οδηγεί στον σχηματισμό αμμωνίας (το οποίο είναι ένα υπόστρωμα για ένα εξειδικευμένο ένζυμο μιτοχονδρίων) και το NADH (το οποίο αποστέλλεται στην αναπνευστική αλυσίδα). Η κυτταροπλασματική μορφή λειτουργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή χρησιμοποιεί αμμωνία και α-κετογλουταρική για να δώσει γλουταμικό άλας (που έχει βιοσυνθετικό προορισμό): αυτή η αντίδραση είναι μια αναγωγική βιοσύνθεση και ο συμπαράγοντας που χρησιμοποιείται είναι NADPH.
Η αφυδρογονάση γλουταμίνης λειτουργεί όταν οι αμινομάδες αμινοξέων όπως η αμμωνία (μέσω ούρων) χρειάζεται να απορριφθούν ή όταν χρειάζονται οι σκελετοί αμινοξέων για την παραγωγή ενέργειας: αυτό το ένζυμο θα έχει επομένως συστήματα που υποδεικνύουν καλή ενεργειακή διαθεσιμότητα (ΑΤΡ) ως αρνητικούς διαμορφωτές. (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, αμινοξέα και ορμόνες του θυρεοειδούς). Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας.
Τα αμινοξέα (κυρίως λευκίνη) είναι θετικοί διαμορφωτές της γλουταμινικής αφυδρογονάσης: εάν υπάρχουν αμινοξέα στο κυτταρόπλασμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για πρωτεϊνική σύνθεση ή πρέπει να απορριφθούν επειδή δεν μπορούν να συσσωρευτούν (αυτό εξηγεί γιατί τα αμινοξέα είναι θετικοί διαμορφωτές) .
Απόρριψη αμμωνίας: κύκλος ουρίας
Τα ψάρια διαθέτουν αμμωνία εισάγοντάς το στο νερό μέσω των βράχων. τα πτηνά τα μετατρέπουν σε ουρικό οξύ (το οποίο είναι προϊόν συμπύκνωσης) και την εξαλείφουν με περιττώματα. Ας δούμε τι συμβαίνει στον άνθρωπο: είπαμε ότι η αφυδρογονάση γλουταμινικού μετατρέπει το γλουταμινικό σε α-κετογλουταρικό και αμμωνία, αλλά δεν είπαμε ότι αυτό συμβαίνει μόνο στα μιτοχόνδρια του ήπατος.
Ένας θεμελιώδης ρόλος της διάθεσης αμμωνίας, μέσω του κύκλου της ουρίας, καλύπτεται από μιτοχονδριακές τρανσαμινάσες.
διοξείδιο του άνθρακα, υπό τη μορφή διττανθρακικού ιόντος (HCO3-), ενεργοποιείται από τον συμπαράγοντα βιοτίνης που σχηματίζει την καρβοξυ βιοτίνη η οποία αντιδρά με αμμωνία για να δώσει το καρβαμικό οξύ, η επακόλουθη αντίδραση χρησιμοποιεί ΑΤΡ για να μεταφέρει ένα φωσφορικό στο καρβαμικό οξύ που σχηματίζει φωσφορικό καρβαμύλιο και ADP (η μετατροπή του ΑΤΡ σε ΑϋΡ είναι η κινητήρια δύναμη για την λήψη της καρβοξυβιοτίνης). Αυτή η φάση καταλύεται από συνθετάση φωσφορικού καρβαμυλίου και εμφανίζεται στα μιτοχόνδρια. Το φωσφορικό καρβαμίδιο και η ορνιθίνη είναι υποστρώματα για το ένζυμο trans καρβαμυλάση ορνιθίνης που τα μετατρέπει σε κιτρουλίνη. αυτή η αντίδραση συμβαίνει στα μιτοχόνδρια (των ηπατοκυττάρων). Η παραγόμενη κιτρουλλίνη βγαίνει από τα μιτοχόνδρια και, στο κυτταρόπλασμα, εμπίπτει στη δράση της συνθάσης ηλεκτρινικής αργινίνης : υπάρχει η σύντηξη μεταξύ του ανθρακικού σκελετού της κιτρουλλίνης και εκείνης ενός ασπαρτικού άλατος μέσω μιας πυρηνόφιλης προσβολής και μετέπειτα της εξάλειψης του νερού. Το ένζυμο ηλεκτρινική συνθάση αργινίνης, απαιτεί ένα μόριο ΑΤΡ και ως εκ τούτου υπάρχει μια ενεργητική σύζευξη: η υδρόλυση του ΑΤΡ σε ΑΜΡ και πυροφωσφορικό (το τελευταίο στη συνέχεια μετατρέπεται σε δύο μόρια ορθοφωσφορικού) με απομάκρυνση ενός μορίου νερού από το υπόστρωμα και όχι λόγω της δράσης του νερού στο μέσο.
