1

METABOLIZM BIAŁEK

I

AMINOKWASÓW

2

Znaczenie

 zużywa 15-20% energii potrzebnej do podtrzymania

podstawowej przemiany materii

 usuwanie

nieprawidłowych

białek

 usuwanie białek

niepotrzebnych

, które spełniły już

swoje

zadanie np. przeciwciał lub enzymów

wyindukowanych przez substraty

 reguluje stężenie poszczególnych białek;
dostosowywuje do

potrzeb tkanki czy narządu

 bardzo

szybkim

obrót mają

enzymy

o znaczeniu

regulacyjnym

 zapewnia regulację zaopatrzenia tkanek w
aminokwasy;

szczególnie w okresie

poresorpcyjnym

, gdy nie ma

podaży z

białek pokarmowych

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

ciągła synteza i rozpad

3

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

OKRES PÓŁTRWANIA BIAŁEK

 duże różnice dla poszczególnych białek


krótki

dla białek enzymatycznych (minuty, godziny,

dni)


długi

- dla białek strukturalnych (mięśni, tkanki

łącznej i

tkanki nerwowej) (miesiące, lata)

 decyduje o tym podatność białka na działanie
proteaz
 rozróżnia się

białka o szybkim obrocie i małej

puli

tkankowej

oraz

powolnej przemianie i

dużej puli

tkankowej

4

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

REGULACJA WIELKOŚCI PULI BIAŁEK TKANKOWYCH

 skutki

syntezy

białek

de novo

widoczne są dopiero po

kilkunastu

godzinach - taki mechanizm regulacji w

odniesieniu do białek o

długim okresie półtrwania

 czynnikiem

regulującym

syntezę

-

zmiany stężenia

hormonów



stany nasilonego anabolizmu lub katabolizmu

ogólnoustrojowego

odbijają się na przemianie białek

wolno się odnawiających

 dla białek o krótkim okresie półtrwania (enzymy) zmiany
szybkości

rozpadu

 czynniki regulujące szybkość rozpadu - hormony oraz zmiany
stężenia

aminokwasów oraz substratów dla enzymów; taka

regulacja w

narządach miąższowych; wątroba



stężenie aminokwasów napływających do wątroby jest

głównym

czynnikiem regulującym rozpad białek

wątrobowych

5

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

OBRÓT BIAŁEK WĄTROBY

 większość to szybko się odnawiające - około 10%
całej puli

białek wątroby; białka o wolnym obrocie -

24%
 w ciągu doby wątroba odnawia 50% puli swoich
białek; tj.

50g/dobę czyli 1/3 obrotu białek

całego organizmu

okresy półtrwania niektórych białek

:

 dekarboksylaza ornitynowa - 11 minut
 syntetaza ALA - 60 minut
 dehydrogenaza glutaminianowa - 6 godzin
-glukuronidaza - 30 dni

6

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

OBRÓT BIAŁEK WĄTROBY

 obrót białek dotyczy także białek wydzielniczych;
na dobę

prawie połowa białka narządu

; połowa

ulega

natychmiast wydzieleniu i

rozpadowi; reszta to białka o średnim okresie
półtrwania 2-3 dni
 znaczny udział

albuminy

; dlatego gdy dochodzi

do

wzmożonej syntezy innych białek

zmniejsza się ilość

albuminy dla

zrównoważenia ogólnej puli
syntetyzowanych białek przez wątrobę

 szybkość obrotu białek wątrobowych jest
regulowana przez

zmiany stężenia aminokwasów

dopływających;

działanie hormonów pośrednie



wątroba reguluje zaopatrzenie tkanek w

aminokwasy w okresie poresorpcyjnym

7

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

NIETRWAŁE BIAŁKO TKANKOWE - łatwo

podlegające rozpadowi

• gdy ograniczona jest podaż aminokwasów (okres

poresorpcyjny,

głód

)

