Lai runātu par divdesmit aminoskābēm, kas veido olbaltumvielas un modificētas struktūras, jāapraksta vismaz 12 specializēti metabolisma ceļi.
Bet kāpēc šūnas izmanto tik daudz vielmaiņas ceļus, kas prasa enerģiju (piemēram, lai atjaunotu fermentu katalītiskās vietas), katram ar enzīmu, lai katabolizētu aminoskābes? Gandrīz visas aminoskābes var iegūt, izmantojot specializētus maršrutus, metabolītus, kas nelielā daļā tiek izmantoti enerģijas ražošanai (piemēram, ar glikoneogenēzi un ketona struktūru ceļu), bet kas galvenokārt rada kompleksu molekulu veidošanos, \ t ar lielu oglekļa atomu skaitu (piemēram, no fenilalanīna un tirozīna, hormoni tiek ražoti virsnieru dziedzeros, kas ir specializēti šim nolūkam); ja, no vienas puses, būtu viegli ražot enerģiju no aminoskābēm, no otras puses, būtu sarežģīti veidot kompleksas molekulas, sākot no mazām molekulām: aminoskābju katabolisms ļauj izmantot to skeletu, lai iegūtu lielākas sugas.
Divi vai trīs unces aminoskābju ikdienā noārdās veselīgs cilvēks: 60-100 g no tiem iegūst no uztura ievadītajām olbaltumvielām, bet vairāk nekā 2 unces iegūst no olbaltumvielu, kas ir neatņemama ķermeņa daļa, apgrozījuma (aminoskābes no šiem proteīniem, kurus bojā redoksu procesi, aizstāj citi un katabolizējas).
Aminoskābes dod energoefektivitāti ATP izteiksmē: pēc α-aminogrupas noņemšanas atlikušais aminoskābju oglekļa skelets pēc atbilstošām transformācijām var nokļūt krebs ciklā. Turklāt, ja trūkst barības vielu piedāvājuma un samazinās glikozes daudzums, tiek aktivizēta glikoneogēze: glikoneogēnās aminoskābes sauc par tām, kuras pēc atbilstošām modifikācijām var ievadīt glikoneogēnē; glikoneogēnās aminoskābes ir tās, kuras var pārvērst piruvātā vai fumarātā (fumarātu var pārvērst slimībā, kas iznāk no mitohondrijām un citoplazmā transformējas oksaloacetātā, no kura var iegūt fosfololu). Tā vietā, tie, kurus var pārvērst acetilacenzīma A un etiķa acetātā, ir ketogēnās aminoskābes.
Tikko aprakstītais ir ļoti svarīgs aspekts, jo aminoskābes var novērst cukura trūkumu tūlītējas badošanās gadījumā; ja tukšā dūša turpinās, lipīdu vielmaiņa iejaucas pēc divām dienām (tāpēc, ka proteīnu struktūras nav iespējams uzbrukt daudz), šajā fāzē, tā kā glikoneogenesis ir ļoti ierobežots, taukskābes tiek pārvērstas acetilkoenzīma A un ketona struktūrās. . No tālākas badošanās smadzenes arī pielāgojas ketona ķermeņiem.
Α-aminogrupas pārnešana no aminoskābēm notiek caur transaminācijas reakciju; fermentus, kas katalizē šo reakciju, sauc par transamināzēm (vai aminotransferāzēm). Šie fermenti izmanto enzīmu kofaktoru, ko sauc par piridoksāla fosfātu, kas iejaucas ar aldehīda grupu. Piridoksāla fosfāts ir piridoksīna fosforilācijas produkts, kas ir vitamīns (B6), kas galvenokārt sastāv no dārzeņiem.
Transamināzēm ir šādas īpašības:
Augsta specifika a-ketoglutarāta-glutamāta pārim;
Viņi savu vārdu iegūst no otrā pāris.
Transamināžu fermenti vienmēr ietver α-ketoglutarāta-glutamāta pāri un atšķiras ar otru iesaistīto pāru.
Piemēri:
Aspartāta transamināze vai GOT (glutamāta-oksāla acetāta transamināze): enzīms pārnes a-aminogrupu no aspartāta uz α-ketoglutarātu, iegūstot oksalacetātu un glutamātu.
