Metabolismus dusíkatých látek Bílkoviny (aminokyseliny) Nukleové kyseliny (nukleotidy)
Koloběh dusíku v biosféře
Koloběh dusíku v biosféře:
1: působení hlízkovitých bakterií; 2: asimilace pomocí nitrátreduktasy (rostliny a mikoorganismy); 3: rozdělení organismů podle způsobu vylučování dusíku; 4: metabolismus dusíku v organismech, např. transaminace, biosyntéza purinových a pyrimidinových nukleotidů; MO = mikroorganismy.
Nejdůležitější trávicí enzymy člověka (trávení bílkovin) Funkční typ
Enzym
Místo působení
Optimum pH
Přednostní místo štěpení
Zymogen
Vzniká buňkách
v
endopeptidasy (proteinasy)
aspartátové
pepsin A
žaludek
1,3-3
pepsin C (gastricin)
žaludek
3 – 3,5
chymosin
žaludek dětí
4,8
lysosomy
3 – 4,5
trypsin
dvanáctník
7,5 – 8,5
chymotryp-sin A,B,C
dvanáctník
7-8
elastasa
dvanáctník
10
X↓**
lysosomy
5,6
Arg↓, Lys↓, Phe-X↓
kathepsin D
serinové
cysteinové
kathepsin B
Tyr↓,↓ Phe↓
pepsinogen A
žaludeční sliznice
pepsinogen C
žaludeční sliznice
prochymosin
žaludeční sliznice
↓Tyr↓,↓Phe↓
prokathepsin D
tkání
Arg↓, Lys↓
trypsinogen
pankreatu
chymotrypsino-gen A,B,C
pankreatu
proelastasa
pankreatu
prokathepsin B
různých tkání
prokolagenasa
různých tkání
-„Phe↓Met- (kasein)
Tyr↓, Trp↓, Phe↓, Leu↓
*
kolagenasa (Ca2+, Zn2+)
tenké střevo
7-8
Gly↓Ile kolagenu
metallo-peptidasy
karboxypep-tidasy A, B
tenké střevo
7-8
C-koncové zbytky*
prokarboxypep-tidasa A,B
pankreatu
(Zn2+)
amino-peptidasy
střevní epitel, vnitrobuněčně
7-8
N-koncové zbytky*
proaminopep-tidasa
různých tkání
metallo-proteinasy
exopeptidasy
Odbourání proteinů - trávení - proteasy Odbourání aminokyselin
NH3 - CH - COO-
Odstranění dusíkaté části
Dekarboxylace
R Biogenní aminy
ketokyseliny
Individuální osud uhlíkatých koster
ketogenní
glukogenní
AK esenciální: organismus je není schopen synthetisovat (nebo v nedostatečném množství) Pro člověka: Arg*, Phe, His, Ile, Leu, Lys, Met, Thr, Try, Val
Zdroj – Slovník biochemických pojmů: http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002_v1/hesla/aminokyseliny_glukogenni_a_ketogenni.html
Aminokyseliny glukogenní a ketogenní {2} rozdělení kódovanných aminokyselin podle katabolického osudu jejich uhlíkaté kostry. Glukogenní aminokyseliny při odbourávání poskytují meziprodukty, z nichž lze metabolickou cestou vybudovat sacharidy (resp. glukosu); do této skupiny patří např. Ala (deaminací vzniká pyruvát), Asp a Asn (oxalacetát) nebo Glu, Gln a Pro (2-oxoglutarát).
Ketogenní aminokyseliny poskytují při odbourávání pouze takové meziprodukty, z nichž lze biosynthesou získat mastné kyseliny, ne však sacharidy. Těmito meziprodukty jsou zejména acetyl-CoA a acetoacetát (kyselina 3-oxobutanová, keton, proto ketogenní). Některé aminokyseliny poskytují jak glukogenní, tak ketogenní meziprodukty.
Aminokyseliny jako prekurzory biosyntézy dusíkatých látek Dekaroboxylací AK – vznik biogenních aminů Příklady biogenních aminů
-do fosfatidátů jsou zabudovávány jak biogenní aminy ethanolamin a cholin, tak i aminokyselina serin (fosfatidylserin) -hormony štítné žlázy trijodtyronin a thyroxin - biosynteticky odvozeny od tyrosinu; dvě aromatická jádra a na nich tři nebo čtyři atomy jodu.
-kreatin je neproteinogenní aminokyselina, obsažená ve svalech. Může být reverzibilně fosforylován (za katalýzy kreatinkinasou, ATP:kreatin-N-fosfotransferasa): kreatin + ATP - tvoří ve svalech pohotovostní zásobu vysoce energetického fosfátu
kreatinfosfát + ADP.