• białka osocza, wątroby, białka komórek

nabłonka błon śluzowych gruczołów przewodu

pokarmowego(krypty)

 utrata białka nietrwałego



utrata białek osocza

(albumina i transferyna),

spłaszczenie krypt błony

śluzowej oraz

zmniejszenie błon siateczki
śródplazmatycznej w komórkach wątroby i trzustki,

częściowy zanik błon śluzowych

 mało podatne są białka odpornościowe; ale
długotrwały

głód obniża także ilość

wytwarzanych przeciwciał

8

TURNOVER BIAŁEK - OBRÓT METABOLICZNY

BIAŁKA MIĘŚNI

 obrót wolniejszy niż białek wątroby; większy w
czerwonych;

najmniejszy obrót aktyna

 w stanach zwiększonego metabolizmu zwiększa się
obrót

białek mięśni

zwiększony

w stanach patologicznych, dieta

bezbiałkowa

lub ubogo białkowa, głód, cukrzyca,

po pobudzeniu

hormonami kory nadnerczy, w

przebiegu ostrych

zakażeń, bezczynności

9

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

B

IAŁKA TKANKOWE

P

ULA AMINOKWASÓW

Białka pokarmowe

Azotowe substancje niebiałkowe

 Porfiryny, puryny, pirymidyny, ami-

nocukry, fosfolipidy, aminy

S

YNTEZA AMINOKWASÓW

K

ATABOLIZM AMINOKWASÓW

Ł

AŃCUCHY WĘGLOWE

NH

3

G

LUKOZA

CO

2

+ H

2

O

MOCZNIK

NH

4

+

10

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

 W osoczu: 1,0-1,5 g wolnych (1/50 ogólnej puli);
najwięcej

glutaminy;

najmniej tryptofanu,

aromatycznych,

dwukarboksylowych, argininy,

cytruliny, ornityny

 50% z puli w mięśniach szkieletowych

BILANS AZOTOWY

Różnica między ilością azotu dostarczonego
organizmowi, a ilością wydalanego azotu (mocz, kał,
pot, złuszczony nabłonek)

Dorosły, zdrowy, prawidłowo odżywiający się człowiek –

bilans azotowy zerowy

(wyrównany), jest w stanie

równowagi azotowej

11

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

Ujemny

bilans azotowy

• głód, dieta bezbiałkowa, niedostatek białka w diecie
lub

niewłaściwy jego skład, w chorobach

wyniszczających, w wieku starczym (upośledzone
wchłanianie,  rozpad białka, upośledzone jego
wykorzystanie)

Dodatni

bilans azotowy:

• w okresie wzrostu (niemowlęta, dzieci),
rekonwalescenci,

kobiety w ciąży, kobiety

karmiące

12

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

Pożywienie ubogie

w węglowodany i tłuszcze może

spowodować zachwianie równowagi azotowej nawet
wtedy, gdy pokrycie zapotrzebowania białkowego jest
wystarczające.

Nie dostarczenie odpowiedniej ilości

węglowodanów i tłuszczów w diecie wymaga
znaczniejszej ilości białka, którego aminokwasy stają
się surowcem energetycznym

13

Prawo minimum

Przebieg procesów metabolicznych zależy od
najmniejszej ilości niezbędnego czynnika pokarmowego

• wykorzystanie białka zależy od najmniejszej ilości

aminokwasu niezbędnego obecnego w

spożywanym

białku

Minimum białkowe

(zabezpiecza pokrycie strat azotu)

=

0.5 g/kg/dobę

Norma żywieniowa 0,9-1,0 g/kg/dobę

3:2 stosunek białek zwierzęcych do roślinnych

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

14

Wartość biologiczna białek

•

Pełnowartościowe

•

Częściowo niepełnowartościowe

(zawierają

wszystkie

aminokwasy niezbędne, ale

przynajmniej jeden w ilości niewystarczającej (mąka,
kasze)
•

Niepełnowartościowe

(kolagen, żelatyna - brak

TRP, brak lizyny w kukurydzy)

BILANS PRZEMIANY BIAŁEK I AMINOKWASÓW

15

TRAWIENIE BIAŁEK W PRZEWODZIE POKARMOWYM

•

Wchłaniane tylko aminokwasy wolne

• wchłanianie białek i peptydów 

patologia 

reakcja

immunologiczna

żołądek

- pepsyna (proenzym)

• aktywacja - ograniczona proteoliza

• pH 1-2; aktywacja maksymalna

• endopeptydaza

dwunastnica

- trypsyna, chymotrypsyna

• proenzymy - najpierw enterokinaza potem autokataliza
• optimum pH lekko zasadowe
• elastaza trzustkowa - proteaza serynowa  elastyna
• kolagenaza  kolagen  żelatyna
 powstają drobne peptydy

