Esenciální aminokyseliny. Prokaryotní a eukaryotní mikroorganismy

Esenciální aminokyseliny Prokaryotní a eukaryotní mikroorganismy

Aminokyseliny Definice Aminokyseliny jsou aminoderiváty karbonových kyselin. Mluvíme-li o aminokyselinách z biologického materiálu, jedná se většinou o -aminokyseliny. Každá aminokyselina má na svém -uhlíku tyto substituenty :

Aminová skupina - NH2 Karboxylová skupina - COOH Specifická skupina - R (postranní řetězec) Vodíkový atom - H Obecně se aminokyseliny dělí většinou podle počtu uhlíkových atomů, které jsou mezi aminoskupinou a karboxylovou skupinou, a to na aminokyseliny s jedním uhlíkem, -aminokyseliny se dvěma atomy atd.

Aminokyseliny

Vlastnosti aminokyselin Specifické skupiny na -uhlíku aminokyselin určují jejich vlastnosti :

 Optická aktivita, která je dána uspořádáním substituentů na -uhlíkovém atomu. Je-li tento uhlíkový atom osazen asymetricky různými substituenty, je chirální. Enantiomerní konfigurace je dána velikostí substituentů : L-izomer má atomová čísla : 29 - 9 -1 L-isomer

doleva, proti směru hodinových ručiček

R

H

C OOH NH 2

doprava, ve směru hodinových ručiček

D-izomer má atomová čísla : 1 - 9 -29 R

D-isomer

C OOH H NH 2

Aminokyseliny Optická aktivita Optická otáčivost se vyskytuje v molekule s nedostatečnou souměrností.

Z tohoto důvodu jediná aminokyselina - glycin - není opticky aktivní, protože její -C má dva stejné substituenty (H) = není chirální. D- a L-izoméry jsou svými neztotožnitelnými zrcadlovými obrazy. Ani vnitřní rotací jednotlivých substituentů jsou vzájemně neztotožnitelnými.

V bílkovinách se vyskytují většinou pouze L-enantiomery. Poznámka : Některé mikroorganismy mohou vytvářet D-stereoizomery pro tvorbu peptidů, které jsou pro jiné organismy toxické, na př.. tvorba antibiotik. D-aminokyseliny se vyskytují také jako součást buněčných stěn bakterií jejich homopolymérů.

Aminokyseliny Tvorba tyrosinu a fenylalaninu 2 Oxidaci a dehydrataci vzniklý dehydrošikimát je redukován na šikimát, který je fosforylován na šikimát-5-fosfát. Na ten působí fosfoenolpyruvát a defosforylací vznikne chorismát.

COOH

šikimát dehydrogenasa

COOH

šikimát kinasa

OH

HO

OH

O

COOH

OH

OH

COOH

chorismát syntasa

OCCOOH

chorismát

šikimát-5-fosfát

COOH

+ CH2=C(OPO2-3)COOH CH2

CH2 OH

OH

šikimát

5-dehydrošikimát

OCCOOH

O2-3PO

OH

O2-3PO

fosfoenolpyruvát

enoylpyruvylšikimát syntasa 3-enolpyruvylšikimátfosfát OH

Aminokyseliny

Citrátový cyklus vysvětlení dělení aminokyselin : ala g ly tyr

c ys s er trp

ile le u trp

le u p he

lys trp tyr

g lukos a p yruvát

ace tylC o A

ace to ac e tylC oA

f os fo e no lp yruvát ke to g e ne se asn asp

o xalac etát

C itrá tov ý cy klus

asp p he tyr

f um arát

ile thr

met val

s ukc inylC o A

c itrát

ke to g lutarát

arg g lu

g ln his p ro

Aminokyseliny

Esenciální a neesenciální aminokyseliny Esenciální AK fenylalanin histidin isoleucin leucin lysin methionin threonin tryptofan valin

Neesenciální AK alanin

arginin aspargarin aspartát cystein glutamát glutamin glycin prolin serin tyrosin

Rozdíl mezi esenciálními a neesenciálními aminokyselinami Uvedené esenciální aminokyseliny jsou takto vyčleněné pouze s hlediska metabolismu člověka a vyších primátů. Lidský metabolismus nemá schopnost syntézy těchto aminokyselin a musí být přijímány výživou. U býložravců pomáhají tyto aminokyseliny syntetizovat bakterie osidlující bachor. Monogastrická zvířata (vepř, drůbež) musí rovněž dostávat esenciální aminokyseliny v potravě.

