Metabolizm aminokwas

Metabolizm aminokwas

ó

ó

w

w

Joanna Soin

METABOLIZM

Anabolizm=biosynteza

Synteza z prostych
prekursorów katalizowana
enzymatycznie

Katabolizm

-

Degradacja do prostych
produktów katalizowana
enzymatycznie

Biosynteza aminokwas

Biosynteza aminokwas

ó

ó

w

w

Aminokwasy endogenne:

•

alanina

•

asparaginian

•

asparagina

•

cysteina

•

glutaminian

•

glutamina

•

glicyna

•

prolina

•

seryna

•

tyrozyna

Aminokwasy egzogenne:

•

metionina

•

treonina

•

walina

•

lizyna

•

leucyna

•

izoleucyna

•

fenyloalanina

•

tryptofan

Aminokwasy semiegzogenne:

•

arginina

•

histydyna

Reakcja dehydrogenazy

Reakcja dehydrogenazy

glutaminianowej

glutaminianowej

(

(

biosynteza glutaminianu

biosynteza glutaminianu

)

)

glutaminian

αααα

-ketoglutaran

Wszystkie grupy aminowe w aminokwasach pochodzą z

GLUTAMINIANU

w wyniku

TRANSAMINACJI

Typowa synteza

aminokwasu

zachodzi z udziałem

ketokwasu

i reakcji

transamincji

TRANSAMINACJA

TRANSAMINACJA

Biosynteza aminokwas

Biosynteza aminokwas

ó

ó

w

w

α-ketoglutaran



glutaminian

v

•

glutamina

v

•

prolina

v

•

arginina

pirogronian

•

alanina

v

•

walina

•

leucyna

fosfoenolopirogronian

•

fenyloalanina

•

tyrozyna

v

•

tryptofan

szczawiooctan



asparaginian

v

•

asparagina

v

•

metionina

•

treonina

•

izoleucyna

•

lizyna

3-fosfoglicerynian



seryna

v

•

glicyna

v

•

cysteina

v

rybozo-5-fosforan

•

histydyna

CYKL KREBSA

GLIKOLIZA

PRPP (tor pentozofosforanowy)

Reakcja syntetazy

Reakcja syntetazy

glutaminianowej

glutaminianowej

(

(

biosynteza glutaminy

biosynteza glutaminy

)

)

glutaminian

glutaminiano-5-fosforan

-pirolidyno-5-karboksylan

PROLINA

reduktaza

pirolidyno-5-fosforanu

ATP

kinaza

γγγγ

-glutamylu

L-glutamylo-

γγγγ

-srmialdehyd

ORNITYNA

spontanicznie

dehydrogenaza

aminotransferaza

glutaminian

αααα

-ketoglutaran

B

I

O

S

Y

N

T

E

Z

A

P

R

O

L

I

N

Y

Reakcja

Reakcja

hydroksylazy

hydroksylazy

prolinowej

prolinowej

- Biosynteza hydroksyproliny w…

Biosynteza

Biosynteza

asparaginianu

asparaginianu

glutaminian

asparaginian

α

-ketoglutaran

szczawiooctan

Biosynteza asparaginy

Biosynteza asparaginy

asparaginian

asparagina

glutamina

glutaminian

syntetaza asparaginowa

-

syntetaza

syntetaza

asparaginianowa

asparaginianowa

nie przenosi

nie przenosi

azotu nieorganicznego

azotu nieorganicznego

Biosynteza seryny

Biosynteza seryny

3-fosfoglicerynian

3-fosfopirogronian

3-fosfoseryna

seryna

dehydrataza

aminotransferaza

fosfataza

glutaminian

α

-ketoglutaran

Biosynteza glicyny

Biosynteza glicyny

tetrahydrofolian

, THF

N

5

,N

10

-metylenotetrahydrofolian

seryna

glicyna

1.

W cytozolu komórek wątroby z udziałem transaminazy glicyny
z: glioksalanu, glutaminy lub alaniny

2.

Z choliny

3.

