2013-01-16

1

ZWIĄZKI AZOTOWE

AMINOKWASY

•

Losy azotu białkowego – deaminacje, transaminacje
(transdeaminacja), cykl mocznikowy, Glu, Gln, Ala,

•

Gluko- i ketogenność szkieletów węglowych; aminokwasy
endogenne

•

witaminy (koenzymy) niezbędne w metabolizmie tej grupy
związków

•

przemiany wybranych aminokwasów (aminokwasy siarkowe –
metionina, cysteina; seryna (jednostki 1C), glicyna; arginina;
aminokwasy aromatyczne – fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan

•

schorzenia związane z metabolizmem aminokwasów – „choroba
syropu klonowego”, metylomalonyloaciduria, fenyloketonuria,
alkaptonuria, albinizm, schorzenie Harnupta

Większość roślin i bakterii

Tylko bakterie

azotowe

Wszystkie organizmy

Aminokwasy

Nukleotydy

Aminocukry

Porfiryny

Białka

DNA RNA

Heteropolisa-

charydy

Fosfolipidy

Nitrosomonas

Nitrobacter

Energia

Energia

Białka powstają i ulegają degradacji.

W organizmie zdrowego dorosłego człowieka

szybkość syntezy równoważy szybkość degradacji.

Białka diety

~100g dziennie

Białka

ustrojowe

~400g dziennie

Synteza

aminokwasów
endogennych

Białka ustrojowe
~400g dziennie

Pula aminokwasów ~100g

Synteza: porfiryn,
kreatyny,puryn, pirymidyn,
neurotransmiterów i innych
związków zawierających azot

Glukoza,

glikogen

ciała ketonowe,steroidy,
kwasy tłuszczowe,

CO

2

Aminokwasy mogą być

wykorzystywane jako źródło energii

BILANS AZOTOWY

– ilość azotu

otrzymywanego z dietą porównywana jest

z ilością azotu wydalanego z ustroju.

RÓWNOWAGA

charakteryzuje

zdrowe, dorosłe dobrze odżywiane

organizmy; (tylko ~75% AA z białek

organizmu jest reutylizowane do syntezy

nowych białek ustroju; pozostałe ~25%

jest wykorzystywane do syntezy innych

związków azotowych lub utleniane; białka

diety równoważą braki).

2013-01-16

2

Dodatni

bilans azotowy

– więcej

azotu zatrzymywane niż wydalane
w wyniku nasilenia procesów
wzrostowych oraz regeneracji tkanek
po urazach, chorobach itp.
Charakterystyczny dla dojrzewania
i rozwoju w dzieciństwie i młodości.

Ujemny

bilans azotowy

– więcej

azotu jest wydalane niż pobierane

z dietą; występuje przy niedożywieniu

lub wyniszczających chorobach

(nowotwory, rozległe oparzenia itp.)

Organizm zużywa więcej aminokwasów

z degradowanych białek ustroju dla

uzyskania energii oraz uzupełniania

brakujących aminokwasów egzogennych

(niezbędnych)

Aminokwasy

syntetyzowane

w ustroju

ludzkim

Aminokwasy

niezbędne

w diecie

człowieka

Alanina

Arginina

Asparagina

Histydyna

Asparaginian

Izoleucyna

Cysteina

Leucyna

Glutaminian

Lizyna

Glutamina

Metionina

Glicyna

Fenyloalanina

Prolina

Treonina

Seryna

Tryptofan

Tyrozyna

Walina

*

są syntetyzowane w komórkach

ssaków, ale w ilości niewystarczającej

*

Cys i Tyr są niezbędne tak długo, jak

długo Met i Phe są dostarczane w
diecie

Aminokwasy

egzogenne

(niezbędne)

(muszą być dostarczane w diecie)

vs.

aminokwasy

endogenne

(są syntetyzowane w organizmie człowieka)

Kwashiorkor (niedożywienie białkowe)

-

choroba powodowana tak niedoborem ilościowym, jak i
jakościowym pożywienia (

białko

,

witaminy

,

pierwiastki

śladowe

), dotycząca najczęściej dzieci w ubogich

krajach.