16

17

TRAWIENIE BIAŁEK W PRZEWODZIE POKARMOWYM

Sok jelitowy

• karboksypeptydaza A
• karboksypeptydaza B
• aminopeptydazy
• dipeptydazy

 wolne aminokwasy  transport do
krwi

18

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

Podział hydrolaz peptydowych

• Endopeptydazy
• egzopeptydazy
• aminopeptydazy
• karboksypeptydazy
• dwupeptydazy

Denaturacja - zabiegi kulinarne  dostępność
enzymów proteolitycznych do białek

19

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

PODZIAŁ

ze względu na lokalizację:

 trawienne

 pozakomórkowe (krzepnięcie, fibrynoliza,
aktywacja dopełniacza); wewnątrzkomórkowe
(lizosomy, katepsyny)

WG MECHANIZMU KATALIZY

1.

serynowe

; blokowane diizopropylofluorofosforanem

 chymotrypsyna A; opt. pH 7,8; jelito cienkie

Tyr  Trp  Phe  Leu

 trypsyna; opt. pH 7,5-8,5; jelito cienkie

Arg  Lys

 trombina; opt. pH 7,4; osocze

Arg  fibrynogen

 elastaza monocytów >

w makrofagach metaloproteaza

20

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

2.

tiolowe

(SH) Cys

• wrażliwe na utlenianie i metale ciężkie
• potrzebna ochrona przed wolnymi rodnikami

 katepsyna B; opt. pH 5,0-6,0; wewnątrzkomórkowy

Arg Lys  Phe - X 

 papaina; opt. pH 5,0-5,5; drzewo malonowe

Arg  Lys  Phe - X 

21

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

3.

karboksylowe

; kwasowa grupa COOH bierze udział w katalizie

 pepsyna A; opt. pH 1,3-3,0; żołądek

(Tyr; Phe)

 pepsyna C (gastryksyna); opt. pH 3,0-4,5; żołądek

(Tyr; Phe)

 podpuszczka (renina); opt. pH 3,0-4,5; żołądek kazeinogen

 katepsyna D; opt. pH 3,0-4,5; wewnątrzkomórkowy

jak pepsyna

4.

metaloproteinazy

(Zn

2+

, Ca

2+

, Mn

2+

); hamowane

EDTA;

TIMP (tissue inhibitor of

metalloproteinases)
 termolizyna
 kolagenazy
 żelatynazy
 elastaza makrofagów

22

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

PODPUSZCZKA = CHYMOZYNA

• W żołądku młodych ssaków, ścina mleko, przez co
dłużej

zatrzymywane jest w żołądku

• Substrat:

KAZEINA

, hydrolizowana do

parakazeiny

,

która

w obecności jonów Ca tworzy

nierozpuszczalny

parakazeinian

wapnia

•Wytwarzana w śluzówce jako proenzym,aktywacja w

niskim pH

•

Podpuszczka stosowana w serowarstwie do otrzymywania skrzepu

podpuszczkowego, który zawiera dużo łatwo

przyswajalnego wapnia.

23

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

TRYPSYNA

• Trzustka, 240000, 223 AA
• Centrum aktywne: -GLI-ASP-SER-GLI-
• Opt. pH 7-9
• Aktywacja: enteropeptydaza (enterokinaza),
potem

autokatalityczna aktywacja przez

trypsynę
• Specyficzność substratowa: wiązania
peptydowe

utworzone przez grupy

karboksylowe AA

zasadowych : LIZ, ARG

24

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

ENTEROPEPTYDAZA = ENTEROKINAZA

• Glikoproteid soku jelitowego
• odrywa inhibitor od N-końca trypsynogenu
• opt. pH 5-8

CHYMOTRYPSYNA

• Podobieńswo do trypsyny - identyczne centrum
katalityczne
• opt. pH ok. 8,0
• aktywacja przez trypsynę, potem autokataliza
• Specyficzność substratowa: wiązania peptydowe
utworzone przez grupy karboksylowe AA
aromatycznych

25

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

PANKREATOPEPTYDAZA (ELASTAZA)