Biosyntéza aminokyselin 1. Glutamátová nebo α-ketoglutarátová skupina glutamát, glutamin, glutathion, prolin, arginin, putrescin, spermin, u hub lysin 2. Aspartátová skupina aspartát, asparagin, threonin, methionin, isoleucin, u bakterií lysin 3. Pyruvátová skupina alanin, valin, leucin, isoleucin 4. Serin-glycinová nebo triosová skupina serin, glycin, cystein 5. Aromatické aminokyseliny fenylalanin, tyrosin, tryptofan 6. Histidin

Aminokyseliny Tvorba tyrosinu a fenylalaninu 1 Dráhy pro biosyntesu tyrosinu a fenylalaninu jsou ve svém počátku totožné, pouze záleží na druhu mikroorganismu. Jejich tvorba je značně komplikovaná. Výchozí substráty jsou fosfoenolpyruvát a erythrosa-4-fosfát. oxo-3-deoxyarabinoheptulosonátfosfát syntasa

COOH CO OPO32CH2 CH2 HOCHHCOH HCOH oxo-3-deoxyarabinoheptuloso-

CH2=C(OPO2-3)COOH fosfoenolpyruvát CHOCH(OH)CH(OH)CH2OPO2-3 erythrosa-4-fosfát COOH

OH

O OH

5-dehydrošikimát

HO

COOH

nát-7-fosfát (DAHP) dehydrochinát syntasa

OH

O

5-dehydrochinát dehydrochinát dehydratasa OH

Aminokyseliny Tvorba tyrosinu a fenylalaninu 3 Mutací chorismátu se tvoří prefenát, který je výchozí pro tyrosin a fenylalanin. HOCO CH2COCOOH

COOH CH2

chorismát mutasa

OCCOOH OH

OH

chorismát

prefenát

Aminokyseliny esenciální

Fenylalanin vzorec :

NH3+ _ CH2CH COO

Symbol : Phe ≈ F bod tání : 283o C

hmotnost : 147,1Da Disoc.konst.COOH 1,83

Disoc.konst.NH2 9,13

Rozpustnost v 100g H2O při 25o

Isoelektr.bod 5,48

2,965g

Při degradaci fenylalaninu vzniká hydroxylací tyrosin, který je přeměněn na fumarát a acetoacetát : NH3+ _ CH2CH COO

fenylalanin

HO

tyrosin

NH3+ _ CH2CH COO

_ O CO-CH _ _ CH3.CO.CH2.COO + CH- COO

acetoacetát + fumarát


Tvorba fenylalaninu Výchozí substrát pro tvorbu fenylalaninu je prefenát. Dehydratací a dekarboxylací prefenátu vzniká fenylpyruvát a jeho aminotransferací se tvoří fenylalanin.

HOCO CH2COCOOH

OH

prefenát

prefenát dehydratasa

CH2COCOOH

CH2CHCOOH NH2

tyrosin transaminasa

fenylpyruvát

fenylalanin

Aminokyseliny Tvorba tyrosinu a fenylalaninu 4 V běžných bakteriích (na př.Escherichia coli, Salmonella typhimurium, Bacillus subtilis aj.) preferují uvedené postupy dekarboxylace a transaminace, avšak u korynebakterií (Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium flavum, Bacterium ammoniogenes) je pořadí přehozené - napřed transaminace a pak dekarboxylace. Z prefenátu vznikne transaminací arogenát, společný prekursor tyrosinu a fenylalaninu, které vznikají dekarboxylací : HOCO CH2COCOOH

HOCO CH2CH(NH2)COOH

prefenát aminotransferasa arogenát dehydrogenasa OH

prefenát

CH2CHCOOH NH2

OH

arogenát

CH2CHCOOH NH2

arogenát dehydratasa OH

tyrosin

fenylalanin

Arginin NH2+

NH3+ _ _ NH2CNH(CH2)3CH COO

vzorec :

bod tání : 238o C

hmotnost : 157,2 Da Disoc.konst.COOH 2,17

Symbol : Arg ≈ R


Isoelektr.bod 10,76

Disoc.konst.-NH 12,48 Arginin je nejprve přeměněn na glutamát, který je oxidován na 2-oxoglutarát : NH2+

NH3+ _ _ NH2CNH(CH2)3CH COO

arginin

_ NH2 _ COO CH COO CH2 CH2

glutamát

_ COO CH2

_ CO COO CH2

2-oxoglutarát

Tvorba argininu 1 Mikrobiální biosynthesa argininu vychází z glutamátu a má osm kroků přes několik A-acetyl derivátů a ornitin.