Z seryny

transferaza seryny

(transferaza glicyny)

Biosynteza cysteiny

Biosynteza cysteiny

H

4

-THF

- H

2

-THF

Biosynteza cysteiny

Biosynteza cysteiny

–

–

cd

cd

.

.

SAM

– S-adenozylometionina

Biosynteza alaniny

Biosynteza alaniny

glutaminian

pirogronian

alanina

α

-ketoglutaran

Biosynteza tyrozyny

Biosynteza tyrozyny

biopteryna

H

2

-biopteryna

Fenyloalanina

TYROZYNA

Hydroksylaza

fenyloalaniny

Reduktaza

dihydropterydyny

-

-

hydroksylaza

hydroksylaza

fenyloalaniny

fenyloalaniny

wyst

wyst

ę

ę

puje tylko w w

puje tylko w w

ą

ą

trobie!!!

trobie!!!

Aminokwasy

Aminokwasy

-

-

rola

rola

aminokwasy

Mocznik

(z rozpadu

aminokwasów)

Aminy
biogenne

Katabolizm –
wytwarzanie energii

Synteza białek
–anabolizm

Biosynteza bia

Biosynteza bia

ł

ł

ek

ek

Przekaz informacji genetycznej

Przekaz informacji genetycznej

–

–

„

„

Centralny dogmat biologii molekularnej

Centralny dogmat biologii molekularnej

”

”

Dwa stadia I etapu biosyntezy bia

Dwa stadia I etapu biosyntezy bia

ł

ł

ka

ka

1. Utworzenie aminoacyloaldehydu

2. Utworzenie aminoacylo-tRNA (

wiązanie wysokoenergetyczne)

stadia II etapu biosyntezy bia

stadia II etapu biosyntezy bia

ł

ł

ka

ka

1. Inicjacja

: inicjatorowym tRNA u eukariota jest metionylo-tRNA

(Met-tRNA)

2. Elongacja

3. Terminacja

Translokacja

Translokacja

ł

ł

a

a

ń

ń

cucha

cucha

polipeptydowego przez b

polipeptydowego przez b

ł

ł

ony RER

ony RER

Synteza i

Synteza i

egzocytoza

egzocytoza

bia

bia

ł

ł

ek wydzielniczych

ek wydzielniczych

Czarne kropki

– białka połączone z RER

Białe kropki – białka zawarte w świetle ER

Synteza bia

Synteza bia

ł

ł

ek b

ek b

ł

ł

on kom

on kom

ó

ó

rkowych

rkowych

rybosomy

Białka błonowe

Sortowanie bia

Sortowanie bia

ł

ł

ek

ek

KATABOLIZM

KATABOLIZM

-

Białka żywych organizmów są stale

odnawiane przez

wymianę białka

- Wymiana białek to ciągły proces

degradacji

(1-2%białka dziennie

) i

resyntezy

białek z wolnych aminokwasów

-

Amoniak

powstały z rozpadu

aminokwasów u człowieka usuwany jest w
postaci nietoksycznego

mocznika (

cykl

mocznikowy

)

Obr

Obr

ó

ó

t bia

t bia

ł

ł

ek i aminokwas

ek i aminokwas

ó

ó

w

w

Bilans azotowy

– różnica między całkowitym azotem spożytym

i całkowitym azotem wydalonym

Białko

organizmu

Aminokwasy

Degradacja
białka (20-
35 g azotu
dziennie)

Ponowna
synteza
białek
(15-28g
azotu
dziennie)

Katabolizm

(5-7g azotu dziennie)

Bilans azotowy

Dodatni –

typowy

dla rosnącego
dziecka i kobiet w
ciąży

Równowaga

–

zdrowy dorosły

Ujemny

–

po operacjach,
w chorobie
nowotworowej
i w diecie
ubogobiałkowej

Okres p

Okres p

ó

ó

ł

ł

trwania niekt

trwania niekt

ó

ó

rych bia

rych bia

ł

ł

ek

ek

-

Szybkość degradacji różni się miedzy białkami i stanami fizjologicznymi

- Aminokwasy przyjęte w nadmiarze

nie są magazynowane

Tkanka, narz

ą

d

organizm okres

półtrwania (dni)

