Wstęp.

Aminokwasy są podstawowym elementem budującym białka Większość białek zawiera 20 L - alfa - aminokwasów, lub też ich pochodne. Źródłami metabolicznymi aminokwasów są: trawienie w układzie pokarmowym, rozkład białek wewnątrzkomórkowych, degradacja białek pozakomórkowych oraz biosynteza aminokwasów.

Różnica między całym azotem dostarczonym, a azotem wydalonym to bilans azotowy. Dodatni bilans azotowy to sytuacja w której organizm przyjmuje więcej azotu niż wydala. Jest on charakterystyczny dla kobiet ciężarnych i dorastających dzieci.

Zdrowi dorośli zachowują równowagę azotową.

Ujemny bilans wykazują natomiast osoby z zaawansowanym rakiem, chorzy po operacjach, lub osoby nie mogące przyjmować białka dostatecznej jakości (kwashiorkor, maramus).

Biosynteza aminokwasów

Rośliny i mikroorganizmy mogą syntezować wszystkie 20 podstawowych aminokwasów. Ssaki natomiast część z nich (aminokwasy egzogenne) muszą otrzymywać w pożywieniu.

Pierwszym etapem syntezy aminokwasów jest wiązanie azotu znajdującego się w powietrzu do NH3. Do przeprowadzenia tej reakcji zdolne są mikroorganizmy, na przykład bakterie Rhisobium, atakujące korzenie roślin motylkowych. Tę podstawową reakcję przeprowadza kompleks nitrogenazy składający się z dwóch białek: Reduktazy dostarczającej elektrony o dużym potencjale redukcyjnym a także nitrogenazy wykorzystującej te elektrony do redukcji N2 do NH3. Redukcja N2 do Nh3 zachodzi dzięki przeniesieniu sześciu elektronów. Jako że reduktaza jest niedoskonała razem z powstaniem cząsteczki NH3 powstaje też cząsteczka H2. Dlatego też proces zwykle wymaga udziału 8 elektronów.

Powstały jon amonowy zostaje wprowadzony na glutaminę w wyniku czego powstaje glutaminian. Proces ten jest możliwy jest dzięki działaniu syntetazy glutaminowej i wymaga dostarczenia energii.

Szkielety węglowe aminokwasów pochodzą ze związków pośrednich glikolizy, toru pentozo fosforanowego lub cyklów kwasu cytrynowego. Aminokwasy można podzielić na sześć rodzin biosyntetycznych w zależności od metabolitu z którego się wywodzą:

- rodzina glutaminianu

- rodzina asparginianu

- rodzina seryny

- rodzina pirogronianu

- rodzina aminokwasów aromatycznych

- rybozo pento fosforan

Aminokwasy endogenne syntezowane są w prostych reakcjach. Na przykład Alanina i Asparginian syntezowane są w reakcjach jednostopniowych z pirogronianu i szczawiooctanu.

U ssaków w obu reakcjach donorem azotu jest glutaminian, nie jak u mikroorganizmów NH3. Przeniesienie amoniaku do właściwego aminokwasu następuje w wyniku reakcji transaminacji którą szerzej omówię przy opisywaniu katabolizmu aminokwasów.

Rozkład aminokwasów

Aminokwasy nie mogą być magazynowane, a białka stale ulegają odnowie w związku z czym aminokwasy będące w nadmiarze są ciągle rozkładane. Początkowo następuje odłączenie grupy alfa - aminowej, a pozostały szkielet węglowy jest kierowany do jednego lub kilku głównych szlaków metabolicznych. Szkielety węglowe 20 podstawowych aminokwasów są kierowane tylko do siedmiu cząsteczek:

- pirogronianu

- alfa-ketoglutaranu

- bursztynylo-CoA

- fumaranu

- szczawiooctanu

- acetylo-CoA

- acetoacetylo-CoA

Aminokwasy glukogenne - takie których szkielety mogą brać udział w syntezie glukozy.

Aminokwasy ketogenne - te które biorą udział w powstawaniu ciał ketonowych.

Aacetylo-CoA i Acetoacetylo-CoA biorą również udział w syntezie tłuszczów.

Zanim szkielet węglowy aminokwasów zostanie przekształcony do głównych metabolitów pośrednich, grupa alfa - aminowa musi zostać odłączona w procesie transaminacji. W wyniku tego procesu grupy alfa - aminowe większości aminokwasów zostają przeniesione na alfa - ketoglutaran, co prowadzi do powstania glutaminianu i odpowiedniego alfa - ketokwasu.

Alfa - aminokwas + alfa - ketoglutaran = alfa - ketokwas + glutaminian

Enzymy katalizujące tę reakcję są nazywane aminotrasferazami (transaminazami) i u ssaków występują głównie w wątrobie.

Podstawowe trzy aminotransferazy to:

- aminotransferaza alaninowa - katalizuje przejście grupy aminowej z alaniny na alfa ketoglutaran

- aminotranseraza asparaginowa - katalizuje przejście grupy aminowej z asparginianu na alfa ketoglutaran

- aminotransferaza glutaminianowa - katalizuje przejście grupy aminowej z glutaminianu na alfa ketokwas.

Koenzymem - grupą prostetyczną wszystkich aminotransferaz jest fosforan pirydoksalu, pochodna pirydoksyny (witamina B6). Występuje on w miejscu katalitycznym wszystkich transaminaz. We wszystkich reakcjach aminokwasów zależnych od fosforanu pirydoksalu wstępnym etapem jest tworzenie związku pośredniego - zasady Schaffa - połączonego z enzymem. Podczas transaminacji przyłączony koenzym służy do przenoszenia grup aminowych.

Jony amonowe powstają w procesie oksydacyjnej deaminacji glutaminianu. Azot z aminokwasów mogących ulegać transaminacji jest gromadzony w glutaminianie, ponieważ może on ulegać deaminacji oksydacyjnej ze znaczną szybkością.

Grupy alfa - aminowe, które były kierowane do glutaminianu z innych aminokwasów są następnie przekształcane w amoniak pod wpływem dehydrogenazy glutaminianowej. Enzym ten działa zarówno z NAD+ jak i z NADP+. W biosyntezie koenzymem jest NADP+, natomiast podczas rozkładu tego aminokwasu działa NAD+.

Aktywność dehydrogenazy regulowana jest przez stężenie związków wysokoenergetycznych. Zmniejszenie stężenia tych związków przyśpiesza utlenianie aminokwasów.

W organizmach kręgowców lądowych jony amonowe ulegają dalszym przemianą tworząc mocznik i w tej postaci są wydalane.

---