Mluvit o dvaceti aminokyselinách, které tvoří protein a modifikované struktury, by mělo být popsáno nejméně dvanáct specializovaných metabolických drah.
Proč však buňky používají tolik metabolických drah, které vyžadují energii (například k regeneraci katalytických míst enzymů), z nichž každá má enzymatické dědictví, k katabolizaci aminokyselin? Téměř všechny aminokyseliny mohou být získány prostřednictvím specializovaných cest metabolity, které se v malé části používají k výrobě energie (např. Prostřednictvím glukoneogeneze a cesty těl ketonů), ale které vedou především k tvorbě komplexních molekul, s vysokým počtem atomů uhlíku (například z fenylalaninu a tyrosinu, hormony jsou produkovány v nadledvinách, které jsou pro tento účel specializovány); pokud by bylo na jedné straně snadné vyrábět energii z aminokyselin, na druhé straně by bylo složité vytvořit komplexní molekuly vycházející z malých molekul: katabolismus aminokyselin nám umožňuje využít jejich kostru k získání větších druhů.
Dva nebo tři unce aminokyselin denně odbourává zdravý jedinec: 60-100 g z nich pochází z proteinů zavedených dietou, ale více než 2 unce jsou získány z normálního obratu proteinů, které jsou nedílnou součástí těla (aminokyseliny). těchto proteinů, které jsou poškozeny redox procesy, jsou nahrazeny jinými a katabolizovány).
Aminokyseliny přispívají k energetickému příspěvku, pokud jde o ATP: po odstranění a-aminoskupiny může zbývající uhlíkový skelet aminokyselin po odpovídajících transformacích vstoupit do krebsova cyklu. Kromě toho, když chybí přísun živin a snižuje se množství glukózy, aktivuje se glukoneogeneze: glukoneogenetické aminokyseliny se nazývají ty, které mohou být po odpovídajících modifikacích zavedeny do glukoneogeneze; glukoneogenetické aminokyseliny jsou ty, které mohou být převedeny na pyruvát nebo fumarát (fumarát může být přeměněn na nemocný, který vychází z mitochondrií a v cytoplazmě je transformován na oxaloacetát, ze kterého lze získat fosfoenol). Místo toho, ty, které mohou být konvertovány na acetylkoenzym A a octan octan, jsou uváděny jako ketogenní aminokyseliny.
Právě popsaný je velmi důležitým aspektem, protože aminokyseliny mohou napravit nedostatek cukru v případě okamžitého půstu; pokud hladovění přetrvává, metabolismus lipidů zasáhne po dvou dnech (protože bílkovinné struktury nemohou být napadnuty hodně), je to v této fázi, protože glukoneogeneze je velmi omezená, mastné kyseliny jsou přeměněny na acetylkoenzym A a ketonová těla, Od dalšího půstu se mozek také přizpůsobuje používání ketonových těl.
Přenos a-aminoskupiny z aminokyselin probíhá transaminázovou reakcí; enzymy, které katalyzují tuto reakci, se nazývají transaminázy (nebo aminotransferázy ). Tyto enzymy používají enzymatický kofaktor zvaný pyridoxal fosfát, který zasahuje do své aldehydové skupiny. Pyridoxal fosfát je produkt fosforylace pyridoxinu, který je vitamín (B6) obsažený hlavně v zelenině.
Transaminázy mají následující vlastnosti:
Vysoká specificita pro a-ketoglutarát-glutamátový pár;
Berou si své jméno od druhého páru.
Enzymy transaminázy vždy zahrnují dvojici a-ketoglutarát-glutamát a odlišují se druhým zapojeným párem.
Příklady:
Aspartát transamináza nebo GOT (glutamát-oxal acetát transamináza): enzym přenáší a-aminoskupinu z aspartátu na a-ketoglutarát, čímž se získá oxalacetát a glutamát.
Alanin transamináza, tj. GTP (glutamát-pyruvát transamináza): enzym přenáší a-aminoskupinu z alaninu na a-ketoglutarát, čímž se získá pyruvát a glutamát.
Různé transaminázy používají a-ketoglurát jako akceptor aminoskupiny aminokyselin a přeměňují ho na glutamát; zatímco aminokyseliny, které se tvoří, se používají v cestě ketonových těl.
Tento typ reakce může probíhat v obou směrech, protože se zlomí a vytvoří se vazby se stejným energetickým obsahem.
Transaminázy jsou jak v cytoplazmě, tak v mitochondriích (většinou jsou aktivní v cytoplazmě) a liší se svým izoelektrickým bodem.
Transaminázy jsou také schopny dekarboxylovat aminokyseliny.
Musí existovat způsob, jak převést glutamát zpět na α-ketoglutarát: toto se děje deaminací.
Glutamát dehydrogenáza je enzym schopný transformovat glutamát na a-ketoglutarát, a proto konvertovat aminoskupiny aminokyselin nalezené ve formě glutamátu na amoniak. Co se děje, je oxydoreduktivní proces, který prochází meziproduktem a-amino-glutarátu: amoniak a α-ketoglutarát se uvolňují a vracejí do oběhu.
Likvidace aminoskupin aminokyselin prochází transaminázami (odlišnými v závislosti na substrátu) a glutamátdehydrogenázou, která určuje tvorbu amoniaku.