Białko całkowite

człowiek

80

szczur

17

Białko w

ą

troby i osocza

człowiek

10

szczur

06

Białko mi

ęś

ni, skóry

człowiek

158

i szkieletu

szczur

21

Białko mi

ęś

ni

człowiek

180

szczur

24-30

Degradacja bia

Degradacja bia

ł

ł

ek

ek

Proteazy

Peptydazy

peptydy

Hydroliza
wiązania
peptydowego

krótsze
peptydy

endopeptydazy

aminokwasy

aminopeptydazy

karboksypeptydazy

Degradacja bia

Degradacja bia

ł

ł

ek

ek

Szlak ATP- niezależny

Szlak ATP - zależny

LIZOSOMY

CYTOSOL

Poza-

komórkowe

Związane z błoną
komórkową

Długo żyjące białka
wewnątrzkomórkowe

Białka
nieprawidłowe

Białka krótko
ż

yjące

Wymagają ubikwityny

LI

LI

ZO

ZO

SO

SO

MY

MY

Lizosomy

Lizosomy

UBIKWITYNA

UBIKWITYNA

Tetra-kompleks ubikwityny

Bardzo konserwatywne,

niskocząsteczkowe białko (8,5 kD)

UBIKWITYNA

UBIKWITYNA

–

–

wyznaczanie

wyznaczanie

bia

bia

ł

ł

ka do degradacji

ka do degradacji

1. N-końcowa

Met i Ser

– opóżniają reakcje z ubikwityną

2. N-końcowa

Arg i Asp

– przyśpieszają reakcje z ubikwityną

Przekszta

Przekszta

ł

ł

canie

canie

azotu

azotu

z aminokwas

z aminokwas

ó

ó

w

w

Organizmy amonoteliczne

amoniak

Organizmy urykoteliczne

kwas moczowy

Organizmy ureoteliczne

mocznik

Org. Wodne,
np.ryby
kostnoszkieletowe

ptaki

Zwierzęta lądowe i

człowiek

Katabolizm aminokwas

Katabolizm aminokwas

ó

ó

w

w

–

–

przep

przep

ł

ł

yw

yw

azotu

azotu

αααα

-aminokwas

αααα

-ketokwas

transaminacja

αααα

-ketoglutaran

L-glutaminian

deaminacja oksydacyjna

NH

3

CO

2

cykl mocznikowy

MOCZNIK

Biosynteza mocznika

Biosynteza mocznika

1. Transaminacja

–

występuje zarówno w biosyntezie

jak i katabolizmie, w części katalitycznej transaminazy
zawierają fosforan pirydoksalu (PLP)

2. Deaminacja oksydacyjna –

L-glutaminian

jest

jedynym aminokwasem w komórkach ssaków,
który ulega deaminacji oksydacyjnej ze znaczna
szybkością (główna droga przekształcania azotu

α

-aminowego w amoniak)

3. Transport amoniaku

4. Reakcje cyklu mocznikowego

Transaminacja

Transaminacja

WYMAGA:



Witaminy B6 (fosforan pirydoksalu)



Aminotransferazy



Aminokwasu i

αααα

-ketoglutaralu

Transaminacji nie ulegaj

ą

:



lizyna



prolina



hydroksyprolina



treonina

Deaminacja

Deaminacja

oksydacyjna

oksydacyjna

1. Zachodzi w

wątrobie i mięśniach

2. Flawina jest ulteniana przez tlen cząsteczkowy

3. Toksyczny

H

2

O

2

jest rozkładany przez

katalazę

bez udziału

cytochromu

reakcja
spontaniczna

Deaminacja

Deaminacja

oksydacyjna

oksydacyjna

cd

cd

.

.

4.