HOCOCH2CH2CH(NH2)COOH + CH3CO-CoA glutamát

acetylglutamát syntetasa

HOCOCH2CH2CH(NHCOCH3)COOH + ATP

acetylglutamát kinasa

N-acetylglutamát

H2O3POCOCH2CH2CH(NHCOCH3)COOH + NADPH N-acetylglutamát-5-fosfát

acetylglutamát-semialdehyd dehydrogenasa

OHCOCH2CH2CH(NHCOCH3)COOH + glutamát N-acetylglutamát--semialdehyd

acetylornitin--transaminasa

NH2CH2CH2CH2CH(NHCOCH3)COOH N-acetyl-L-ornitin

Tvorba argininu 2/I Mikrobiální biosynthesa pokračuje v kvasinkách, plísních, v E. coli, v Protheus mirabilis,v Serratia marcescens a v jiných enterobakteriích jak je uvedeno :

NH2CH2CH2CH2CH(NHCOCH3)COOH N-acetyl-L-ornitin

Acetyl ornithinasa

NH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH + H2NCOOPO3H2 L-ornitin

Ornithin transkarbomylasa karbamylfosfát

H2NCONH(CH2)3CH(NH2)COOH + aspartát + ATP L-citrulin

Argininosukcinát syntetasa

HOCOCH2CH(COOH)NHC(=NH)NH(CH2)3CH(NH2)COOH L-argininosukcinát

NH=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2 L-arginin

Arginino sukcinasa _ O CO CH )COOH + fumarát

HC COO

_

Tvorba argininu 3/II V bakteriích Pseudomonas fluorescens, Serratia marcescens, Micrococcus glutamicus, Anabaena variabilis pátý krok z acetylornitinu je uskutečněn transacetylasou pomocí glutamátu :

NH2CH2CH2CH2CH(NHCOCH3)COOH + N-acetyl-L-ornitin + HOCOCH2CH2CH(NH2)COOH transacetylasa

glutamát

NH2CH2CH2CH2CH(NH2)COOH + L-ornitin + HOCOCH2CH2CH(NHCOCH3)COOH pokračují enzymy podle 2/I

N-acetylglutamát

NH=C(NH2)NH(CH2)3CH(NH2)COOH L-arginin


Threonin vzorec :

HO NH3+ _ COO_ CH3CHCH

Symbol : Thr ≈ T

hmotnost : 101,1 Da

bod tání : 227o C

Disoc.konst.COOH 2,15



Isoelektr.bod 5,64

20,5g (hydrochlorid)

Metabolismus threoninu poskytuje acetyl-CoA a glycin, který je přeměněn na pyruvát : _ + NH3+

HO _ COO_ CH3CHCH threonin

NH3 _ HOCH2-CH_COO CH3-CO-SCoA +

acetyl-CoA

+ serin

CH3-CO-COO

pyruvát


Tvorba threoninu Tvorba threoninu vychází z aspartátu. V běžných bakteriích jsou tři aspartátkinasy, které fosforylují výchozí substrát. Pak vznikne semialdehyd. V E.coli jsou dvě dehydrogenasy. Redukcí vznikne homoserin, jenž kinasa přemění na fosfoserin, ze kterého vznikne threonin. aspartokinasa I COOH CH2 HCNH2 COOH

aspartát

homoserin dehydrogenasa A

aspartsemialdehyd dehydrogenasa

COOPO2-3 CH2 HCNH2 COOH

CH2OH CH2 HCNH2 COOH

CHO CH2 HCNH2 COOH

aspartylfosfát CH3 HCOH HCNH2 COOH

threonin

aspartátsemialdehyd

threonin synthasa

CH2OPO2-3 CH2 HCNH2 COOH

homoserin homoserin kinasa

homoserinfosfát


Isoleucin CH3

vzorec :