Alanīna transamināze, ti, GTP (glutamāta-piruvāta transamināze): enzīms pārnes a-aminogrupu no alanīna uz a-ketoglutarātu, iegūstot piruvātu un glutamātu.
Dažādas transamināzes, lieto α-ketoglurātu kā aminoskābju amino grupas akceptoru un pārvērš to par glutamātu; kamēr veidojas aminoskābes ketona ķermeņu ceļā.
Šāda veida reakcija var notikt abos virzienos, jo tie tiek pārtraukti un veidojas obligācijas ar tādu pašu enerģijas saturu.
Transamināzes ir gan citoplazmā, gan mitohondrijās (tās galvenokārt darbojas citoplazmā) un atšķiras to izoelektriskajā punktā.
Transamināzes spēj arī dekarboksilēt aminoskābes.
Ir jābūt veidam, kā glutamātu pārvērst atpakaļ α-ketoglutarātā: tas notiek ar deamināciju.
Glutamāta dehidrogenāze ir enzīms, kas spēj pārveidot glutamātu α-ketoglutarātā un tādējādi pārveidot aminoskābju aminoskābes, kas atrodamas glutamāta veidā, amonjakā. Kas notiek, ir oksidoreduktīvs process, kas iet caur starpposma α-amino glutarātu: atbrīvo amonjaku un α-ketoglutarātu un atgriežas cirkulācijā.
Tādējādi aminoskābju aminoskābju iznīcināšana šķērso transamināzes (atšķiras atkarībā no substrāta) un glutamāta dehidrogenāzes, kas nosaka amonjaka veidošanos.
Ir divu veidu glutamāta dehidrogenāze: citoplazmas un mitohondriāli; kofaktors, kas ir arī šī enzīma līdzsastāvdaļa, ir NAD (P) +: glutamāta dehidrogenāze izmanto NAD + vai NADP + kā akceptējamo spēku samazināšanai. Citoplazmas forma dod priekšroku, lai gan ne tikai, NADP +, bet mitohondriju forma dod priekšroku NAD +. Mitohondriju formas mērķis ir atbrīvoties no aminoskābēm: tas rada amonjaka veidošanos (kas ir substrāts specializētam mitohondriju fermentam) un NADH (kas tiek nosūtīts uz elpošanas ķēdi). Citoplazmatiskā forma darbojas pretējā virzienā, tas ir, tā izmanto amonjaku un α-ketoglutarātu, lai iegūtu glutamātu (kuram ir biosintētisks galamērķis): šī reakcija ir reduktīvā biosintēze un izmantotais kofaktors ir NADPH.
Glutamāta dehidrogenāze darbojas, kad aminoskābju, piemēram, amonjaka (ar urīnu), aminoskābes ir jāiznīcina vai, kad ir nepieciešami aminoskābju skeleti, lai ražotu enerģiju: šim enzīmam būs tādas sistēmas, kas norāda uz labu enerģijas pieejamību (ATP) kā negatīviem modulatoriem. GTP un NAD (P) H) un kā pozitīvi modulatori - sistēmas, kas norāda uz enerģijas nepieciešamību (AMP, ADP, IKP, NAD (P) +, aminoskābes un vairogdziedzera hormoni).
Aminoskābes (galvenokārt leucīns) ir pozitīvs glutamāta dehidrogenāzes modulators: ja citoplazmā ir aminoskābes, tās var izmantot olbaltumvielu sintēzei, vai arī tās jāiznīcina, jo tās nevar uzkrāties (tas izskaidro, kāpēc aminoskābes ir pozitīvi modificētāji) .
Amonjaka iznīcināšana: urīnvielas cikls
Zivis apglabā amonjaku, ievadot to ūdenī caur žaunām; putni to pārvērš urīnskābē (kas ir kondensācijas produkts) un iznīcina to ar izkārnījumiem. Redzēsim, kas notiek cilvēkiem: mēs esam teikuši, ka glutamāta dehidrogenāze pārvērš glutamātu par α-ketoglutarātu un amonjaku, bet mēs neesam teikuši, ka tas notiek tikai aknu mitohondrijās.
