Metabolizm białek 

 

Fizjologia

Instytut Ochrony Zdrowia

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Pile

2008/09

1. Źródła metaboliczne wolnych aminokwasów

2. Metabolizm grup aminowych

3. Cykl mocznikowy

4. Metabolizm szkieletu węglowodorowego aminokwasów

5. Związki biologiczne czynne powstałe z aminokwasów

Obrót metaboliczny białek

Białka  –  nośnik  azotu  (grupy  aminowe,  amidowe,  pierścień 
heterocykliczny, guanidyna) 
Większość  aminokwasów  powstałych  z  rozpadu  białek  jest  powtórnie 
wykorzystana, reszta (ok.  25%) ulega degradacji i musi być zastąpiona 
aminokwasami z pożywienia. 

Bilans  azotowy  –  to  porównanie  ilości  azotu  przyswojonego  do 
wydalonego w ciągu doby.

Bilans azotowy:

- jest zrównoważony u dorosłego i zdrowego człowieka
-  może  być  dodatni  w  okresie  wzrostu,  dojrzewania,  ciąży  lub 

rekonwalescencji

-  ujemny  jest  często  objawem  choroby,  wskazuje  na  ubytek 

białka  organizmu

 

1. Źródła metaboliczne wolnych aminokwasów

Wolne 

aminokwasy 

– 

produkty 

rozpadu 

białek, 

proteolizy 

katalizowanej  przez  enzymy  proteolityczne  (proteazy,  proteinazy, 
peptydazy,  egzopeptydazy  (aminopeptydazy  i  karboksypeptydazy), 
endopeptydazy

Aminokwasy w komórkach są zużywane do syntezy:

- peptydów i białek, 
- hormonów, 
- barwników, 
- neuroprzekaźników, 
- zasad purynowych i pirymidynowych, 
- koenzymów 
- fosfolipidów

Aminokwasy występujące w nadmiarze:

- nie mogą być magazynowane w organizmie 
- są wydalane (z moczem)
- degradowane (substraty w ketogenezie lub glukoneogenezie)

Rozkład białek pokarmowych 

Enzymy soków trawiennych: 

- pepsyna w soku żołądkowym (pH 1-2)
-  trypsyna,  chymotrypsyna,  elastaza,  karboksypeptydaza  w  soku 

trzustkowym (pH 8)

- aminopeptydaza w soku jelitowym

Rozkład białek wewnątrzkomórkowych

Zachodzi pod wpływem proteaz wewnątrzkomórkowych w szlaku:

- lizosomalnym
- pozalizosomalnym

Białka  przeznaczone  do  zniszczenia  znaczone  są  ubikwityną,  peptydem 
łączącym 

się 

jego 

glicyną 

z lizyną białka

Półokres trwania białek waha się od kilku minut do dni i tygodni. Szybkość 
rozkładu zależy od stanu fizjologicznego narządu. 

Lizosomy 

to  organelle  zawierające  enzymy  hydrolityczne,  wśród  nich

 

katepsyny  (A,  B,  C,  D,…S), 

które  doszczętnie  degraduję  białka 

wewnątrzkomórkowe

Proteasomy 

to  kompleksy  wieloenzymatyczne  o  kształcie  cylindra,  z 

28 podjednostek.

Podjednostki    tworzą  kanał,  w  którym  znajdują  się  centra  aktywne 

proteaz.

Rozkład białek pozakomórkowych 

Macierz  pozakomórkowa  zawiera  połowę  wszystkich  białek  organizmu 
ludzkiego,  głównym  jest  kolagen,  następnie  elastyna,  glikoproteiny  błon 
podstawnych, rdzenie białkowe proteoglikanów

Degradacja  tych  białek  zachodzi  przy  udziale 

metaloproteinaz  macierzy 

pozakomórkowej (MMP). 

Zawierają jon cynku w miejscach aktywnych.

Syntetyzowane  i  wydzielane  poza  komórki  jako  nieaktywne  prekursory  – 

zymogeny

.

Wszystkie  MMP  są  endopeptydazami,  najlepiej  poznane  są 

kolagenazy  i 

żelatynazy

.

Powodują wstępną degradację białek, dalsze etapy odbywają się w komórce 
dzięki proteazom wewnątrzkomórkowym.

Aktywność 

MMP 

jest 

regulowana 

przez 

tkankowe 

inhibitory 

metaloproteinaz (TIMP

).

Trawienie kolagenu – kolagenoliza – pod wpływem kolagenazy tkankowej 
tropokolagen rozkłada się na produkty: A i B. Tracą strukture potrójnej 
helisy,  wnikaja  do  komórki  drogą  endocytozy  i  tam  trawione  są  przez 
proteazy wewnątrzkomórkowe.

Inne  MMP  trawią  rdzenie  białkowe  proteoglikanów;  lamininę, 
fibronektynę i elastynę.

2. Metabolizm grup aminowych aminokwasów

Miejsce rozkładu  -  

wątroba

• Grupa aminowa

 przekazywana jest na inny akceptor (ketokwas) lub 

odłączona w postaci amoniaku

• Szkielet  węglowodorowy 

jest  przekształcany  w  ciała  ketonowe  (a-sy 

ketogenne) lub w glukozę (a-sy glukogenne) 

Reakcje:

• Transaminacja
• Oksydacyjna deaminacja

Transaminacja: przeniesienie grupy -aminowej na jeden z ketokwasów

Enzymy: 

swoiste transaminazy

Przenośnik grupy aminowej: 

fosforan pirydoksalu

Oksydacyjna deaminacja: odłączanie grupy –NH

2 

w postaci amoniaku

Enzymy:  oksydazy  aminokwasowe,  współdziałają  z  nukleotydami 
flawinowymi FMN lub FAD
Zredukowane 

nukleotydy 

przekazują 

atomy 

wodoru 

na 

tlen 

cząsteczkowy, powstaje H

2

O

2

• Detoksykacja amoniaku

NH

3

 

jest związkiem toksycznym; ma właściwości zasadowe, wiąże 

proton  tworząc  jon  NH

4

+

,  co  przesuwa  równowagę  kwasowo-

zasadową tkanek i płynów ustrojowych  w kierunku zasadowym.

