Metabolismus aminokyselin. Vladimíra Kvasnicová

Metabolismus aminokyselin Vladimíra Kvasnicová

Aminokyseliny • aminokyseliny přijímáme v potravě ve formě proteinů: důležitá forma organicky vázaného dusíku, který tak může být v těle využit k syntéze dalších organických dusíkatých sloučenin (proteinů tělu vlastních, nukleotidů, hemu, signálních molekul,...) • 8 (10) z 21 proteinogenních L-α-aminokys. je pro člověka esenciálních: lidské buňky je nedokáží syntetizovat, musí být dodávány potravou • syntéza neesenciálních AMK vychází hlavně z α-oxokyselin (převážně meziprodukty metabolismu: pyruvát, oxalacetát, α-oxoglutarát) • nadbytek aminokyselin lze využít jako zdroj energie přímo (oxidace v Krebsově cyklu) nebo po přeměně na glukózu a mastné kyseliny, tj. do zásoby se ukládají ve formě glykogenu nebo TAG • AMK uvolněné ze svalových proteinů jsou při hladovění důležitým zdrojem krevní glukózy • před využitím AMK v Krebsově cyklu, přeměnou na glukózu nebo mastné kyseliny musí být z molekuly odstraněn aminodusík: významné reakce jsou transaminace a oxidační deaminace • nadbytečný aminodusík je z těla odstraněn močí hlavně ve formě močoviny (= urea) nebo jako NH4+

Klasifikace proteinogenních AMK z hlediska jejich metabolismu 1) z hlediska biosyntézy v lidském těle neesenciální (syntetizují se) esenciální (musíme je přijímat potravou)

2) z hlediska degradačních produktů glukogenní (z jejich uhlíkaté kostry může vznikat Glc) ketogenní (degradačním produktem je acetyl-CoA)

Esenciální aminokyseliny

„10“ 1) rozvětvené:

Val, Leu, Ile

2) aromatické:

Phe

3) bazické:

(→ Tyr),

Trp

His, Arg, Lys

4) obsahující síru:

Met

5) „zvláštní“:

Thr

(→ Cys)

Esenciální aminokyseliny PVT TIM HALL 1) rozvětvené:

Val, Leu, Ile

2) aromatické:

Phe

3) bazické:

(→ Tyr),

Trp

His, Arg, Lys

4) obsahující síru:

Met

5) „zvláštní“:

Thr

(→ Cys)

Esenciální / podmíněně esenciální / neesenciální aminokyseliny esenciální:

Val, Leu, Ile, Thr, Phe, Trp, His, Arg, Lys, Met

neesenc.:

Gly, Ala, Pro, Ser, Tyr, Asn, Gln, Asp, Glu, Cys

Esenciální / podmíněně esenciální / neesenciální aminokyseliny esenciální:

Val, Leu, Ile, Thr, Phe, Trp, His, Arg, Lys, Met

neesenc.:

Gly, Ala, Pro, Ser, Tyr, Asn, Gln, Asp, Glu, Cys AMK ~ organicky vázaný dusík

proteiny z potravy proteiny těla biosyntéza de novo

proteosyntéza pool AMK

syntéza N-sloučenin degradace (E, glc, tuk)

Zabudování anorganického dusíku do org. molekul v metabolismu člověka

Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html (leden 2007)

Syntéza AMK v lidském těle - 5 substrátů 1. oxalacetát

→ Asp, Asn

2. α-ketoglutarát

→ Glu, Gln, Pro, (Arg)

3. pyruvát

→ Ala

4. 3-fosfoglycerát → Ser, Cys, Gly 5. Phe

→ Tyr

Syntéza AMK v lidském těle - typické reakce 1. transaminace Pyr → Ala

OA → Asp

α-ketoGlt → Glu

2. amidace Asp → Asn

Glu → Gln

3. z jiných AMK Phe → Tyr Met + Ser → Cys

Ser → Gly

Glu → Pro

Transaminační reakce je vratná

enzymy: aminotransferázy koenzym: pyridoxalfosfát (derivát vitaminu B6) Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html (leden 2007)

Aminotransferázy významné v klinice („transaminázy“)

alaninaminotransferáza (ALT = GPT)

aspartátaminotransferáza (AST = GOT)

Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

„amidace“ glutamátu = postranní karboxylová skupina Glu se mění na amidovou skupinu glutaminsyntetáza

GLUTAMIN je nejvýznamnější transportní formou aminodusíku v krvi Obrázek je převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