NH3+ CH CH _ COO CH3 CH2

Symbol : Ile ≈ I

hmotnost : 113,1 Da

bod tání : 280o C




Isoelektr.bod 5,94

4,117g

Degradace isoleucinu vede k tiglyl-CoA, který je přeměňován řadou reakcí na propionyl-CoA jako prekursoru sukcinyl-CoA : NH3+ CH CH _ CH3 COO

CH3 CH2

isoleucin

CH3-CH=C-CO-SCoA CH3



tiglyl-CoA

 CH3-CH2-CO-SCoA -OCO-CH2-CH2-CO-SCoA propionyl-CoA

sukcinyl-CoA


Tvorba isoleucinu I Jednou z výchozích látek je threonin, ze kterého vzniká -ketobutyrát, jenž s acetal-DPT vytváří acetohydroxybutyrát. NH2

threonindeaminasa CH3 HCOH HCNH2 COOH

threonin

CH3

N

N

CH2 O O + N _ N CO O P O P O CH2 O COOH OH OH H HH H -ketobutyrát

acetohydroxybutyrát synthasa CH 3

CH2 CH3CH2COH COOH

-acetohydroxybutyrát

OH OCH2CH3 Acetohydroxybutyrát je přeacetohydroxybutyrát měněn na dihydroxymethylacetal- DPT isomeroreduktasa valerát, z něhož vzniká isoleucin přes -keto-- dihydroxyvalerátdehydratasa CH3 methylvalerát. CH3 CH CH COH

CH3

3

CH3CH2CH CO glutamin COOH

CH3CH2CH HCNH2 aminotransferasa COOH -keto--methyl

isoleucin

valerátrát

2

HCOH COOH

,-dihydroxy-methylvalerátrát


Tvorba isoleucinu II

Dalším výchozím substrátem je v bakteriích Leptospira pyruvát. Tato dráha začíná synthesou s acetyl-CoA a poskytuje citramalát, a to jak v konfiguraci L(+), tak i D(-). Z těchto isomerů vzniká dehydratací mesakonát, případně citrakonát. Z obou těchto derivátů vzniká -methyloxalacetát, z něhož dekarboxylací se tvoří ketobutyrát a pokračuje tvorba isoleucinu po dráze I. COOH

COOH CO CH2

citramalát synthasa

+

Vysvětlení :

C

CH3

HOCCH3 citramalát CH CH2 COOH dehydratasa COOH

acetal- DPT L-citramalát

pyruvát

HOOC

COOH CH3COH CH2 COOH

D-citramalát

1) adice NH3 a jeho vyloučení 2) adice H2O a dehydratace

1)

COOH

Mesakonátát H3C

C

COOH

CH COOH

Citrakonát

3) pokračování po dráze I

ketobutyrát dekarboxylasa H3C C CO COOH

CH3 CH2 3) CO COOH

2) -methyloxal -ketobuty-

acetát

rát


Tvorba lysinu v kvasinkách a v plísních 1 Biosynthesa lysinu v kvasinkách a v plísních vychází z -ketoglutarátu, který s acetyl-CoA vytváří homocitrát. Z něho dehydratací vzniká homoakonitát a následnou hydratací je tvořen homoisocitrát.Ten dehydrogenací poskytuje oxaloglutarát. homocitrát synthasa homocitrát dehydratasa COOH CO CH2 + CH2 COOH

acetyl-CoA

-ketoglutarát

COOH CH2 HOCCOOH CH2 CH2 COOH

COOH

homocitrát

homoakonitát

CH

homoakonitát hydratasa COOH HOCH

CCOOH CH2 CH2 COOH

COOH CO HCCOOH CH2 CH2 COOH

HCCOOH CH2 CH2 COOH

homoisocitrát

homoisocitrát dehydrogenasa

oxaloglutarát


Valin CH3

vzorec :