Amoniak ulega detoksykacji poprzez przekształcenie w mocznik 
(nietoksyczny) 
i wydalenie. 

• Cykl mocznikowy (

lub ornitynowy, Krebsa-Henseleita

):

•  CO

2

,  NH

3

  i  2  ATP  tworzą  karbamoilofosforan,  związek 

bogatoenergetyczny,

• ten łączy się z ornityną i tworzą cytrulinę,

• 

po 

kondensacji 

z 

asparaginianem 

powstaje 

asparaginobursztynian

• rozpad do argininy i fumaranu

• hydroliza argininy uwalnia mocznik i odtwarza ornitynę 

Bilans cyklu mocznikowego:

2 NH

3

 + CO

2

 + asparaginian + 3ATP  

→

  mocznik + fumaran + 2 ADP + 

2 Pi + AMP + PPi

Stężenie  mocznika

  w  surowicy  krwi  jest  ważnym  markerem 

biochemicznym w diagnostyce chorób nerek.

Osocze  zdrowego  człowieka  zawiera  20-40  mg  mocznika  na  decylitr. 
Wzrost stężenia do 300-400 mg/dl wskazuje na wadliwą filtrację nerek.

Enzym  ureaza

  (bakteryjny,  roślinny)  pozwala  utrzymać  równowagę  w 

obiegu 

azotu 

i 

węgla 

w  przyrodzie.  Ureaza  przekształca  mocznik  w  CO

2

  i  NH

3

,  które 

wykorzystywane są przez organizmy autotroficzne do różnych biosyntez.

Regulacja cyklu mocznikowego

Synteza  mocznika  jest  procesem  ciągłym,  nawet  w  przypadku 
niedoboru 

białka 

w organizmie człowieka. 

Pojemność  cyklu  mocznikowego  zależy  głównie  od  dostępności 
ornityny.

Defekty w biosyntezie mocznika:

•  hiperamonemia  -  akumulacja  amoniaku  w  tkankach  i 
płynach ustrojowych, 

• wynikać może z wrodzonego niedoboru jednego z enzymów 
biorących 

udział 

  w cyklu mocznikowym,

•  ciężkie  uszkodzenie  wątroby  przez  czynnik  zakaźny  lub 
toksyczny. 

Metabolizm 

energetyczny 

szkieletów 

węglowodorowych 

aminokwasów

Aminokwasy są mniej istotnym źródłem energii niż glukoza lub kwasy 
tłuszczowe.

Aminokwasy glukogenne

: 

- alanina, seryna, cysteina, asparaginian, glutaminian 
-  przekształcają  się  w  pirogronian,  szczawiooctan  (metabolit  w 
glukoneogenezie) 

oraz

  -ketoglutaran

Aminokwasy ketogenne

: 

- leucyna, lizyna
- przekształcają się w acetooctan, -hydroksymaślan lub aceton 

Aminokwasy glukoketogenne: 

- fenyloalanina, tyrozyna, izoleucyna, treonina, tryptofan
-

 

tworzą  substraty  zarówno  dla  glukoneogenezy  jak  i  ciał 

ketonowych

Związki biologiczne czynne powstałe z aminokwasów

1. Aktywne  fragmenty  jednowęglowe:  aktywny  aldehyd  mrówkowy, 

donor grupy metylowej powstają z seryny, która ulega przemianie w 
glicynę

2. Hormony  i  neuroprzekaźniki  powstają  z  tyrozyny  (tyroksyna, 

trijodotyronina, dopamina, adrenalina, noradrenalina)

3. Melaniny  powstają  z  tyrozyny  (tworzą  ziarniste  struktury  barwy 

czarnej, 

występują 

m. in. w skórze, włosach, siatkówce oka)

4. Kwas nikotynowy powstaje z tryptofanu

5. Cysteina przekształca się w taurynę

6. Siarka cysteiny utlenia się do siarczanu

7. Metionina uczestniczy w transmetylacji

8. Karnityna  powstaje  z  lizyny  i  metioniny  (przenośnik  reszt  kwasów 

tłuszczowych 

długołańcuchowych 

przez 

wewnętrzną 

błonę 

mitochondrialną)

9. Kreatyna powstaje z aminokwasów: glicyny, argininy i metioniny. 
        Kreatyna  jest  akceptorem  reszt  fosforanowych  z  ATP,  przekształca 
się w fosfokreatynę
        Niewykorzystana  fosfokreatyna  ulega  przemianie  w  kreatyninę 
wydalaną z moczem

  

10. Dekarboksylacja

 

aminokwasów dostarcza amin biogennych:

-  histamina  –  hormon  tkankowy,  pobudza  sekrecje  HCl 

przez 

nabłonek

   śluzówki żołądka, rozszerza naczynia włosowate

-  serotonina  –  5-hydroksytryptamina,  neurotransmiter  w 

cun, 

kurczy

   mięśnie gładkie małych naczyń tęniczych

- etanoloamina – składnik glicerofosfolipidów

- kwas -aminomasłowy - neurotransmiter

11. Tlenek azotu powstaje z argininy

- wykazuje wiele funkcji biologicznych, w tym:

- obniża ciśnienie krwi 

- reguluje krzepliwość krwi

-  uczestniczy  w  przekazywaniu  sygnałów 

wewnątrz 

i 

między-

                                                  komórkami