metabolizm białek, pula�, itp

55. Przemiany puli aminokwasów.

Skład puli ulega ciągłej wymianie - jedne aminokwasy są wbudowywane w białka lub ulegają utlenieniu i znikają z puli, a inne są uwalniane z rozpadających się białek komórkowych i wchodzą do puli, wspólnie z aminokwasami wchłoniętymi z przewodu pokarmowego, a pochodzącymi z białek pożywienia oraz białek endogennych, rozłożonych przez enzymy trawienne. Wymianie takiej podlega w ciągu doby średnio 80-100g białek endogennych i jest ona najbardziej nasilona w błonie śluzowej jelita, a praktycznie zerowa w kolagenie. Aminokwasy powstające z rozłożenia białek endogennych są identyczne z aminokwasami z białek pokarmowych. Można powiedzieć, że aminokwasy „przepływają” jakby przez wolną ich pulę w organizmie. Tempo tego przepływu to u człowieka 4g/ kg masy ciała/ 24godz. U człowieka okres półtrwania poszczególnych aminokwasów w ich wolnej puli jest bardzo zmienny i np. dla leucyny w mięśniu wynosi ok. 45 minut a dla lizyny ok. 10 godzin; w wątrobie wartości te są wielokrotnie mniejsze. Można przyjąć, że w ciągu doby w organizmie człowieka wymianie ulega ok. 5% białek. Niewielka ilość białek na każdym etapie życia jest tracona w postaci włosów, złuszczającego się nabłonka, potu oraz z kałem i moczem. Wszystkie te straty pokrywane są dzięki syntezie z puli aminokwasowej.

Transaminacja - przekształcenie jednego aminokwasu w odpowiedni keto kwas z jednoczesnym przekształceniem innego ketokwasu w aminokwas. Transaminacji nie ulegają lizyna, treonina i prawdopodobnie histydyna

Oksydacyjna deaminacja zachodzi w wątrobie. Powstający po usunięciu jonu wodorowego aminokwas jest hydrolizowany do odpowiedniego ketokwasu z równoczesnym wytworzeniem NH4, który pozostaje w równowadze z NH3. Może on także być przyłączany przez aminokwasy, w wyniku czego powstają odpowiednie amidy. Odwrotna reakcja zachodzi w nerkach, gdzie NH4 jest przekształcany do wydzielanego do moczu NH3. W moczu NH3 reaguje z jonami wodorowymi, tworząc NH4 , co umożliwia wydzielenie z moczem większej ilości wodoru. Leucyna, izoleucyna, fenyloalanina i tyrozyna to aminokwasy ketogenne, bo mogą być przekształcane w acetooctan (ciało ketonowe). Alanina i wiele innych to glukogenne.

Większość NH4 powstającego w wątrobie jest przekształcana w wydalany z moczem mocznik. Jon NH4 tworzy karbamoilofosforan, który po przekształceniu w mitochondriach do ornityny tworzy cytrulinę. Po przekształceniu cytruliny do argininy dochodzi do odszczepienia mocznika i odtworzenia ornityny (cykl mocznikowy).

Puryny i pirymidyny (nukleozydy) powiązane z rybozą są składnikami koenzymów, DNA i RNA. Dostarczane z dietą kwasy nukleinowe ulegają strawieniu a ich składowe - puryny i pirymidyny- wchłanianiu, ale przeważająca część puryn i pirymidyn jest syntetyzowana z aminokwasów, głównie w wątrobie. Następnie dochodzi do syntezy nukleotydów, RNA i DNA. RNA jest w dynamicznej równowadze z pulą aminokwasów, a raz wytworzony DNA jest metabolicznie stabilny przez całe życie. Puryny i pirymidyny uwalniane podczas rozpadu mogą być ponownie wykorzystane dosyntezy kwasów nukleinowych lub katabolizowane. Mniejsze ich ilości są wydzielane w postaci niezmienionej z moczem. Pirymidyny są katabolizowane do CO2 i NH3, a puryny są przekształcane w kwas moczowy.

Kwas moczowy powstaje m.in. w wyniku degradacji puryn.