NH3+ CH CH _ COO CH3

hmotnost : 99,1 Da

Symbol : Val ≈ V bod tání : 315o C

Disoc.konst.COOH 2,29 Disoc.konst.NH2 9,74 Rozpustnost v 100g H2O při 25o

Isoelektr.bod 5,97

8,85g

Degradace valinu vede k isobutyryl-CoA, který je přeměňován řadou reakcí na propionyl-CoA jako prekursoru sukcinyl-CoA : CH3

NH3+ CH3 CH CH _ CH-CO-SCoACH3-CH2-CO-SCoA CH3 COO CH3

valin

isobutyryl-CoA

propionyl-CoA

 -OCO-CH2-CH2-CO-SCoA sukcinyl-CoA


Tvorba valinu Výchozí látkou je pyruvát, který s acetal-DPT dává -acetolaktát, který je přeměněn na dihydroxyisovalerát. Dehydratací poskytuje ketoisovalerát, který transaminací dává valin. acetolaktát synthasa COOH CO + acetal- DPT CH2

pyruvát

acetolaktát isomeroreduktasa

COOH CH3COH CO CH3

COOH HCOH CH3COH CH3

dihydroxyisovalerát dehydratasa

-acetolaktát ,-dihydroxyisovalerát COOH HCNH2 CH3CH CH3

valin

glutamin aminotransferasa

COOH CO CH3CH CH3

-ketoisovalerát


Leucin vzorec :

CH3

NH3+ CH CH2 CH _ COO CH3

Symbol : Leu ≈ L

hmotnost : 113,1 Da

bod tání : 294o C


Disoc.konst.NH2 9,74 Isoelektr.bod 5,98


2,33g

Leucin je oxidován reakcemi -oxidace. Jeho degradace vede ke tvorbě acetyl-CoA a acetacetátu. Jeho metabolismus je katalysován enzy-mem, který je biotin-dependentní 3-methyl-krotonyl-CoAkarboxylasa . CH3

NH3+ CH CH2 CH _ COO CH3

leucin

CH3-CO-SCoA + O-CO-CH2-CO-CH3 acetyl-CoA

acetoacetát


Tvorba leucinu

Výchozím substrátem při biosynthese leucinu je -ketoisovalerát. který se tvoří při tvorbě valinu. -ketoisovalerát spolu s acetyl-CoA vytváří -isopropylmalát, který je isomerizován na -isomer, jenž poskytuje -ketokapronát, z něhož vzniká leucin. NH2 N

COOH CO CH3CH CH3

O

OH CH3 H3C.CO.S.(CH2)2.NH.CO.(CH2)2.NH.CO.CH.C.CH2.OPO.P OCH2 N _ _ O O O CH3 H H H H

+

-ketoisovalerát

-isopropylmalát

N

acetyl-koenzym A

O OH 2PO3

isopropylsynthasa COOH

COOH CH2 HOCCOOH CH3CH CH3

N

O

HOCH HCCOOH CH3CH CH3

COOH H2NCH CH2 CH3CH CH3

COOH CO CH2 CH3CH CH3

-isopropylmalát -ketoisokapronát

isopropylmalát isomerasa

isopropylmalát dehydrogenasa

leucin

tyrosin aminotransferasa


Lysin + NH 3 _ vzorec : _ NH3+(CH2)4CH COO

Symbol : Lys ≈ K

mol.hmota : 129,1 Da

bod tání : 225o C



Isoelektr.bod 9,59

Disoc.konst.-NH2 10,28 Pro degradaci lysinu existuje několik různých metabolických cest. Nejznámější je dráha přes glutaryl-CoA vedoucí na acetoacetyl-CoA : NH3+ _ _ NH3+(CH2)4CH COO

lysin

_

O CO-CH2-CH2-CH2-CO-SCoA glutaryl-CoA

CH3-CO-CH2-CO-SCoA acetoacetyl-CoA


Tvorba lysinu v kvasinkách a v plísních 2 Oxalglutarát je dekarboxylován na -ketoadipát, který je transaminován na -aminoadipát a ten je spolu s ATP přeměněn na -adenylo-aminoadipát.

