Norint kalbėti apie dvidešimt aminorūgščių, sudarančių baltymų struktūras ir modifikuotas, reikėtų aprašyti bent dvylika specializuotų medžiagų apykaitos būdų.
Bet kodėl ląstelės naudoja tiek daug medžiagų apykaitos kelių, kuriems reikia energijos (pavyzdžiui, fermentų katalizinėms vietoms regeneruoti), kurių kiekvienas turi fermentinę paveldą, kad katabolizuotų aminorūgštis? Iš beveik visų aminorūgščių galima specializuotais būdais gauti metabolitus, kurie nedidelėje dalyje naudojami energijai gaminti (pavyzdžiui, gliukoneogenezės ir ketoninių kūnų keliu būdu), tačiau dėl kurių visų pirma susidaro kompleksai molekulės, turinčios daug anglies atomų (pvz., iš fenilalanino ir tirozino, hormonai gaminami tam skirtose antinksčiuose); jei, viena vertus, būtų lengva gaminti energiją iš aminorūgščių, kita vertus, būtų sudėtinga sukurti sudėtingas molekules, pradedant nuo mažų molekulių: amino rūgščių katabolizmas leidžia joms išnaudoti savo skeletą ir gauti didesnių rūšių.
Sveikas žmogus kasdien suardo dvi ar tris hektogramas aminorūgščių: 60–100 g jų gaunama iš baltymų, įvedamų su maistu, bet daugiau kaip 2 hektogramos gaunamos iš įprastos baltymų apykaitos, kurios yra neatskiriama organizmo dalis. šių baltymų amino rūgštys, kurios yra pažeistos redokso procesais, pakeičiamos kitomis ir katabolizuojamos).
Aminorūgštys suteikia energijos indėlį ATP atžvilgiu: pašalinus α-amino grupę, likęs angliavandenių aminorūgščių skeletas, atlikęs tinkamas transformacijas, gali patekti į krebso ciklą. Be to, kai trūksta maistinių medžiagų ir sumažėja gliukozės kiekis, suaktyvėja gliukoneogenezė: sakoma, kad gliukoneogenezinės aminorūgštys yra tos, kurios po atitinkamų modifikacijų gali būti įtrauktos į gliukoneogenezę; gliukoneogenezinės amino rūgštys yra tos, kurios gali būti paverstos piruvatas arba fumaratas (fumaratas gali būti paverstas malatu, kuris palieka mitochondriją ir citoplazmoje virsta oksaloacetatu, iš kurio galima gauti fosfoenolio piruvato). acto acetatas.
Ką tik aprašytas yra labai svarbus aspektas, nes aminorūgštys gali ištaisyti cukraus trūkumą tuoj pat nevalgius; jei pasninkas tęsiasi, po dviejų dienų įsikiša lipidų apykaita (nes baltymų struktūros negali būti per daug užpultos), būtent šioje fazėje, kadangi gliukoneogenezė yra labai ribota, riebalų rūgštys virsta acetilo kofermento A ir ketonų kūnais. Nuo tolesnio badavimo smegenys taip pat prisitaiko prie ketonų kūnų naudojimo.
Α-amino grupė perkeliama iš aminorūgščių per transaminacijos reakciją; Fermentai, katalizuojantys šią reakciją, iš tikrųjų sako, transaminazės (arba amino transferazė). Šie fermentai naudoja fermentinį kofaktorių, vadinamą piridoksaliniu fosfatu, kuris veikia jo aldehido grupę. Piridoksalinis fosfatas yra piridoksino, kuris yra vitaminas (B6), daugiausia randamas daržovėse, fosforilinimo produktas.
Transaminazės turi šias savybes:
Didelis specifiškumas ketoglutarato-glutamato α porai;
Jie pavadinti antrosios poros vardu.
Transaminazių fermentai visada apima α ketoglutarato-glutamato porą ir yra skiriami pagal antrąją porą.
Pavyzdžiai:
L "aspartato transaminazė ty GOT (glutamato-osalo acetato transaminazė): fermentas perneša α-amino grupę iš „aspartato“ į „α-ketoglutaratą“ ir taip gauna oksaloacetatą ir glutamatą.