Niedobory żywieniowe zaburzają

syntezę enzymów

,

niedostateczna

podaż aminokwasów

prowadzi do zmian

funkcji a potem i struktury narządów wewnętrznych,
wtórnie także do zaburzeń gospodarki wodno-
elektrolitowej i układu odpornościowego.

Cierpiący na kwashiorkor jest osłabiony, apatyczny,
zanik tkanki tłuszczowej i mięśni mogą być maskowane

obrzękami

, szczególnie

brzucha

. Laboratoryjnie można

wykazać przewodnienie hipotoniczne, ubytki
pierwiastków śladowych…..

2013-01-16

3

Pokarm

żołądek

trzustka

Jelito
cienkie

KREW

Aminokwasy

białko

Peptydy

aminopeptydazy

Amino
kwasy

K-ki nabłonka jelita

aminopeptydazy

pepsyna

chymotrypsyna

karboksypeptydazy

trypsyna

elastaza

N-koniec

C-koniec

di-i tri-
peptydazy

Proteoliza

białek

pokarmowych

TRAWIENIE BIAŁEK w PRZEWODZIE POKARMOWYM

śOŁĄDEK –

HYDRATACJA, HOMOGENIZACJA,

DENATURACJA (pH < 2), HYDROLIZA ENZYMATYCZNA

PEPSYNA

(PEPSYNOGEN)

PROTEAZY syntetyzowane są w POSTACI

NIEAKTYWNYCH PROENZYMÓW –

ZYMOGENÓW

-

KTÓRE ULEGAJĄ AKTYWACJI POPRZEZ

PROTEOLITYCZNE USUNIĘCIE FRAGMENTU ICH

ŁAŃCUCHA POLIPEPTYDOWEGO

CHYMOTRYPSYNOGEN

ENTEROPEPTYDAZA

CCK

NABŁONEK JELITOWY

TRAWIENIE BIAŁEK w PRZEWODZIE POKARMOWYM

TRZUSTKA –

WYDZIELANIE PROPEPTYDAZ –

Enterokinaza

jelitowa -

KLUCZOWA ROLA

TRYPSYNY

W AKTYWACJI ZYMOGENOWEJ

W ŚWIETLE JELITA

(proteolityczne usunięcie fragmentu łańcucha polipeptydowego)–

CHYMOTRYPSYNA, ELASTAZA, KARBOKSYPEPTYDAZY

NABŁONEK JELITOWY –

AMINOPEPTYDAZY, DIPEPTYDAZY

PRODUKTEM DZIAŁANIA PROTEAZ i PEPTYDAZ PRZEWODU

POKARMOWEGO jest MIESZANINA

aminokwasów oraz

di- i tripeptydów wchłanianych przez nabłonek jelitowy.

2013-01-16

4

Ułatwiona

dyfuzja

Aktywny
transport

ATPaza Na

+

/K

+

Ś

wiatło jelita: 0.14 M

Komórki nabłonka: 0.03 M

Kapilary: 0.14 M

aminokwas

aminokwas

aminokwas

ŚWIATŁO

JELITA

śyła wrotna

Wchłanianie aminokwasów

Dyfuzja ułatwiona

Wchłanianie aminokwasów w jelicie

System transportu

Transportowane aminokwasy

Zaburzenia

aminokwasów
„obojętnych”

choroba Hartnupów

aminokwasów
dwuzasadowych

aminokwasów
dwukarboksylowych

glicyny i iminokwasów

*

**

*niacyna **penicylamina

W komórkach eukariotycznych występują dwa podstawowe

systemy degradacyjne białek - lizosomalny i pozalizosomalny

.

