Metabolizm białek

Ogólny schemat metabolizmu bialek

Trawienie białek i absorpcja aminokwasów w przewodzie
pokarmowym

w żołądku

–(

niskie pH ~2, rola HCl)- hydratacja, homogenizacja,

denaturacja białek i wstępna degradacja do mniejszych peptydów przez
pepsynę

w świetle jelita cienkiego

(pH ~7-8),

intensywna degradacja

oligopeptydów do krótkich peptydów i aminokwasów przez

endopeptydazy

(rozkład wiązania peptydowego wewnątrz łańcucha

polipeptydowego przez enzymy trzustkowe: trypsynę, chymotrypsynę) i

egzopeptydazy

(rozkład wiązań peptydowych z jednego lub drugiego

końca łańcucha polipeptydowego przez karboksypeptydazy,
aminopeptydazy, dipeptydazy)

wchłanianie aminokwasów

przez komórki nabłonka jelita cienkiego (ko-

transport z jonami Na

+

) i transport żyłą wrotną do wątroby i dalej do

krążenia ustrojowego.

Bilans azotowy

Organizm człowieka nie magazynuje

azotu

,

który jest niezbędny do

syntezy białek i innych, ważnych związków azotowych o znaczeniu
fizjologicznym.

Bilans azotowy

to różnica pomiędzy dzienną ilością azotu przyjętego

wraz z dietą, głównie wraz z białkami (N

abs

) a ilością azotu wydalonego z

moczem (N

wyd

), głównie z formie mocznika, jonów amonowych,

kreatyniny i kwasu moczowego.

U zdrowych osób dorosłych:

(N

abs

-N

wyd

)=0 (równowaga azotowa)

U dzieci, młodzieży w okresie wzrostu, ciąży, budowy masy mięśniowej:

(N

abs

-N

wyd

)>0 (dodatni bilans azotowy)

U osób niedożywionych, w diecie ubogo-białkowej, w wyniszczających
chorobach:

(N

abs

-N

wyd

) <0 (ujemny bilans azotowy)

Aminokwasy egzogenne (niezbędne) i endogenne

endogenne

egzogenne

Alanina

Arginina*

Asparagina

Histydyna

Asparaginian

Izoleucyna

Cysteina

Leucyna

Glutaminian

Lizyna

Glutamina

Metionina

Glicyna

Fenyloalanina*

Prolina

Treonina

Seryna

Tryptofan

Tyrozyna

Walina

Aminokwasy glikogenne i ketogenne

Aminokwasy

glikogenne

–to aminokwasy, które mogą być

wykorzystane w wątrobie do syntezy glukozy.

Aminokwasy

ketogenne

to aminokwasy, które mogą być

użyte do tworzenia ciał ketonowych (kwas

ββββ

-hydroksy-

masłowy, acetooctan, aceton).

Aminokwasy glikogenne i ketogenne

Glikogenne

(Sciśle)

Ketogenne

Glikogenne

i

ketogenne

Alanina
Arginina
Kwas asparaginowy
Asparagina
Cysteina
Kwas glutaminowy
Glutamina
Glicyna
Histydyna
Prolina
Hydroksyprolina
Metionina
Seryna
Treonina
Walina

Leucyna
Lizyna

Izoleucyna
Fenyloalanina
Tryptofan
Tyrozyna

Przemiany aminokwasów

Transaminacja:

Transaminacja jest reakcją odwracalnej przemiany
polegającej na

przeniesieniu grupy aminowej (-NH

2

) z

aminokwasu

(donor grupy -NH

2

) na ketokwas (akceptor

grupy -NH

2

), w wyniku której

aminokwas

przekształca się w

swój

ketoanalog

(ketokwas), a

akceptor grupy

-NH

2

– w

odpowiedni

aminokwas

. Reakcja jest katalizowana przez

transaminazy

(enzymy należące do klasy transferaz), których

koenzymem jest

fosforan pirydoksalu (PLP).

Mechanizm reakcji transaminacji:

Grupa aminowa (-NH

2

) aminokwasu biorącego udział w tej reakcji

reaguje z PLP tworząc tzw. zasadę Schiffa, co w wyniku kolejnych
przemian prowadzi do powstania pirydoksaloaminy (PMP) oraz
pochodnej ketonowej aminokwasu (α-ketokwasu , czyli ketoanalogu
aminokwasu).

PLP-pochodna witaminy B6

PMP-pirydoksaloamina

Pirydoksaloamina (PMP) może reagować z ketokwasem
(α-ketoglutaranem, szczawiooctanem, lub pirogronianem), w
wyniku czego tworzą się, odpowiednio, glutaminian, asparaginian
lub alanina.