oxaloglutarát dekarboxylasa

transaminása

COOH

COOH

CO

CO

HCCOOH CH2 CH2 COOH

oxaloglutarát

CH2 CH2 CH2 COOH

syntása COOH

COOH

HCNH2

HCNH2 CH2 CH2 CH2 COOH

CH2 CH2 HC NH _ OCO N

+ATP

-ketoadipát -aminoadipát

O

_

O P

OCH2

OH H

H OH

N

O H

N

N H

OH

-adenylo--aminoadipát


Tvorba lysinu v kvasinkách a v plísních 3 Z -adenylo--aminoadipátu vznikne -aminoadipik--semialdehyd. Na tento semialdehyd se aduje glutamát a poskytne sakcharopin, ze kterého vzniká L-lysin. -aminoadipát reduktasa HCNH2

O

_

CH2 CH2 HC NH _ OCO N

O P

OCH2

OH H

H OH

N

O H

OH

synthasa COOH

COOH

HCNH2

N

N H

-adenylo--aminoadipát

sacharopin reduktasa

COOH

+glutamátHCNH2

CH2 CH2 CH2 CHO

-aminoadipik--semialdehyd

CH2 COOH CH2 CH2 CH2 CH2 CH2NHCHCOOH

sakcharopin

COOH HCNH2 CH2 CH2 CH2 CH2NH2

L-lysin


Tvorba lysinu v bakteriích 1 V bakteriích biosyntesa lysinu vychází z pyruvátu a semialdehydu aspartátu a vytváří se dihydrodipikolinát, ze kterého vznikne tetrahydrodipikolinát. Pomocí sukcinyl-CoA se změní na N-sukcinyl- -ketoaminopimelát.

CHO CH2 + HCNH2 COOH

dihydrodipikolinát syntasa COOH CO CH2

HC

H C

COOH N

tetrahydrodipikolinát sukcinylasa dihydrodipikolinát reduktasa COOH

COOH

COOH N

COOH

aspartátsemialdehyd dihydrodipikolino- tetrahydrodipikolino+ pyruvát vá kyselina vá kyselina

COOH CO (CH2)3 CH2 HCNHCOCH2 COOH

N-sukcinyl-ketoaminopimelát


Tvorba lysinu v bakteriích 2 Z N-sukcinyl- -ketoaminopimelátu transaminací vznikne N-sukcinyl- -diaminopimelát, který desukcinylací dává diaminopimelát, z nějž se tvoří meso-diaminopimelát. Ten dává dekarboxylací lysin. transaminace

desukcinylace

COOH COOH CO (CH2)3 CH2 HCNHCOCH2 COOH

COOH COOH H2NCH (CH2)3 CH2 HCNHCOCH2 COOH

N-sukcinyl-ketoaminopimelová kyselina

N-sukcinyl,-diaminopimelová kyselina

COOH H2NCH (CH2)3 HCNH2 COOH

epimerace

,-diaminopimelová kys. dekarboxylace H2CNH2 (CH2)3 HCNH2 COOH

lysin

COOH HCNH2 (CH2)3 HCNH2 COOH

meso-diaminopimelová kys.


Tryptofan _ CH2CH COO NH3+

vzorec : N H

Symbol : Trp ≈ W bod tání : 289o C



Isoelektr.bod 5,89

Rozpustnost v 100g H2O při 25o 1,14g Katabolické dráhy tryptofanu jsou velmi složité, které přes kynurenin dávají vzniknout alaninu a acetyl-CoA : _ CH2CH COO NH3+ N H

tryptofan

CO-CH2-CH-COO NH3+ NH2

kynurenin

_

_ CH3-CH-COO NH3+ +

CH3-CO-SCoA

alanin + acetyl-CoA


Tvorba tryptofanu 1 Tvorba tryptofanu vychází z chorismátu (obr.32a33), který je přeměněn pomocí glutaminu a polyenzymatického systému na anthranilát, ze kterého se vytvoří fosforibosylanthranilát, jenž je změněn na enolkarboxyfenylaminodeoxyribulosafosfát. anthranilátfosforibosyl transferasa

anthranilát synthasa COOH

COOH NH2

CH2

COOH NH O CH O PO 23 2

OCCOOH OH

chorismát

anthranilát

COOH

HO

OH

fosforibosylanthranilát anthranilátfosforibosyl isomerasa

OH NH CHHO OH CH2 PO32C CH CH

enolkarboxyfenylaminodeoxyribulosafosfát (CDRP)