Oxidační deaminace: oxidasy aminokyselin
Transaminace: AK1 + 2-oxokyselina2 2-oxokyselina1 + AK2
Glutamátdehydrogenasová reakce (významná u savců) Katalyzována: L-glutamát:NAD+-oxidoreduktasa (deaminující)
HOOC-CH2-CH2-CH-COOH + NAD(P)+ + H2O HOOC-CH2-CH2-CO-COOH + NAD(P)H + H+ + NH4+ NH2
L-GLU + NAD(P)+ + H2O 2-OG + NAD(P)H + H+ + NH4+
2-oxoglutarát : - možnost začlenění do TCA
- použití v transaminačních reakcích
Metabolický osud amonného iontu Amoniak (resp. amonný ion): zdrojem N pro syntézy x toxický => (Pozn. o toxicitě; obrácení g. deh. reakce => snížení hl. 2 OG => zbrždění TCA => málo ATP)
- zakonzervovat do molekul použitelných pro biosyntézy - „nadbytečný“ amoniak z organismu vyloučit
-zásobní formou reaktivního N - např. Gln; vzniká z Glu ligasovou reakcí za katalýzy glutaminsynthetasou – syst. L-glutamát:amoniak-ligasa (ADP-tvořící): Glu + NH3+ ATP => Gln + ADP + Pi
-karbamoyl fosfát (v mitochodrii do močovinového cyklu – vyloučení;
pozn. o cytosolu synt. zdr. Gln
katalýza amoniak-ligasou (ADP-tvořící, karbamát fosforylující):
NH4+ + CO2 + 2ATP => NH2-CO-O-PO32- + 2ADP + Pi
)
Rozdělení živočichů z hlediska způsobu vylučování N
amonotelní (ryby) NH4+
ureotelní (savci)
urikotelní (ptáci)
Močovinový (Ornithinový) cyklus
Lokalizace: především jaterní buňky Intracelulární lokalizace: mitochondrie/cytosol
Zdrojem jednoho N v močovině je volný amoniak, zdrojem druhého je aspartát: HCO3- + NH4+ + aspartát => NH2-CO-NH2 + fumarát + H2O + energie z ATP
Močovinový (Ornithinový) cyklus
Syntéza aminokyselin Autotrofové - schopny syntetizovat vše tedy i AK; syntéza uhlíkaté kostry AK (s 2-oxo), pak transaminace. Heterotrofové -umějí syntetizovat jen některé AK (neesenciální).
Kontrolní otázka: Jaké jsou esenciální aminokyseliny pro pampelišku (Taraxacum officinale)? Samozřejmě žádné, protože jako každá správná zelená (autotrofní) rostlina si umí syntetizovat vše, co potřebuje.
Metabolismus stavebních jednotek nukleových kyselin DNA i RNA při trávení (jako ostatní biopolymery) - hydrolytické štěpení na monomery - pankreatická RNasa, štěpící fosfodiesterové vazbyRNA(13,7 kDa) - cytosolové RNasy způsobují, že buněčná RNA (zejména mRNA) má relativně krátký biologický poločas Produktem úplného rozštěpení RNA jsou nukleotidy a nukleosidy.
Podobně i Dnasy v trávicím ústrojí i v buňkách (v lysosomech); (Pozn. tzv. restrikční endonukleasy (prokaryotické) využití v genovém inženýrství) - z nukleotidů, vzniklých hydrolýzou NK se pomocí nukleotidas odštěpuje fosfátová skupina; - nukleosidy jsou pak hydrolyzovány na (deoxy)ribosu a bazi
Odbourávání a biosyntéza pyrimidinových basí
Prvním řádek - odbourávání cytosinu a uracilu Druhý ř. - odbourávání thyminu Třetí ř. - biosyntéza základní kostry pyrimidinových nukleosidů
Odbourávání a biosyntéza purinových basí
Nedostatek dusíku a rostliny Symbióza s bakteriemi
Některé rostliny (např. bobovité, motýlokvěté) hostí totiž tyto bakterie rodu Rhizobium ve speciálních hlízkách ve svých kořenech. Symbiotické bakterie mají schopnost přijímat N2 z atmosféry a přeměnit na využitelnou formu Redukce trojné vazby v N2 vznik amonných iontů - střídání plodin
https://www.youtube.com/watch?v=qF9QjIvM9nU
Zvláštnosti metabolismu N-látek
- nejsou součástí energetického metabolismu (ale ne bez nákladů) -nejsou skladovány (ale – rostliny, alkaloidy) - odbourávání i biosynthesa mají individuální charakter -intermediáty jejich metabolismu jsou součástí ostatních metabolických drah