Při syntéze ASPARAGINu je donorem –NH2 glutamin (nikoli amoniak jako při syntéze Gln)


Syntéza Tyr z Phe

Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)

glykolýza

Syntéza serinu a glycinu

Obrázek je převzat z http://www.biocarta.com/pathfiles/GlycinePathway.asp (leden 2007)

Tvorba aktivovaného methioninu = S-adenosylmethionin (SAM)

SAM je donorem –CH3 skupiny v methylačních reakcích Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/amino-acid-metabolism.html (leden 2007)

Syntéza Cys z Met a Ser


Regenerace Met (vitaminy: folát + B12) B12


Obrázek je převzat z http://www.biocarta.com/pathfiles/Cysteine2Pathway.asp (leden 2007)

Z některých aminokyselin vznikají další důležité látky: 1) Gln, Asp, Gly → puriny, pyrimidiny 2) Gly → porfyriny, kreatin (s Arg a Met) 3) Arg → NO 4) Cys → taurin


Syntéza purinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nucleotide-metabolism.html (leden 2007)

Syntéza pyrimidinových nukleotidů C Y T O P L A Z M A

mitochondrie

Obrázek převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nucleotide-metabolism.html (leden 2007)

Dekarboxylací AMK vznikají monoaminy (= biogenní aminy) 1) Tyr → katecholaminy 2) Trp → serotonin

(adrenalin, noradrenalin, dopamin)

(= 5-hydroxytryptamin)

3) His → histamin 4) Ser → etanolamin → cholin → acetylcholin 5) Cys → cysteamin Asp → β-alanin

koenzym A

Glu → γ-aminobutyrát (GABA)

TEST:

Rozhodněte se o pravdivosti tvrzení a) valin patří mezi větvené aminokyseliny b) serin obsahuje v postranním řetězci thiolovou skupinu c) glutamát patří mezi esenciální aminokyseliny d) tryptofan je prekurzor katecholaminů

Rozhodněte se o pravdivosti tvrzení a) valin patří mezi větvené aminokyseliny b) serin obsahuje v postranním řetězci thiolovou skupinu c) glutamát patří mezi esenciální aminokyseliny d) tryptofan je prekurzor katecholaminů

Odbourávání AMK

1) odstranění aminodusíku z molekuly AMK 2) detoxikace uvolněné aminoskupiny 3) metabolismus uhlíkaté kostry AMK

7 produktů

7 degradačních produktů AMK 1. pyruvát ← Gly, Ala, Ser, Thr, Cys, Trp 2. oxalacetát ← Asp, Asn 3. α-ketoglutarát ← Glu, Gln, Pro, Arg, His 4. sukcinyl-CoA ← Val, Ile, Met, Thr 5. fumarát ← Phe, Tyr 6. acetyl-CoA ← Ile

glukogenní AMK ketogenní AMK

7. acetoacetyl-CoA ← Lys, Leu, Phe, Tyr, Trp

Vstup uhlíkaté kostry AMK do citrátového cyklu

Obrázek je převzat z http://www.biocarta.com/pathfiles/glucogenicPathway.asp (leden 2007)

Příklad odbourávání AMK na meziprodukty CC

Obrázek je převzat z http://www.biocarta.com/pathfiles/asparaginePathway.asp (leden 2007)

Osud aminodusíku aminokyselin a) extrahepatálně transaminace (vzniká hlavně Ala a Glu + 2-oxokyseliny) deaminace (reaguje málo AMK: Ser,Thr,His; uvolní se NH3) amidace Glu + NH3 → Gln

(spotřeba ATP)

b) v játrech viz. a) oxidační deaminace Glu (vzniká α-ketoGlt + NH3) enzym: glutamátdehydrogenáza (GMD)

Glutamin je hlavní transportní formou aminodusíku

Obrázek je převzat z http://www.sbuniv.edu/~ggray/CHE3364/b1c25out.html (prosinec 2006)

Transport aminodusíku při odbourávání svalových proteinů vylučované produkty


Glukózo-alaninový cyklus

játra

svaly


Metabolismus aminodusíku

většina tkání

játra

svaly

Obrázek je převzat z http://courses.cm.utexas.edu/archive/Spring2002/CH339K/Robertus/overheads-3/ch18_ammonia-transport.jpg (leden 2007)

GLUTAMÁTDEHYDROGENÁZA odstraňuje v játrech aminoskupinu z uhlíkaté kostry Glu

1. –NH2 sk. byla z AMK přenesena transaminací → glutamát 2. oxidační deaminací glutamátu se –NH2 uvolní jako amoniak