0x08 graphic

Transaminacja, aminacja, deaminacja to wspólna pula metaboliczna

5 tez związanych z pulą wolnych aminokwasów:

A wolne aminokwasy przedstawiają mały ułamek wszystkich aminokwasów znajdujących się w organizmie,

B większość wolnych grup aminowych należy do czterech aminokwasów: alaniny, kwasu glutaminowego, glutaminy i glicyny,

C połowa lub więcej puli każdego z wolnych aminokwasów znajduje się w mięśniach szkieletowych,

D stężenie aminokwasów, zwłaszcza nie niezbędnych jest większe w komórkach aniżeli w osoczu krwi,

E względne ilości różnych wolnych aminokwasów pozostają w niewielkim związku z przeciętnym składem białek tkankowych czy białek pożywienia, ani też ze znanym nam zapotrzebowaniem organizmu na aminokwasy niezbędne.

Aminokwasy mogą być użyte jako materiał do budowania białek i innych cząsteczek, lub też - po utlenieniu do mocznika, wody i dwutlenku węgla - jako źródło energii. Proces oksydacji zaczyna się od usunięcia grupy aminowej podczas transaminacji. Wchodzi ona w cykl mocznikowy, pozostawiając szkielet węglowy w postaci ketokwasu. Niektóre z tych kwasów pełnią później różne role w cyklu kwasu cytrynowego, na przykład deaminują glutaminian - kwas alfa-ketoglutarowy^]. Aminokwasy glukogenne mogą również przekształcić się w glukozę w procesie glukoneogenezy.

Białka

Poszczególne organizmy mogą różnić się pod względem umiejętności syntezy 20 podstawowych aminokwasów. Większość bakterii i rośliny może syntezować wszystkie z nich, jednak ssaki posiadają zdolność syntezy jedynie 10. Pozostałe 10 aminokwasów, niezbędnych dla funkcjonowania organizmu, musi być dostarczane wraz z pożywieniem. Wszystkie one powstają dzięki procesom glikolizy, cyklu kwasu cytrynowego lub szlaku pentozofosforanowego. Azot dostarczany jest przez kwas glutaminowy i glutaminę. Synteza aminokwasów uzależniona jest od uformowania się odpowiednich cząsteczek alfa-ketokwasów, przechodzących w aminokwasy po transaminacji.

Aminokwasy przechodzą w białka w procesie łączenia ich wiązaniami peptydowymi w łańcuchy. Każde białko posiada unikalną sekwencję aminokwasów. Aminokwasy przed połączeniem muszą zostać aktywowane poprzez połączenie z cząsteczką tRNA za pomocą wiązania estrowego. Aminoacyl-tRNA powstaje w zależnej od ATP reakcji katalizowanej przez enzym - syntazę aminoacylu tRNA^[81]. Ten aminoacyl-tRNA jest następnie włączany do powstającego łańcucha białkowego według informacji zawartej w mRNA^[82].

Synteza i utylizacja nukleotydów.

Nukleotydy powstają z aminokwasów, dwutlenku węgla i kwasu mrówkowego w procesach wymagających dużej ilości energii metabolicznej^[83]. Z tego powodu większość organizmów wykształciła mechanizmy powtórnego wykorzystywania nukleotydów^[83]^[84]. Puryny syntezowane są tak jak nukleozydy. Zarówno adenina, jak i guanina powstają z pierwotnego nukleozydu inozyny, tworzonego z aminokwasów glicyny i glutaminy oraz kwasu asparaginowego i jonów mrówczanowych pochodzących z koenzymu tetrahydrofolianu. Pirymidyny zaś syntezowane są z kwasu orotowego, który powstaje z glutaminy i kwasu asparaginowego^[85].

Biosynteza aminokwasów - procesy biochemiczne, zachodzące w organizmie, prowadzące do powstania aminokwasów. Aminokwasy, które organizm jest w stanie zsyntetyzować, zwane są aminokwasami endogennymi. Szlaki biosyntezy aminokwasów różnią się w zależności od aminokwasu i od organizmu. Wszystkie aminokwasy biogenne, w zależności odmetabolitu pośredniego, z którego się wywodzą, można podzielić na 6 grup:

Aminokwasy powstające z α-ketoglukaranu, który pochodzi z cyklu kwasu cytrynowego. Do tej grupy należy tzw. rodzina glutaminianu. W jej skład wchodzi glutaminian oraz wywodzące się z niego: glutamina, prolina i arginina.
Aminokwasy powstające ze szczawiooctanu, który pochodzi z cyklu kwasu cytrynowego. Do tej grupy należy tzw. rodzina asparaginianu. W jej skład wchodzi asparaginian, wywodzące się z niego: asparagina, metionina, treonina i lizyna oraz izoleucyna, powstająca z treoniny.
Aminokwasy powstające z 3-fosfoglicerynianu, który pochodzi z glikolizy. Do tej grupy należy tzw. rodzina seryny, w skład której wchodzi seryna oraz wywodzące się z niej cysteina iglicyna.
Aminokwasy powstające z pirogronianu, który pochodzi z glikolizy. Do tej grupy należy tzw. rodzina pirogronianu, w skład której wchodzi alanina, walina i leucyna.
Aminokwasy powstające z fosfoenolopirogronianu, pochodzącego z glikolizy i erytrozo-4-fosforanu, pochodzącego ze szlaku pentozofosforanowego. Do tej grupy należy tzw. rodzina aminokwasów aromatycznych, w skład której wchodzi fenyloalanina, tyrozyna i tryptofan.
Aminokwas, powstający z rybozo-5-fosforanu, pochodzącego ze szlaku pentozofosforanowego. Aminokwasem tym jest histydyna.

Cykl ornitynowy, zwany też cyklem mocznikowym lub mocznikowym cyklem Krebsa - cykl przemian biochemicznych (reakcji enzymatycznych) trzech aminokwasów: ornityny,cytruliny i argininy prowadzący do powstania mocznika.

Na powstawanie mocznika w organizmach zwierzęcych po raz pierwszy zwrócił uwagę Marceli Nencki, natomiast przebieg jego syntezy (powstawania) przedstawił Hans A. Krebs w 1932roku.

Przebieg cyklu [edytuj]

Do cyklu wprowadzany jest karbamoilofosforan powstały z amoniaku i dwutlenku węgla. Cykl przebiega w mitochondriach i cytoplazmie komórek wątroby (hepatocytów) i wymaga dostarczenia energii w postaci ATP, a jego produktem końcowym jest mocznik.

Reakcje zużywania aminokwasów rozpoczynają się od odłączenia grupy aminowej w procesie deaminacji. Produktami tych reakcji są łańcuchy węglowe (tzw. ketokwasy) oraz jon amonowy. W komórkach człowieka łańcuchy węglowe po przemianach mogą być włączone w glikolizę lub do cyklu Krebsa. Jon amonowy jest silnie toksyczny. W organizmie człowieka jest więc szybko przekształcany w substancję mniej toksyczną i dobrze rozpuszczalną w wodzie - mocznik. W ciągu doby człowiek wydala średnio kilkanaście gramów mocznika w postaci stężonego moczu.

W rzeczywistości w komórkach zużycie większości aminokwasów rozpoczyna się od przeniesienia reszty aminowej (-NH₂) (reakcja transaminacji) z rozkładanego aminokwasu na jedną z dwóch cząsteczek: glutaminian lub pirogronian. Ten pierwszy przekształca się wówczas w glutaminę, drugi w alaninę. Aminokwasy te są wydzielane do krwi i wędrują do wątroby. W komórkach wątroby glutamina ulega deaminacji, a powstający jon amonowy natychmiast przetwarzany jest w tak zwany karbamylofosforan. Ten włączony jest do cyklu mocznikowego (ornitynowego). Zachodzi częściowo w cytoplazmie, częściowo w mitochondrium, gdzie sprzężony jest z cyklem Krebsa. Cykl mocznikowy jest silnie endoergiczny - do wytworzenia 1mola mocznika zużywane są 4 mole wiązań wysokoenergetycznych.

Mocznik z krwią wędruje do nerek, gdzie jest wydalany. Tak więc nadmiar azotu z aminokwasów jest usuwany przez cykl ornitynowy. Inaczej przedstawia się rozkład nadwyżki zasad azotowych. W komórkach człowieka puryny przekształcane są w kwas moczowy, pirymidyny natomiast są rozkładane do mniejszych cząsteczek, które następnie są włączane do szlaków podstawowych.

kreatyna

Wydalanie z moczem

Pula aminokwasowa

pokarm

aminacja

Puryny i pirymidyny

Białka ustrojowe

transaminacja

Hormony i neurotransmittery

deaminacja

Białka nieaktywne, np. włosy

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Metabolizm białek i aminokwasów
2011.10.28 - Metabolizm bialek, Fizjologia człowieka, wykłady
metabolizm bialek i aminokwasow TEST
Wykład VIII Metabolizm białek
metabolizm bialek i aminokwasow TEST
BIOCHEMIA Metabolizm aminokwasów i białek
metabolizm aminokwasów i białek, Biologia, Biochemia
3 Metabolizm Przemiana białek
Przykłady roli biologicznej białek
Metabolizm kkw tł stud
Właściwości fizykochemiczne białek
1 Przyswajanie białek przez organizmid 8658 ppt

więcej podobnych podstron