Tvorba tryptofanu 2 Z CDRP dekarboxylací a dehydratací vznikne indolglycerolfosfát. Odštěpením glyceralfosfátu získá se indol a adicí serinu a další dehydratací vytvoří se tryptofan. indolglycerolfosfát synthasa

OH OH CH CH CH2 PO32-

COOH OH NH CHHO OH CH2 PO32C CH CH

N H

enolkarboxyfenylaminodeoxyribulosafosfát (CDRP)

indolglycerolfosfát

-tryptofan synthasa CH2CHCOOH NH2 N H

tryptofan

indol

-tryptofan synthasa

N H


Methionin vzorec :

NH3+ _ CH3S(CH2)2CH COO


Symbol : Met ≈ M bod tání : 283o C Disoc.konst.NH2 9,21

Isoelektr.bod 5,74

Rozpustnost v 100g H2O při 25o 3,38g (racemát DL) Degradace methioninu vede ke vzniku cysteinu a dalším enzymovým systémem k sukcinyl-CoA : NH3+ NH3+ _ CH3S(CH2)2CH COO  HS-CH2-CH-COOmethionin cystein



O--CO-CH2-CH2CO-SCoA

sukcinyl-CoA


Tvorba methioninu Biosynthesa methioninu vychází z homoserinu a dává sukcinylhomoserin. Z tohoto sukcinylhomoserinu vzniká jednak cystathionin, jednak homocystein přímo. Cystatthionin je postupně přeměňován na homocystein. homoserin sukcinyl transferasa

CH2OH CH2 HCNH2 COOH

homoserin

cystathionin synthasa

CH2O CO CH2 CH2 HCNH2 CH2 COOH COOH

CH2S CH2 CH2 HCNH2 HCNH2 COOH COOH

cystathioninasa

cystathionin

sukcinylhomoserin

homocystein methyltransferasa CH2S H CH2 HCNH2 COOH

homocystein

CH2S CH3 CH2 HCNH2 COOH

methionin

Aminokyseliny

esenciální

Histidin

N

vzorec :

N H

NH3+ _ CH2CH COO

bod tání : 287o C


Symbol : His ≈ H


Isoelektr.bod 7,59

Disoc.konst.NH(Imid) 6,0 Rozpustnost v 100g H2O při 25o 4,29g Histidin je nejprve přeměněn na glutamát, který je oxidován na 2-oxoglutarát : N

NH3+ _ CH2CH COO

N H histidin

_ NH2 _ COO CH COO CH2 CH2

glutamát

_ COO CH2

_ CO COO CH2

2-oxoglutarát

his operon • E. coli / lokalizace v cca 44 min chromosomu,obsahuje 9 strukturních genů • hisGDCBHAFIE • Transkripce je nepřímo úměrná hladině histidyl-tRNA v buňce • Regulace pomocí atenuace

Přehled aminokyselin vyráběných pomocí mikroorganismů • • • • • • •

L-Aspartic Acid, Alanine, L-Arginine, L-Ornithine, L-Citrulline, L-Glutamic Acid, L-Glutamine, N-Acetyl-L-Glutamine, L-Histidine, L-Threonine, L-Lysine, L-Isoleucine, L-Valine, L-Leucine, L-Phenylalanine, L-Tyrosine, L-Tryptophan, L-Serine, L-Cysteine (L-Cystine) L-Proline, L-Hydroxyproline, • L-3,4-Dihydroxyfenylalanin, D-p-Hydroxyfenylglycin,

Corynebacterium glutamicum

Schéma sekrece L-lysinu z buňky

Schéma fermentační výroby L-glutaminu

Fermentační příprava glutamátu

Salmonella typhimurium his operon

• 9 strukturních genů • Hlavní regulační faktor atenuace • Celá řada testovacích kmenů – auxotrofní mutanty na histidin • Počty revertantů po působení testované látky. • Ames test


Tvorba histidinu 1 Biosynthesa histidinu vychází z 5-fosforibosyl--difosfátu, který pomocí ATP je změněn na 5-fosforibosyl-ATP, ze kterého vzniká 5-fosforibosyl-AMP. difosfohydrolasa 2-O