Szlak lizosomalny

-

proteazy lizosomalne

(katepsyny)
-

kwaśne środowisko

-

degradowane są białka

zewnątrzkomórkowe, dostające

się do komórek na przykład

podczas endocytozy,

-

Białka wewnątrzkomórkowe,

jeśli komórka poddana jest

silnemu stresowi, np. podczas

głodzenia.

Szlak pozalizosomalny

-

zależny od ATP szlak ubikwityna/proteasom,

-

funkcjonuje w cytozolu, mitochondriach, siateczce

endoplazmatycznej, aparacie Golgiego, w jądrach

komórkowych, w bł. plazmatycznych

-

Degradowane są oprócz białek strukturalnych i

konstytutywnych, enzymy regulujące szlaki

biosyntetyczne, białka regulujące przebieg cyklu

komórkowego, wiele czynników transkrypcyjnych,

białek kodowanych przez onkogeny i geny

supresorowe czy też białek biorących udział w

odpowiedzi immunologicznej.

Wewnątrzkomórkowa degradacja białek

Kompleks proteasomu reguluje “obrót” wielu bia

łek wewnątrzkomórkowych pełniących

kluczową rolę w regulacji cyklu komórkowego, apoptozy, angiogenezy i ekspresji moleku

ł

adhezyjnych.

Próby wykorzystania inhibitorów aktywno

Próby wykorzystania inhibitorów aktywno

Próby wykorzystania inhibitorów aktywno

Próby wykorzystania inhibitorów aktywności proteasomów w terapii nowotworów.

ci proteasomów w terapii nowotworów.

ci proteasomów w terapii nowotworów.

ci proteasomów w terapii nowotworów.

Katabolizm aminokwasów wchłanianych przez żyłę wrotną do wątroby

1. Po wchłonięciu w jelicie aminokwasy transportowane

są żyłą wrotną do wątroby.

2. Wątroba jest głównym miejscem metabolizmu

szkieletu węglowego i azotu aminokwasów oraz jest
organem najbardziej zaangażowanym w syntezę
i katabolizm aminokwasów.

3. Azot aminokwasowy w znacznej części

usuwany jest przez enzymy wątrobowe
w reakcjach transaminacji lub
w reakcjach, których produktem
jest amoniak - deaminacje.

2013-01-16

5

DEAMINACJA AMINOKWASÓW

Dehydrataza serynowo-treoninowa

Seryna

pirogronian

treonina

alfa-ketomaślan

H

2

O

•

Deaminacja nieoksydacyjna

OKSYDAZY D- i L-AMINOKWASÓW

(L-) FAD

KATALAZA

FADH

2

(FADH

2

)

FMN

FMNH

2

FMNH

2

FMN

•

Deaminacja oksydacyjna

GLIOKSALAN

SZCZAWIAN

GLICYNA

OKSYDAZA

D-AMINOKWASÓW

Szczawiany wapnia stanowią około 70% tzw. „kamieni
nerkowych”, złogów mineralnych powstających w
miedniczkach i kielichach nerkowych, które w
mniejszym lub większym stopniu blokują drożność dróg
moczowych oraz wywołują bardzo silne bóle (kolka
nerkowa).

Zaburzony metabolizm wapnia – wzrost stężęnia w krwi;
odwodnienie; dieta bogata w szczawiany (niektóre jarzyny, owoce)

Dehydrogenaza glutaminianowa

(inny sposób oksydacyjnej deaminacji)

Jest to bardzo ważna reakcja metabolizmu azotu

glutaminian

a-ketoglutaran

2013-01-16

6

Aminotranferaza

TRANSAMINACJA

---- Wszystkie aminokwasy z

wyjątkiem: lizyny, treoniny, proliny i hydroksyproliny mogą być

substratami w

reakcjach transaminacji

.

Aminotransferaza alaninowa katalizuje przeniesienie grupy

aminowej na pirogronian (ALT, SGPT)

Aminotransferaza asparaginianowa katalizuje przeniesienie grupy

aminowej na szczawiooctan (AST, SGOT)

Aminotransferaza glutaminianowa – na α

α

α

α

-ketoglutaran.