Grupy aminowe przenoszone s

ą

na

L-Glu

5. Dehydrogenaza

Glu

jest hamowana przez:

ATP, GTP,

aktywowana przez

ADP

Wydalanie amoniaku

Wydalanie amoniaku

Nerki

– uwalniany do moczu

amoniak

pochodzi z

aminokwasów wewnątrzkanalikowych (katalizowane
przez nerkową glutaminazę)

Wątroba

– tworzenie

mocznika

Mózg

– tworzenie

glutaminianu

Zatrucia amoniakiem

Zatrucia amoniakiem

1. Drgawki

2. Bełkot

3. Upośledzenie ostrości widzenia

4. Śpiączka

5. Zgon

CYKL MOCZNIKOWY = ma

CYKL MOCZNIKOWY = ma

ł

ł

y cykl Krebsa

y cykl Krebsa

Mocznik

Karbamylo-
fosforan

3mole ATP

2ADP+Pi

1AMP+Pi

KONDENSACJA

KONDENSACJA

ROZSZCZEPIENIE

Zaburzenia metabolizmu cyklu

Zaburzenia metabolizmu cyklu

mocznikowego

mocznikowego

1. Hiperamonemia

typu I – niedobór syntetazy

karbamylofosforanowej

2. Hiperamonemia

typu II – zaburzenie związane z

chromosomem

X,

niedobór

transkarbamylazy ornitynowej

.

Występuje niechęć do pokarmów

bogatobiałkowych

3. Cytrulinemia

–

rzadkie zaburzenie dziedziczone jako cecha

recesywna. Brak aktywności

argininobursztynianowej

syntetazy

4. Acyduria

–recesywna cecha dziedziczna, zwiększone stężenie

argininobursztynianu

we krwi, moczu i płynie mózgowo-

rdzeniowym

5. Hiperargninemia

– zwiększone stężenie

Arg

we krwi, płynie

mózgowo-rdzeniowym, zaburzenia w syntezie mocznika

CYKL MOCZNIKOWY

CYKL MOCZNIKOWY

Reakcja sumaryczna cyklu mocznikowego:

Mocznik jest:



syntetyzowany w w

ą

trobie



głównym produktem przemiany azotu u ludzi

Losy jon

Losy jon

ó

ó

w amonowych

w amonowych

MOCZNIK

NH

4

+

L-glutamina

L-glutaminian

Cykl mocznikowy

Poresorbcyjna

Poresorbcyjna

wymiana aminokwas

wymiana aminokwas

ó

ó

w

w

Ala

Ala

Gln

Val

Ser

NH

3

Mocznik

Glukoza

Ala – kluczowy aminokwas glukoneogeniczny

Cykl glukoza

Cykl glukoza

-

-

alanina

alanina

Cykl

Cykl

Cori

Cori

W

ą

troba

Mi

ę

sie

ń

Glukoza

Glukoza

Mleczan

Mleczan

KREW

Redukcja
pirogronianu
do mleczanu

W mi

ęś

niu sercowym mleczan utlenia si

ę

do CO

2

i H

2

O

Mi

Mi

ę

ę

dzynarz

dzynarz

ą

ą

dowa

dowa

wymiana AA zaraz

wymiana AA zaraz

po posi

po posi

ł

ł

ku

ku

Ala

Ala

Gln

Val

Aminokwasy

rozgał

ę

zione dostarczaj

ą

mózgowi energii zarówno

na czczo jak i po posiłku

20%

am

ino

kw

asó

w

roz

gał

ę

zio

nyc

h

Kr

ąż

enie

wro

tne

60% aminokwasów rozgał

ę

zionych

KATABOLIZM

KATABOLIZM

SZKIELET

SZKIELET

Ó

Ó

W

W

W

W

Ę

Ę

GLOWYCH

GLOWYCH

AMINOKWAS

AMINOKWAS

Ó

Ó

W

W

Cykl Krebsa

Cykl Krebsa

–

–

w

w

ł

ą

ł

ą

czanie aminokwas

czanie aminokwas

ó

ó

w

w



Aminokwasy glukogenne



Aminokwasy ketogenne



Aminokwasy glukogenne i ketogenne

NAD

NADH

NAD NADH

NAD NADH

NAD NADH

FAD

FADH

2

GTP

Pirogronian + CoA + NAD

+

CO

2

+ acetyloCoA + NADH + H

+

Cykl

Krebsa

Powi

Powi

ą

ą

zania cyklu Krebsa

zania cyklu Krebsa

z cyklem mocznikowym

z cyklem mocznikowym

3

2

Wydajno

Wydajno

ść

ść

energetyczna utleniania cz

energetyczna utleniania cz

ą

ą

steczki glukozy

steczki glukozy

w cyklu Krebsa

w cyklu Krebsa

36 ATP

Wydajno

Wydajno

ść

ść

energetyczna utleniania cz

energetyczna utleniania cz

ą

ą

steczki glukozy

steczki glukozy

w cyklu Krebsa

w cyklu Krebsa

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

asparaginy i L

asparaginy i L

-

-

glutaminy

glutaminy

(

(

aminokwasy

aminokwasy

glukogenne

glukogenne

)

)

Katabolizm

Katabolizm

L

L

-

-

asparaginianu

asparaginianu

(

(

aminokwas

aminokwas

glutagenny

glutagenny

)

)

transaminaza

Katabolizm glutaminianu

Katabolizm glutaminianu

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

proliny i L

proliny i L

-

-

argininy

argininy

bloki metaboliczne

bloki metaboliczne

1. Hiperprolinemia typu I

– blok dehydrogenazy

prolinowej (niski poziom u heterozygot) – opóźnienie
umysłowe, cecha recesywna

2. Hiperprolinemia typu II

- blok dehydrogenazy

semialdehydo-glutaminianowej (u heterozygot brak
hiperprolinemii)

Arginina

cytrulina + NO

NO syntaza (NOS)

6 aminokwas

6 aminokwas

ó

ó

w tworzy

w tworzy

pirogronian

pirogronian

L- Treonina

L-glicyna

L-seryna L-Cystyna

L-Alanina

pirogronian

L-Cysteina

Acetylo-CoA

Katabolizm glicyny, seryny i

Katabolizm glicyny, seryny i

alaniny

alaniny

(

(

aminokwasy

aminokwasy

glukogenne

glukogenne

)

)

Katabolizm alaniny i glicyny

Katabolizm alaniny i glicyny

(

(

aminokwasy

aminokwasy

glukogenne

glukogenne

)

)

aminotransferaza

PLP

Główny szlak rozpadu glicyny

Przemiana cystyny w cystein

Przemiana cystyny w cystein

ę

ę

Człowiek wydala 20-30 mmoli siarki organicznej na dobę w
postaci

siarczanów

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

Cysteiny

Cysteiny

2 szlaki:

1.

Bezpo

ś

rednie utlenianie (wymaga obecno

ś

ci

Fe

2+

i NADH

)

2.

Szlak transaminacji

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

Cystyny

Cystyny

-

-

bloki metaboliczne

bloki metaboliczne

1. Cystynuria

– 30 krotny wzrost stężenia cystyny w

moczu. Złogi cystynowe w nerkach.

2. Cystynoza

–

zaburzenia funkcji lizosomów

-

choroba spichrzowa, kryształy cystyny odkładają się
w narządach i tkankach. Zgon we wczesnym wieku z
powodu niewydolności nerek.

3. Homocystynuria

– 4 wady metaboliczne –

1)

zakrzepica, osteoporoza, zmiękczenie soczewek,

opóźniony rozwój umysłowy. Wcześnie rozpoznana –
leczenie dietą z niską zawartością metioniny a dużą
cysteiny

2)

trzy pozostałe to zaburzenia remetylacji

12 aminokwas

12 aminokwas

ó

ó

w tworzy

w tworzy

Acetylo

Acetylo

-

-

CoA

CoA

Acetylo

Acetylo

-

-

CoA

CoA

Ile

Leu

Trp

pirogronian

Acetoacetylo-CoA

Leu

Lys

Phe

Tryp

Tyr

Dekarboksylacja oksydacyjna

Dekarboksylacja oksydacyjna

pirogronianu

pirogronianu

Kompleks dehydrogenazy

Kompleks dehydrogenazy

pirogronianowej

pirogronianowej

Katabolizm

Katabolizm

fenyloalaniny

fenyloalaniny

i tyrozyny

i tyrozyny

1.