Existují dva typy glutamátdehydrogenázy: cytoplazmatická a mitochondriální; kofaktor, který je také ko-složkou tohoto enzymu, je NAD (P) +: glutamát dehydrogenáza používá jako akceptor redukční energie NAD + nebo NADP +. Cytoplazmatická forma preferuje, i když ne výhradně, NADP +, zatímco mitochondriální forma preferuje NAD +. Účelem mitochondriální formy je likvidace aminoskupin: vede k tvorbě amoniaku (což je substrát pro specializovaný enzym mitochondrií) a NADH (který je odeslán do dýchacího řetězce). Cytoplazmatická forma funguje v opačném směru, to znamená, že používá amoniak a α-ketoglutarát k poskytnutí glutamátu (který má biosyntetický cíl): tato reakce je reduktivní biosyntéza a použitým kofaktorem je NADPH.
Glutamát dehydrogenáza funguje, když je třeba aminoskupiny aminokyselin, jako je amoniak (přes moč) likvidovat, nebo když jsou potřebné kostry aminokyselin k produkci energie: tento enzym proto bude mít systémy, které indikují dobrou energetickou dostupnost (ATP) jako negativní modulátory. 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 pozitivní modulátory glutamát dehydrogenázy: pokud jsou v cytoplazmě přítomny aminokyseliny, mohou být použity pro syntézu proteinů nebo musí být likvidovány, protože nemohou být akumulovány (což vysvětluje, proč jsou aminokyseliny pozitivní modulátory),
Likvidace amoniaku: cyklus močoviny
Ryby likvidují čpavek zavedením do vody přes žábry; ptáci ji přeměňují na kyselinu močovou (což je kondenzační produkt) a eliminují ji stolicí. Podívejme se, co se děje u lidí: řekli jsme, že glutamátdehydrogenáza přeměňuje glutamát na α-ketoglutarát a amoniak, ale neřekli jsme, že se to děje pouze v mitochondriích jater.
Zásadní úloha odstraňování amoniaku prostřednictvím cyklu močoviny je pokryta mitochondriálními transaminázami.
oxid uhličitý, ve formě hydrogenuhličitanového iontu (HCO3-), je aktivován kofaktorem biotinu, který tvoří karboxy-biotin, který reaguje s amoniakem za vzniku kyseliny karbamové; následná reakce používá ATP k přenosu fosfátu na kyselinu karbamovou za tvorby karbamyl fosfátu a ADP (přeměna ATP na ADP je hnací silou pro získání karboxibiotinu). Tato fáze je katalyzována karbamyl fosfátsyntetázou a vyskytuje se v mitochondriích. Karbamyl fosfát a ornitin jsou substráty pro enzym ornitin trans karbamylázu, který je převádí na citrulin; tato reakce se vyskytuje v mitochondriích (hepatocytů). Vyrobený citrulin pochází z mitochondrií a v cytoplazmě probíhá pod vlivem arginin sukcinátsyntázy : dochází k fúzi mezi uhlíkovým skeletem citrulinu a aspartátem prostřednictvím nukleofilního ataku a následné eliminace vody. Enzym arginin-sukcinátsyntáza vyžaduje molekulu ATP, proto existuje energetická vazba: hydrolýza ATP na AMP a pyrofosfát (který je následně přeměněn na dvě molekuly ortofosforečnanu) vypuzením molekuly vody ze substrátu a ne vlivem působení vody v médiu.
Dalším enzymem je arginin sukcináza : tento enzym je schopen rozdělit arginin sukcinát na arginin a fumarát uvnitř cytoplazmy.
Cyklus močoviny je doplněn enzymem argináza : získá se močovina a ornitin; močovina je likvidována ledvinami (močí), zatímco ornitin se vrací do mitochondrií a pokračuje v cyklu.
Cyklus močoviny podléhá nepřímé modulaci argininem: akumulace argininu ukazuje, že je nezbytné urychlit cyklus močoviny; modulace argininu je nepřímá, protože arginin pozitivně moduluje enzym acetylglutamátsyntetázu. Ten je schopen přenášet acetylovou skupinu na dusík glutamátu: vzniká N-acetylglutamát, který je přímým modulátorem enzymu karbamyl-fosfosyntázy.
Arginin se hromadí jako metabolit močovinového cyklu, pokud produkce karbamylfosfátu nestačí k likvidaci ornitinu.
Močovina se produkuje pouze v játrech, ale existují i jiná místa, kde dochází k počátečním reakcím.
Mozek a svaly používají speciální strategie k odstranění aminoskupin. Mozek používá velmi účinnou metodu, při které se používá enzym glutaminsyntetáza a enzym glutamáza : 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 pouze s jedním vehikulem;
Glutamin je mnohem méně toxický než glutamát (glutamát také přenáší neuronální přenos a nesmí překročit fyziologickou koncentraci).
V rybách podobný mechanismus přináší aminoskupinu aminokyselin do žábry.
Ze svalu (kosterní a srdeční) se aminoskupiny dostávají do jater prostřednictvím cyklu glukóza-alanin; jedná se o glutamin-pyruvát-transaminázu: umožňuje transpozici aminoskupin (které jsou ve formě glutamátu), přeměnu pyruvátu na alanin a současně glutamát na α-ketoglutarát ve svalu a katalyzují inverzní proces v játra.
Transaminázy s různými úkoly nebo polohami mají také strukturální rozdíly a mohou být stanoveny elektroforézou (mají různé izoelektrické body).
Přítomnost transamináz v krvi může být příznakem jaterního nebo kardiopatického poškození (tj. Poškození tkáně jater nebo srdečních buněk); transaminázy, jsou ve velmi vysokých koncentracích jak v játrech, tak v srdci: prostřednictvím elektroforézy lze zjistit, zda k poškození došlo v jaterních nebo srdečních buňkách.