Każda transaminaza jest specyficzna dla pary

substratów aminokwas-ketokwas.

L-α-aminokwas

α-ketokwas

Reakcje przebiegające z udziałem fosforanu pirydoksalu

lub fosforanu pirydoksaminy

Fosforan pirydoksalu

Fosforan pirydoks

aminy

Aminokwas

2- ketokwas

Koenzymem wszystkich aminotransferaz (transaminaz) jest

fosforan pirydoksalu, pochodna witaminy B

6

związek pośredni – zasada Schiffa

1.

Transaminacje (aminotransferazy)

2.

Dekarboksylacje (dekarboksylaza histydyny)

3.

Reakcje eliminacji przy węglu beta (dehydratazy seryny
i treoniny)

4.

Rozpad aldolowy (aldolaza fruktozo-bis-fosforanu)

5.

Donacja protonu (fosforylaza glikogenowa)

Aminotransferazy i glutaminian

Aminokwas

α

-ketokwas

α

α

α

α-ketoglutaran

glutaminian

Fosforan pirydoks

aminy

Fosforan pirydoksalu

2013-01-16

7

α

α

α

α

-aminokwas

α

α

α

α

-ketokwas

α

α

α

α

-ketoglutaran

glutaminian

Aminotransferaza

glutaminian

α

α

α

α

-ketoglutaran

Dehydrogenaza
glutaminianowa

A.

B.

Suma A i B reakcja transdeaminacji

Cytozol

Mitochondria

α

α

α

α-

ketoglutaran

glutaminian

Aktywowana

przez

ADP

i

GDP

Aktywowana

przez

ATP

i

GTP

Dehydrogenaza glutaminianowa jest enzymem allosterycznym

Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę glutaminianową

jest odwracalna

1. Jest to jedna z przyczyn toksyczności amoniaku

2. Umożliwia wprowadzenie grupy aminowanej do aminokwasów

syntetyzowanych endogennie

Wykorzystanie jonów amonowych:

1. Synteza glutaminianu i innych aminokwasów

2. Synteza glutaminy i nukleotydów

3. Synteza mocznika

glutaminian

α

α

α

α

-ketoglutaran

Dehydrogenaza
glutaminianowa

Reakcja katalizowana przez dehydrogenazę

glutaminianową jest odwracalna

2013-01-16

8

glutaminian

glutamina

Syntetaza

glutaminy

Regulacja katalitycznej aktywności syntetazy
glutaminowej – modyfikacja kowalencyjna:

-

adenylacja (reszty tyrozyny)

-

deadenylacja

adenylotransferaza

Regulacja katalitycznej aktywności adenylotransferazy
– modyfikacja kowalencyjna:

- urydylacja (reszty tyrozyny)
- deurydylacja

urydylotransferaza

Allosteryczna regulacja
katalitycznej aktywności
syntetazy glutaminowej

2013-01-16

9

Cykl mocznikowy

•Niezbędny dla usuwania azotu aminokwasowego

u zwierząt

•Zachodzi w wątrobie

•Reakcje rozdzielone są pomiędzy mitochondria

i cytoplazmę

Mitochondrialna

syntetaza karbamoilofosforanu I

aktywowana

jest przez

N-acetyloglutaminian

Wodorowęglan Karboksyfosforan Kwas karbaminowy

Karbamoilofosforan

HCO

3

-

+ NH

4

+

+ 2ATP →

karbamoilofosforan

+ 2ADP + P

i

Mocznik

Ornityna

Cytrulina

Asparaginian

Argininobursztynian

Fumaran

Arginina

Karbamoilo-

fosforan

Macierz

mitochondrium

Ornityna

Karbamoilofosforan

Cytrulina

Karbamoiltranferaza

ornitynowa

W macierzy mitochondrialnej hepatocytów

2013-01-16

10

Syntetaza

karbamoilo

fosforanu

Karbamoilotransfe

-raza ornitynowa

Arginaza

Syntetaza

argininobursztynianu

Liaza

argininobursztynianowa

Mocznik

Fumaran

H

Argininobursztynian

Arginina

Ornityna

Asparaginian

Cytrulina

4 ATP/ 1 mocznik

ASP

GLU

Cytosol

Koszt syntezy mocznika

2NH

4

+

+ HCO

3

-

+ 3ATP

4-

+ H

2

O →

→

→

→

Mocznik + 2 ADP

3-

+ 4 P

i

2-

+ AMP

2-

+ 5H

+

Cztery “wysokoenergetyczne wiązania

fosforanowe” są wykorzystywane do syntezy

mocznika, a z asparaginianu

powstaje fumaran

*

z fumaranu

może powstać szczawiooctan:

FUMARAN

JABŁCZAN

SZCZAWIOOCTAN

co wiąże się z powstaniem

NADH z NAD

+

używanego przez

DEHYDROGENAZĘ

JABŁCZANOWĄ

co może prowadzić do

wytworzenia

2.5 ATP

WYDALANIE AZOTU

Metabolit wydalany z moczem g/24 godz. % całkowitego

mocznik

jony amonowe

kreatynina

kwas moczowy

Regulacja intensywności cyklu mocznikowego

Doraźna

Aktywacja allosteryczna mitochondrialnej syntetazy

karbamoilofosforanu przez N-acetyloglutaminian.

Wzrost stężenia argininy stymuluje syntezę

N-acetyloglutaminianu.

Długotrwała

Dieta bogata w białko indukuje syntezę enzymów cyklu

mocznikowego. Dieta uboga w białko-odwrotnie.

2013-01-16

11

Glutamate

+

CPS-I

nie jest aktywna przy braku

N-acetyloglutaminianu

. Stężenie

N-acetyloglutaminianu zależy od
stężenia acetylo-CoA, glutaminianu
i

argininy

, która jest allosterycznym

aktywatorem syntetazy N-
acetyloglutaminianu.

CPS-I

+

!

N-acetyloglutaminian

Syntetaza N-acetyloglutaminianu

Karbamoilofosforan

Mocznik

glutaminian

Białka wewnątrzkomórkowe

Białka z pożywienia

Aminokwasy

Biosynteza

aminokwasów,

nukleotydów i amin

biogennych

karbamoilofosforan

Cykl

mocznikowy

Mocznik

wydalanie

azotu

aminokwasów

Szkielety węglowe

aminokwasów

α

α

α

α

-ketokwasy

Cykl kwasu

cytrynowego

Pomost

asparaginian

-arginino-

bursztynian

Szczawiooctan

Glukoza syntetyzowana

w glukoneogenezie

Gln i Ala są głównymi przenośnikami

azotu białkowego w organizmie

Glutamina

jest powszechnym przenośnikiem

azotu z większości tkanek

Alanina

jest wykorzystywana do

przenoszenia pirogronianu z mięśni do wątroby

celem wykorzystania jego szkieletu do syntezy

glukozy na drodze glukoneogenezy

(CYKL GLUKOZOWO-ALANINOWY)

Glukagon

stymuluje pobieranie Gln i Ala

oraz katabolizm aminokwasów w wątrobie

•

Podwyższony poziom

glukagonu

prowadzi do

zwiększonego wchłaniania AA przez wątrobę co
powoduje obniżenie ich stężenia w osoczu.

• Proteoliza białek mięśni nasila się w odpowiedzi
na zmniejszone stężenie krążących AA.