L "alanino transaminazės ty GTP (glutamato-piruvato transaminazė): fermentas perneša α-amino grupę iš „alanino“ į „α-ketoglutaratą, gaudamas piruvatą ir glutamatą.
Įvairios transaminazės naudoja α-ketogluratą kaip aminorūgščių amino grupės akceptorių ir paverčia jį glutamatu; tuo tarpu susidariusios aminorūgštys naudojamos ketoninių kūnų kelyje.
Šio tipo reakcijos gali įvykti abiem kryptimis, nes jos nutrūksta ir sudaro vienodos energijos turinčius ryšius.
Transaminazės yra ir citoplazmoje, ir mitochondrijose (jos daugiausia aktyvios citoplazmoje) ir skiriasi savo izoelektriniu tašku.
Transaminazės taip pat gali dekarboksilinti amino rūgštis.
Turės būti būdas glutamatą paversti α-ketoglutaratu: tai atliekama deaminuojant.
Ten glutamato dehidrogenazė Tai yra fermentas, galintis paversti glutamatą į α-ketoglutaratą ir todėl paversti glutamato pavidalo amino rūgščių amino grupes į amoniaką. Įvyksta redokso procesas, kuris praeina per tarpinį α-amino glutaratą: amoniakas ir α-ketoglutaratas išsiskiria ir grįžta į kraujotaką.
Tada aminorūgščių amino grupių šalinimas vyksta per transaminazes (kurios skiriasi pagal substratą) ir glutamato dehidrogenazę, kuri lemia amoniako susidarymą.
Yra dviejų tipų glutamato dehidrogenazė: citoplazminė ir mitochondrijų; kofaktorius, kuris taip pat yra šio fermento kosubstratas, yra NAD (P) +: glutamato dehidrogenazėje kaip redukuojančios galios akceptorius naudojamas NAD + arba NADP +. Citoplazminė forma teikia pirmenybę, nors ir ne išimtinai, NADP +, o mitochondrijų forma - NAD +. Mitochondrijų formos tikslas yra sunaikinti aminogrupes: dėl to susidaro amoniakas (kuris yra specializuoto mitochondrijų fermento substratas) ir NADH (kuris siunčiamas į kvėpavimo grandinę). Citoplazminė forma veikia priešinga kryptimi, ty ji naudoja amoniaką ir α-ketoglutaratą, kad gautų glutamatą (kuris turi biosintetinę paskirtį): ši reakcija yra redukcinė biosintezė, o naudojamas kofaktorius yra NADPH.
Glutamato dehidrogenazė veikia, kai būtina išmesti aminorūgščių aminorūgščių grupes, pvz., Amoniaką (per šlapimą), arba kai aminorūgščių skeletai reikalingi energijai gaminti: todėl šis fermentas turės neigiamas moduliatorius, kurios yra indikacija geros energijos (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 aminorūgščių, jos gali būti naudojamos baltymų sintezei arba jas reikia išmesti, nes jų negalima kaupti (tai paaiškina, kodėl aminorūgštys yra teigiamos ).
Amoniako šalinimas: karbamido ciklas
Žuvys pašalina amoniaką, įvesdamos jį į vandenį per žiaunas; paukščiai paverčia jį šlapimo rūgštimi (kuri yra kondensacijos produktas) ir pašalina ją su išmatomis. Pažiūrėkime, kas atsitinka žmonėms: mes sakėme, kad glutamato dehidrogenazė paverčia glutamatą α -ketoglutaratas ir amoniakas, tačiau mes nesakėme, kad tai vyksta tik kepenų mitochondrijose.
Pagrindinį amoniako šalinimo vaidmenį per karbamido ciklą atlieka mitochondrijų transaminazės.