Obrázek je převzat z http://web.indstate.edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism.html (leden 2007)

Transport a detoxikace aminodusíku - SOUHRN • aminotransferázy → glutamát nebo alanin • glutaminsyntetáza → glutamin • glutamináza → glutamát + NH4+ • glutamátdehydrogenáza → 2-oxoglutarát + NH4+ • játra: močovinový cyklus → močovina • ledviny: glutamináza → glutamát + NH4+

→ moč

Cyklus Gln v játrech

Obrázek převzat z knihy Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley-Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0-471-15451-2

TEST:

Z uhlíkaté kostry těchto aminokyselin mohou vznikat následující produkty: a) aspartát → oxalacetát b) lyzin → glukóza c) alanin → zásobní tuk d) glutamin → α-ketoglutarát

Z uhlíkaté kostry těchto aminokyselin mohou vznikat následující produkty: a) aspartát → oxalacetát b) lyzin → glukóza c) alanin → zásobní tuk d) glutamin → α-ketoglutarát

TEST:

Aminodusík, uvolněný z uhlíkaté kostry AMK, je transportován krví jako a) NH4+ b) alanin c) glutamin d) urea

Aminodusík, uvolněný z uhlíkaté kostry AMK, je transportován krví jako a) NH4+ b) alanin c) glutamin d) urea

Aminodusík uvolněný z uhlíkaté kostry AMK je transportován krví jako a) NH4+ b) alanin

fyziologicky do 35 µmol/l (NH3 + H +↔ NH4+) vzniká transaminační reakcí z pyruvátu

c) glutamin d) urea

nejvýznamnější transportní forma –NH2 v krvi

je odpadním produktem aminodusíku (játra → ledviny → moč)

Močovinový (ornithinový) cyklus •

detoxikační mtb dráha

•

probíhá pouze v játrech

•

lokalizován v mitochondrii /cytoplazmě

•

karbamoylfosfát syntetáza I

•

okyseluje organismus

•

energeticky náročný

•

propojen s citrátovým cyklem přes fumarát

•

močovina je odpadní produkt

(NH3 je toxický pro mozek)

(= mitochondriální)

(spotřeba HCO3-) (spotřeba ATP)

(→ moč)

Detoxikace amoniaku v játrech

Obrázek je převzat z http://www.biocarta.com/pathfiles/ureacyclePathway.asp (leden 2007)

Propojení močovinového a citrátového cyklu

Obrázek je převzat z http://courses.cm.utexas.edu/archive/Spring2002/CH339K/Robertus/overheads-3/ch18_TCA-Urea_link.jpg (leden 2007)

Metabolismus amoniaku: význam glutaminu • detoxikace aminodusíku (transport -NH2) • syntéza nukleotidů (⇒ nukleové kyseliny) • syntéza citrulinu (propojení s močovinovým cyklem): ↑ příjem proteinů potravou (za sytosti) nebo ↑ degradace proteinů tělu vlastních (hladovění) ↑ koncentrace glutaminu

• enterocyt:

Gln → citrulin → krev → ledviny

• ledviny:

citrulin → Arg → krev → játra

• játra:

Arg → urea + ornithin

ornithin → zvýšená rychlost SYNTÉZY MOČOVINY = ↑ detoxikace NH3 pocházejícího z proteinů

Regulace močovinového cyklu alosterická regulace + indukce enzymů vlivem vysokoproteinové diety nebo metabolických změn při hladovění regulační enzym

aktivace

karbamoylfosfát syntetáza I (= mitochondriální)

• N-acetylglutamát

N-acetylglutamát syntetáza

• arginin

inhibice

Syntéza močoviny je inhibována při acidóze – šetří se HCO3-

TEST:

Při detoxikaci amoniaku v lidském těle se uplatňuje a) močovinový cyklus probíhající pouze v játrech b) štěpení glutaminu v játrech a ledvinách c) ATP jako zdroj energie d) vznik ornithinu z citrulinu a karbamoylfosfátu

Při detoxikaci amoniaku v lidském těle se uplatňuje a) močovinový cyklus probíhající pouze v játrech b) štěpení glutaminu v játrech a ledvinách c) ATP jako zdroj energie d) vznik ornithinu z citrulinu a karbamoylfosfátu

Metabolismus aminokyselin. Vladimíra Kvasnicová

Recommend Documents