• Mięśnie są głównym źródłem azotu; miejsce
katabolizmu większości aminokwasów

2013-01-16

12

Alanina we krwi

Białka
mięśni

Wątroba

Glukoza we krwi

CYKL

GLUKOZOWO-ALANINOWY

Mocznik

Mięsień

Glutaminian

Alanina

Wątroba

Alanina

Pirogronian

glutaminian

Glutaminaza
(mitochondria
wątroby,nerki)

2013-01-16

13

Źródła jonów amonowych:

1. Transaminacje aminokwasów skojarzone z dehydrogenazą

glutaminianową (transdeaminacja)

2. Oksydazy aminokwasów

3. Hydroliza glutaminy w jelicie i nerkach

4. Rozpad glicyny przy udziale tetrahydrofolianu

5. Deaminacja puryn i pirymidyn

Stężenie jonów amonowych w osoczu: 10-20 µ

µ

µ

µ

g/dL

Uwaga! Jony amonowe są toksyczne!

Detoksykacje amoniaku

1.

Synteza glutaminianu

(aminotransferaza) i innych

aminokwasów

2.

Synteza glutaminy (syntetaza glutaminy)

i nukleotydów

3.

Synteza mocznika (cykl mocznikowy)

mózg

wątroba

NH

3

w większym stężeniu jest

bardzo toksyczny



Wpływa na pH krwi i płynu międzykomórkowego



Najpoważniejszy wpływ na OUN:

utrata energii

– spada poziom a-KG z powodu

syntezy Glu;

-spada poziom Glu w wyniku syntezy Gln;

utrata Glu

– ważny neurotransmiter

BIAŁKA EGZOGENNE
(DIETA) ~100g/DZIEŃ

BIAŁKA ENDOGENNE
~200-300g/DZIEŃ

PULA
AMINOKWASÓW

20-30mg/dL (KREW)

CIAŁA KETONOWE
KWASY TŁUSZCZOWE

ACETYLO-CoA

SZKIELETY WĘGLOWE
(C-SZKIELETY)

METABOLITY
GLIKOLIZY i
CYKLU KREBSA

GLUKOZA i GLIKOGEN

E
N
E
R
G
I
A

NH

3

MOCZNIK

20-30g/DZIEŃ

ZWIĄZKI AZOTOWE

PURYNY
PIRYMIDYNY
PORFIYNY
HORMONY
NEUROTRANSMITERY
FOSFOLIPIDY
KOENZYMY BARWNIKI
KREATYNA i inne

2013-01-16

14

TRYPTOFAN

ACETYLO

-CoA

CIAŁA
KETO-
NOWE

LEUCYNA

GLUTAMINAN
GLUTAMINA
HISTYDYNA
PROLINA
ARGININA

IZOLEUCYNA

ACETOOCTAN

OXALOACETATE

FUMARAN

BURSZTYNIAN

CYKL

KREBSA

α

α

α

α -KETO-
GLUTARAN

WALINA
METIONINA
TREONINA
IZOLEUCYNA

ASPARAGINIAN
ASPARAGINA

FENYLOALANINA
TYROZYNA

ASPARAGINIAN

GLUKOZA

PIROGRONIAN

LEUCYNA
LIZYNA

FENYLOALANINA
TYROZYNA

TRYPTOFAN
TREONINA
IZOLEUCYNA

ALANINA
GLICYNA
CYSTEINA
SERYNA
TREONINA

GLUKOGENNE

i

KETOGENNE

AMINOKWASY

PIROGRONIAN

SZCZAWIO

OCTAN

ALA

α

α

α

α -KETO

GLUTARAN

C

K

GLU

GLN

PRO

ARG

ASP

ASN

HIS

TRP

THR

ILE

LYS

MOCZNIK

FOSFO-

KREATYNA

GABA

GSH

FOLIAN

PUTRESCYNA

POLIAMINY

ORNITYNA

MOCZNIK

NUKLEOTYD Y

HOMOSERYN
A

3-FOSFOGLICERYNIAN

GLUKOZA

SER

GLY

CYS

MET

„

S

”

FH

4

*

MET

PHE

TYR

(2)

(6)

(3)

(7)

LEU, ILEU, VAL

LEU, ILEU, VAL

LEU, ILEU, VAL

LEU, ILEU, VAL

(5)

TRP

TRP

TRP

TRP

(4)

(1)

(6)

NO