3P

2-O

3P

2-O

3P

2-O

OCH2

3P

OCH2 O

O

ATP-fosforibosyl transferasa 2-O

3PO

CH2

O

2-O

N

HN 3PO CH2

O

N

N N

N

2-O

HN PO CH2 3

O

N N

N

OPO2-3PO2-3 HO OH

HO OH

5-fosforibosyl--difosfát

N-5-fosforibosyl-ATP

HO OH

N-5-fosforibosyl-AMP


Tvorba histidinu 2 Z N-5-fosforibosyl-AMP se vytvoří N-5-fosforibosylformimino-5-aminoimidazol-4-karboxamidribonukleotid, tento je otevřen isomeraci (otevřený derivát ribonukleotidu ). fosforibosyl-AMPcyklohydrolasa 2-O

3P

2-O

OCH2

isomerasa 3P

OCH2

2-O

HN 3PO CH2

O

N

N

O H2N

N N

HO OH

N-5-fosforibosyl-AMP

3P

OCH2 O

O

O

N

2-O

2-O

3PO

CH2 HN O

HO OH

N

N N

O H2N

N N

HN CH2OPO32-CH 2 CH CH CO OH OH

N-5-fosforibosylformimino-5-aminoimidazol-4karboxamid-ribonukleotid


Tvorba histidinu 3 Z otevřeného ribonukleotidu se oddělí část z ATP, která není do histidinu začleněna a která se používá při biosynthese purinů (5-aminoimidazol-4-karboxamidribonukleotid). Zbylý imidazolglycerolfosfát se dehydratuje a aminizací vzniká histidinolfosfát, ze kterého histidinol a posléze histidin. glutaminamidotransferasa 2-O

3P

OCH2 O

N

H N

N

O H2N

N HCOH HCOH CH2OPO 32-

N HN

CH2OPO32-CH

2

CH CH CO OH OH

2-O

dehydratasa aminotransferasa

3P

OCH2 O

N 5-aminoimidazol- N 4-karboxamidribonukleotid H2NCO NH2

imidazolglycerolfosfát

H N

fosfatasa H N

H N

N

2

H N N

CH2

N CH2

HCNH2 2- CH2OH

HCNH2 COOH

N

CH2 CH2 CO HCNH2 CH2OPO 32- CH OPO

dehydrogenasa

3

imidazol- histidinol histidinol histidin acetal-fosfát fosfát

Amesův test Amesův test je biologický test ke zjištění mutagenního potenciálu chemických látek. Pozitivní test ukazuje, že chemická látka může působit jako karcinogen, i když je známá řada falešně pozitivních a nebo falešně negativních výsledků. Jelikož rakovina je často spojena s poškozením DNA, test také slouží jako rychlá zkouška karcinogenního potenciálu různých látek, neboť někdy je těžké stanovit, zda standardní testy na hlodavcích byly úspěšné. Protokol je k dispozici od roku 1970 kdy Bruce Ames a jeho skupina práci publikovali.

his operon • Salmonella – syntézu řídí 10 genů v operonu • Uspořádání genů v operonu neodpovídá pořadí reakcí v biosysntetické dráze • Velké množství mutant s poškozením na různých genech operonu • Několik desítek mutantních kmenů, některé mají mutaci uvrB a rfa (deficience LPS)

Amesův test • Testovací kmeny často nesou mutaci v genech odpovědných za syntézu lipopolysacharidů, a tak působí, že stěna bakterie je více propustná a opravný systém pomocí vystřižení test ještě sensibiluje. Extrakt z krysích jater se přidává k napodobení účinku metabolismu, neboť některé sloučeniny, jako benzopyren, nejsou mutagení samy o sobě, ale jejich metabolické produkty ano.

Amesův test • Bakterie jsou aplikovány na agarovou půdu na Petri misce s minimálním obsahem histidinu. Toto malé množství histidinu v růstovém mediu dovolí bakteriím počáteční nárůst a dá jim možnost mutovat. • Když je histidin vyčerpán, pouze bakterie, které zpětně mutovaly a získaly schopnost produkce vlastního histidinu přežijí a vytvoří kolonie. • Misky se inkubují 48 hodin. Mutagenicita sledované látky je úměrná počtu pozorovaných kolonií.

Ames test

Ames test

Esenciální aminokyseliny. Prokaryotní a eukaryotní mikroorganismy

Recommend Documents