Amonjaka iznīcināšanas būtiska loma, izmantojot urīnvielas ciklu, tiek segta ar mitohondriju transamināzēm.
oglekļa dioksīdu bikarbonāta jonu (HCO3-) formā aktivizē biotīna kofaktors, kas veido karboksibiotīnu, kas reaģē ar amonjaku, lai iegūtu karbamīnskābi; turpmākā reakcija izmanto ATP, lai pārnestu fosfātu uz karbamīnskābi, veidojot karbamilfosfātu un ADP (ATP pārvēršana par ADP ir dzinējspēks karboksibiotīna iegūšanai). Šo fāzi katalizē karbamilfosfāta sintetāze un tā notiek mitohondrijās. Karbamilfosfāts un ornitīns ir ornitīna trans-karbamilāzes enzīma substrāti, kas tos pārveido par citrulīnu; šī reakcija notiek mitohondrijās (hepatocītos). Iegūtais citrulīns izdalās no mitohondrijām un citoplazmā nonāk arginīna sukcināta sintēzes iedarbībā : starp citrulīna oglekļa skeletu un aspartāta kodolu veido kodolsintēze un pēc tam tiek izvadīts ūdens. Ar arginīna sukcināta sintāzes sintēzi ir nepieciešama ATP molekula, tāpēc pastāv enerģētiska saistība: ATP hidrolīze AMP un pirofosfātam (pēdējais tiek pārveidots par divām ortofosfāta molekulām), izdalot molekulu. ūdens no substrāta, nevis ūdens iedarbības dēļ vidē
Nākamais enzīms ir arginīna sukcināze : šis enzīms spēj sadalīt arginīna sukcinātu arginīnā un fumarātā citoplazmā.
Urīnvielas ciklu pabeidz ar argīza fermentu: iegūst urīnvielu un ornitīnu ; urīnviela tiek izvadīta caur nierēm (urīnu), bet ornitīns atgriežas mitohondrijās un atsāk ciklu.
Ar urīnvielas ciklu tiek veikta netieša arginīna modulācija: arginīna uzkrāšanās norāda, ka ir nepieciešams paātrināt urīnvielas ciklu; arginīna modulācija ir netieša, jo arginīns pozitīvi modulē acetilglutamāta sintetāzes fermentu. Pēdējais ir spējīgs pārvietot acetilgrupu uz glutamāta slāpekli: veidojas N-acetilglutamāts, kas ir tiešs fermenta karbamilfosfona sintetāzes modulators.
Arginīns uzkrājas kā urīnvielas cikla metabolīts, ja karbamilfosfāta ražošana nav pietiekama, lai atbrīvotos no ornitīna.
Urea tiek ražota tikai aknās, bet ir arī citas vietas, kur notiek sākotnējās reakcijas.
Smadzenes un muskuļi izmanto īpašas stratēģijas, lai likvidētu amino grupas. Smadzenes izmanto ļoti efektīvu metodi, kurā tiek izmantots glikamīna sintetāzes enzīms un glikamāzes enzīms: pirmais ir neironos, bet pēdējais ir aknās. Šis mehānisms ir ļoti efektīvs divu iemeslu dēļ:
Divas amino grupas tiek transportētas no smadzenēm uz aknām tikai ar vienu transportlīdzekli;
Glutamīns ir daudz mazāk toksisks nekā glutamāts (glutamāts arī pārnēsā neironu un nedrīkst pārsniegt fizioloģisko koncentrāciju).
Zivīs līdzīgs mehānisms noved pie aminoskābju aminoskābju.
No muskuļiem (skeleta un sirds), amino grupas sasniedz aknas, izmantojot glikozes-alanīna ciklu; iesaistītais enzīms ir glutamīna-piruvāta transamināze: tā ļauj transponēt aminogrupas (kas ir glutamāta formā), piruvātu pārveidojot par alanīnu un vienlaikus glutamātu α-ketoglutarātā muskuļos un katalizējot apgriezto procesu aknas.
Transamināzēm ar dažādiem uzdevumiem vai pozīcijām ir arī strukturālas atšķirības, un tās var noteikt ar elektroforēzi (tām ir dažādi izoelektriskie punkti).
Transamināžu klātbūtne asinīs var būt aknu vai kardiopātiska bojājuma simptoms (ti, aknu vai sirds šūnu bojājumi); transamināzes, ir ļoti augstās koncentrācijās gan aknās, gan sirdī: ar elektroforēzi var noteikt, vai kaitējums radies aknās vai sirds šūnās.