Anglies dioksidą, esantį bikarbonato jonų (HCO3-) pavidalu, aktyvuoja biotino kofaktorius, suformuojantis karboksi biotiną, kuris reaguoja su amoniaku ir sudaro karbamo rūgštį; kitoje reakcijoje naudojamas ATP, kad fosfatas būtų perkeltas į karbamo rūgštį, sudaranti karbamilo fosfatą ir ADP (ATP pavertimas ADP yra varomoji jėga karboksibiotinui gauti.) Šią fazę katalizuoja karbamilfosfato sintetazė ir atsiranda mitochondrijose. Karbamilfosfatas ir ornitinas yra fermento substratai ornitino trans -karbamilazė kuris juos paverčia citrulinu; ši reakcija vyksta mitochondrijose (hepatocituose). Gaminamas citrulinas palieka mitochondriją ir citoplazmoje patenka įarginino sukcinato sintetazė: yra susiliejimas tarp anglies turinčio citrulino karkaso ir aspartato skeleto nukleofilinės atakos metu ir vėliau pašalinus vandenį. Arginino sukcinato sintetazės fermentui reikalinga ATP molekulė, todėl yra energingas susiejimas: ATP hidrolizė į AMP ir pirofosfatą (pastarasis virsta dviem ortofosfato molekulėmis) vyksta išstumiant molekulę d "vandenį iš substrato ir ne veikiant terpės vandeniui.
Kitas fermentas yraarginino sukcinozė: šis fermentas gali skaidyti arginino sukcinatą į argininą ir fumaratą citoplazmoje.
Karbamido ciklą užbaigia fermentas arginazė: gaunamas karbamidas ir ornitinas; karbamidas pašalinamas per inkstus (šlapimą), o ornitinas grįžta į mitochondrijas ir atnaujina ciklą.
Karbamido ciklą netiesiogiai moduliuoja argininas: arginino kaupimasis rodo, kad karbamido ciklą reikia pagreitinti; arginino moduliacija yra netiesioginė, nes argininas teigiamai moduliuoja acetilglutamato sintetazės fermentą. Pastarasis gali pernešti acetilo grupę ant glutamato azoto: susidaro N-acetilglutamatas, kuris yra tiesioginis karbamil-fosfo sintetazės fermento moduliatorius.
Argininas kaupiasi kaip karbamido ciklo metabolitas, jei nepakanka karbamilfosfato gamybos, kad būtų pašalintas ornitinas.
Karbamidas gaminamas tik kepenyse, tačiau yra ir kitų vietų, kuriose vyksta pradinės reakcijos.
Smegenys ir raumenys naudoja specialias strategijas amino grupėms pašalinti. Smegenys naudoja labai efektyvų metodą, kurio metu naudojamas fermentas glutamino sintetazė ir fermentas glutamazė: pirmasis yra neuronuose, o antrasis - kepenyse. Šis mechanizmas yra labai efektyvus dėl dviejų priežasčių:
Dvi amino grupės pernešamos iš smegenų į kepenis vienu nešikliu;
Glutaminas yra daug mažiau toksiškas nei glutamatas (glutamatas taip pat atlieka neuronų pernešimą ir neturi viršyti fiziologinės koncentracijos).
Žuvyse panašus mechanizmas atneša aminorūgščių amino grupę į žiaunas.
Iš raumenų (skeleto ir širdies) amino grupės pasiekia kepenis per gliukozės-alanino ciklą; dalyvaujantis fermentas yra glutamino-piruvato transaminazė: jis leidžia perkelti aminogrupes (kurios yra glutamato pavidalu), piruvatą paverčia alaninu ir tuo pačiu metu glutamatą į α-ketoglutaratą raumenyse ir katalizuoja atvirkštinis procesas kepenyse.
Transaminazės, turinčios skirtingas užduotis ar pozicijas, taip pat turi struktūrinių skirtumų ir yra nustatomos elektroforezės būdu (jos turi skirtingus izoelektrinius taškus).
Transaminazių buvimas kraujyje gali būti kepenų ar širdies pažeidimo simptomas (ty kepenų ar širdies ląstelių audinių pažeidimas); transaminazių yra labai daug tiek kepenyse, tiek širdyje: elektroforezės būdu galima nustatyti, ar pažeidimas atsirado kepenyse ar širdies ląstelėse.