Głównym akceptorem grup aminowych jest

α-ketoglutaran

,

ponieważ

glutaminian

będący produktem tej reakcji może być

poddany

dezaminacji oksydacyjnej

umożliwiającej definitywne

oderwanie grupy aminowej w formie amoniaku (NH

3

).

Szkielety

węglowe ketokwasów

uzyskane w wyniku transaminacji mogą

włączać się do przemian katabolicznych w celu produkcji energii
lub służyć jako substraty do syntezy glukozy lub kwasów
tłuszczowych.

Dezaminacja oksydacyjna glutaminianu

Utlenienie glutaminianu przez dehydrogenazę glutaminianową jest

główną

reakcją umożliwiającą usunięcie N

z ustrojowej puli aminokwasów w

formie amoniaku (NH

4

+

). Akceptorami wodorów w tej reakcji utlenienia są

NAD

+

lub NADP

+

.

Poniżej pokazano schemat przedstawiający

rolę transaminaz w kierowaniu N

aminowego na glutaminian.

W wyniku

deaminacji oksydacyjnej

katalizowanej przed

dehydrogenazę glutaminianową

powstaje α-ketoglutaran

oraz

NH

4

+

.

Cykl mocznikowy

przebiega

w wątrobie

, a w wyniku tej reakcji silnie toksyczny

amoniak zostaje przekształcony do mniej toksycznego

mocznika.

Pierwszy etap reakcji to synteza
karbamoilo-fosforanu z

NH

3

i

HCO

3

−−−−

katalizowana przez syntazę

karbamoilo fosforanu kosztem energii
uwolnionej z rozkładu

2 cząsteczek

ATP

. Reakcja ta, zlokalizowana w

mitochondriach

, jest nieodwracalna..

Dalszy przebieg reakcji ma charakter cykliczny, początkowo
przebiega w

mitochondrium

(do powstania

cytruliny

), a następnie

w

cytoplazmie

(gdzie powstaje

mocznik

).

Enzymy

w

mitochondrium

:1. Karbamoilo
transferaza ornitynowa

Pozostałe 3 enzymy

-w

cytoplazmie

:

2.

syntetaza

argininobursztynianowa

3.

Liaza arginino-

bursztynianowa

4.

Arginaza

Powrót

ornityny

do

mitochondrium odbywa się przy
udziale transportera białkowego w
wewnętrznej błonie
mitochondrialnej uczestniczącego w
skoordynowanym przenoszeniu

cytruliny

do cytoplazmy, a

ornityny

do macierzy mitochondrialnej.

•

Fumaran

(powstały z rozpadu arginino-bursztynianu) jest przekształcany do

szczawiooctanu

przez enzymy cyklu Krebsa (fumarazę i dehydrogenazę

jabłczanową),

•

Szczawiooctan

jest przekształcony do

asparaginianu

na drodze transaminacji,

co umożliwia ponowne włączenie się asparaginianu do reakcji cyklu
mocznikowego i odzyskanie 3 cząsteczek ATP

•

Dlatego

bilans energetyczny cyklu mocznikowego

(ilość energii zużyta na

przeprowadzenie NH

3

w mocznik) wynosi

:

-1 ATP

•

Wrodzony brak któregoś z enzymów cyklu mocznikowego

prowadzi do

hiperamonemii

(podwyższony poziom amoniaku we krwi), co może

doprowadzić do śmierci lub znacznego upośledzenia umysłowego.

Przypuszczalny

mechanizm neurotoksycznego działania

podwyższonych stężeń

amoniaku :

Wysoki poziom amoniaku aktywuje reakcję katalizowaną przez syntazę
glutaminową:

glutamate + ATP + NH

3



glutamine + ADP + P

i

w wyniku czego spada stężenie kwasu glutaminowego, który jest ważnym
neuroprzekaźnikiem i prekursorem syntezy innego neuroprzekaźnika ( kwasu
gamma amino masłowego GABA)

Spadek poziomu kwasu glutaminowego powoduje odwrócenie kierunku
reakcji katalizowanej przez dehydrogenazę glutaminianu:

g

lutamate + NAD(P)

+



αααα

-ketoglutarate + NAD(P)H + NH

4

+

co oznacza

spadek poziomu

αααα

-ketoglutaranu

, podstawowego metabolitu cyklu

Krebsa, a w konsekwencji zaburzenie metabolizmu energetycznego w mózgu.