Hydroksylacja

fenyloalaniny

tworzy tyrozyn

ę

2.

5

kolejnych reakcji

przekształca

tyrozyn

ę

w

fumaran

i

a

cetooctan

3.

Brak hydroksylazy

fenyloalaninowej – blok
metaboliczny –

FENYLOKETONURIA

4.

FENYLOKETONURIA =

Dieta niskofenyloalaninowa
do

6 roku

ż

ycia!!!!!

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

tyrozyny

tyrozyny

-

-

bloki metaboliczne

bloki metaboliczne

1. Tyrozynemia typu I:

a) ostra – biegunka, wymioty, brak

prawidłowego wzrostu – dzieci dożywają 6-8 miesięcy
b) przewlekła – łagodniejszy przebieg - dzieci dożywają
10 lat. Zapobieganie –

dieta nisko tyrozynowa i

fenyloalaninowa

2. Tyrozynemia typu II:

zwiększenie stężenia tyrozyny w

osoczu. Uszkodzenie wzroku i skóry, umiarkowany
niedorozwój umysłowy.

3. Tyrozynemia noworodków:

dieta ubogo białkowa

4. Alkaptonuria –

autosomalna cecha recesywna. Opisana

w 1859 r. Ciemnienie moczu na powietrzu, zapalenie
stawów

Katabolizm L

Katabolizm L

-

-

Lizyny

Lizyny

ś

aden

azot

lizyny nie uczestniczy w transaminacji

!!!

Biosynteza kreatyniny

Biosynteza kreatyniny

–

–

katabolizm argininy

katabolizm argininy

Biosynteza

Biosynteza

glutationu

glutationu

Katabolizm Tryptofanu

Katabolizm Tryptofanu

-

-

bloki metaboliczne

bloki metaboliczne

-

Choroba Hartnupa

– dziedziczny blok metaboliczny,

wysypka skórna, ataksja mó

ż

d

ż

kowa,

upo

ś

ledzenie umysłowe

- Niedobór

wit. B6

– niewydolno

ść

katabolizmu

Biosynteza Amin Biogennych

Biosynteza Amin Biogennych

1. Przez katabolizm tryptofanu

TPH –

hydrolaza tryptofanu

DHPR –

reduktaza dihydropterydyny

H

2

B –

dihydropterydyna

H

4

B –

tetrahydropterydyna

5HT –

5-hydroksytryptofan

AADC –

dekarboksylaza aminokwasów aromatycznych

SNA –

N-acetylaza serotoniny

HOMT –

metylotransferaza hydroksyindolu

H

4

B

H

2

B

Biosynteza Amin Biogennych

Biosynteza Amin Biogennych

2. Przez katabolizm tyrozyny

Biosynteza Amin Biogennych

Biosynteza Amin Biogennych

3. Przez katabolizm histydyny

-

Aminy biogenne

z wyj

ą

tkiem

HISTAMINY

podnosz

ą

ci

ś

nienie

t

ę

tnicze krwi!

Zarys

Zarys

metabolizmu

metabolizmu

bia

bia

ł

ł

ek

ek

Wykorzystano:

Wykorzystano:



Cytobiochemia, L.
Kłyszejko-Stefanowicz,
PWN 1998



Biochemia Harpera, red.
R. Murray, PZWL 1998



Biochemia- krótkie
wykłady, B. Hames, M.
Hooper, PWN 2006



Ć

wiczenia z biochemii,

red. L. Kłyszejko-
Stefanowicz, PWN 2005