Το επόμενο ένζυμο είναι η αργινίνη σουκκινάση : αυτό το ένζυμο είναι ικανό να διασπάσει την ηλεκτρική αργινίνη σε αργινίνη και φουμαρικό εντός του κυτταροπλάσματος.
Ο κύκλος ουρίας συμπληρώνεται από το ένζυμο αργινάση : λαμβάνεται η ουρία και η ορνιθίνη. η ουρία απορρίπτεται από τα νεφρά (ούρα) ενώ η ορνιθίνη επιστρέφει στα μιτοχόνδρια και συνεχίζει τον κύκλο.
Ο κύκλος ουρίας υπόκειται σε έμμεση διαφοροποίηση από αργινίνη: η συσσώρευση αργινίνης, δείχνει ότι είναι απαραίτητο να επιταχυνθεί ο κύκλος της ουρίας. η διαμόρφωση της αργινίνης είναι έμμεση επειδή η αργινίνη ρυθμίζει θετικά το ένζυμο ακετυλο γλουταμινική συνθετάση. Το τελευταίο είναι ικανό να μεταφέρει μία ομάδα ακετυλίου στο άζωτο ενός γλουταμικού: σχηματίζεται Ν-ακετυλο γλουταμινικό το οποίο είναι ένας άμεσος διαμορφωτής του ενζύμου καρβαμυλο-φωσφο συνθετάση.
Η αργινίνη συσσωρεύεται ως μεταβολίτης του κύκλου της ουρίας εάν η παραγωγή του φωσφορικού καρβαμυλίου δεν επαρκεί για την απόρριψη της ορνιθίνης.
Η ουρία παράγεται μόνο στο συκώτι, αλλά υπάρχουν και άλλες περιοχές στις οποίες πραγματοποιούνται αρχικές αντιδράσεις.
Ο εγκέφαλος και οι μύες χρησιμοποιούν ειδικές στρατηγικές για την εξάλειψη των αμινομάδων. Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί μια πολύ αποτελεσματική μέθοδο στην οποία χρησιμοποιείται ένα ένζυμο συνθετάση γλουταμίνης και ένα ένζυμο γλουταμάση : το πρώτο υπάρχει στους νευρώνες, ενώ το τελευταίο βρίσκεται στο ήπαρ. Ο μηχανισμός αυτός είναι πολύ αποτελεσματικός για δύο λόγους:
Δύο αμινομάδες μεταφέρονται από τον εγκέφαλο στο ήπαρ με μόνο ένα όχημα.
Η γλουταμίνη είναι πολύ λιγότερο τοξική από ότι το γλουταμινικό (το γλουταμινικό επίσης μεταφέρει νευρωνική μεταφορά και δεν πρέπει να υπερβαίνει τη φυσιολογική συγκέντρωση).
Στα ψάρια ένας παρόμοιος μηχανισμός φέρνει την αμινομάδα αμινοξέων στα βράγχια.
Από τον μυ (σκελετικό και καρδιακό), οι αμινομάδες φθάνουν στο ήπαρ μέσω του κύκλου γλυκόζης-αλανίνης. το ενζύμο που ενέχεται είναι τρανσαμινάση γλουταμίνης-πυροσταφυλικού: επιτρέπει τη μεταφορά των αμινομάδων (οι οποίες είναι υπό τη μορφή γλουταμινικού οξέος), μετατροπή του πυροσταφυλικού σε αλανίνη και ταυτόχρονα το γλουταμινικό σε α-κετογλουταρικό στο μυ και καταλύοντας την αντίστροφη διαδικασία ήπατος.
Οι τρανσαμινάσες με διαφορετικές αποστολές ή θέσεις έχουν επίσης διαρθρωτικές διαφορές και μπορούν να προσδιοριστούν με ηλεκτροφόρηση (έχουν διαφορετικά ισοηλεκτρικά σημεία).
Η παρουσία τρανσαμινασών στο αίμα μπορεί να είναι σύμπτωμα ηπατικής ή καρδιοπαθητικής βλάβης (π.χ. βλάβη ιστών στα κύτταρα του ήπατος ή της καρδιάς). οι τρανσαμινάσες βρίσκονται σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις τόσο στο ήπαρ όσο και στην καρδιά: μέσω ηλεκτροφόρησης μπορεί να διαπιστωθεί κατά πόσον η βλάβη εμφανίστηκε σε κύτταρα ήπατος ή καρδιάς.