• Trzustka, aktywacja

proelastazy

w

dwunatnicy

przez

trypsynę

• Centum aktywne identyczne jak w trypsynie

i chymotrypsynie

• Specyficzność substratowa: wiązania peptydowe

utworzone przez małe AA: GLI, ALA, SER,

różnych

białek, również elastyny

• Elastaza granulocytów należy do
metaloproteinaz

26

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

KARBOKSYPEPTYDAZY: A i B

• Trzustka, aktywacja w dwunastnicy przez trypsynę
• Zawierają

Zn

• Swoistość substratowa dla A: C-końcowy AA
rozgałęziony

(LEU, ILU, WAL) lub aromatyczny

(FEN, TYR)
• Swoistość substratowa dla B: odszczepia AA
zasadowe:

LIZ, ARG

27

AMINOPEPTYDAZY

• Wymagają obecności jonów Mg lub manganu,

uczestniczą

w wytwarzaniu kompleksu

enzym- substrat

• Wytwarzane w błonie śluzowej soku jelitowego

• Najlepiej poznana z tej grupy jest LAP

(leucyloaminopeptydaza)

• Odszczepia wszystkie AA od N-końca, ale

szczególnie

LEU

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

28

ENZYMY PROTEOLITYCZNE

DWUPEPTYDAZY

• W błonie śluzowej jelit
• Wymagają obecności jonów Co lub Mn
• Największa aktywność w jelicie krętym
• Przykłady dwupeptydaz:

glicylo-glicynowa, glicylo leucynowa,

glicylo-

prolinowa (

prolidaza

), prolilo-

glicynowa (

prolinaza

), glicylo-alaninowa, glicylo-

walinowa

29

Wchłanianie

aminokwasów

• wolne aminokwasy-wchłaniane do krwi przy

udziale

nośników

• oligopeptydy

zawarte w treści jelitowej;

a/

ulegają hydrolizie w świetle jelita,a następnie absorpcji

b/ oligopeptydy przenoszone ze światła jelita do cytoplazmy-

gdzie ulegają rozpadowi do wolnych aminokwasów pod
wpływem peptydaz cytoplazmatycznych

c/ oligopeptydy łączą się rąbkiem szczoteczkowym , poczym

dopiero poddawane są działaniu peptydaz
zlokalizowanych w samej blonie komórkowej

30

Wchłanianie

aminokwasów

Szybkość wchłaniania aminokwasu z

przewodu pokarmowego zależy od

:

• stężenia w świetle jelita
• struktury chemicznej
• odcinka jelita cienkiego
• stężenia innych aminokwasów przenoszonych

tym samym układem transportującym

• regulacji nerwowej, hormonalnej,obecności

witamin (B

6

)

31

Wchłanianie

aminokwasów

• najszybciej wchłania się: izoleucyna, metionina,

najwolniej- kwas glutaminowy

prawidłowe stężenie aminokwasów w

surowicy krwi

1,44- 3,5 mmol/l (2-5 mg%)

wyrażone jako azot aminokwasowy tzw.



-

aminowy

32

TRANSPORT

DOKOMÓRKOWY

• uwarunkowany charakterem chemicznym aminokwasów;

-

aminokwasy hydrofobowe

(leucyna, izoleucyna, walina,

fenyloalanina)

-

zasadowe

- lizyna, arginina

dyfuzja

ułatwiona

- aminokwasy kwaśne oraz obojętne (alanina,seryna,

cysteina, glicyna, histydyna)

transport aktywny

TRANSPORT AMINOKWASÓW PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE

33

UKŁAD PRZENOSZĄCY AMINOKWASY

-

nie zależy od komórki, zależy od budowy

chemicznej aminokwasów

- transporter nie jest specyficzny dla

transportowanej substancji, możliwy jest transport
substancji o zbliżonej budowie chemicznej

- wraz ze wzrostem stężenia substancji przenoszonej

ulega wysyceniu

- odbywa się zgodnie z gradientem stężenia
- nie wymaga dostarczania energii

TRANSPORT AMINOKWASÓW PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE

34

UKŁADY PRZENOŚNIKOWE

Układ A

 Większość obojętnych z wyjątkiem
hydrofobowych

sprzężony z transportem

Na

+

;

aktywny wtórny

 wszystkie tkanki; zależy od
wewnątrzkomórkowego stężenia

aminokwasów

Układ ASC

 Dla obojętnych ale bardzo wybiórczy; ala, ser,
cys
Układ Gly

 Dla glicyny
Układ N

 Dla his, glutaminy i asp
Układ L

 (od leucyny) dla hydrofobowych (leu, ileu, wal,
phe); tylko dyfuzja ułatwiona

 w nerce i jelicie ; układ dla (glu i asp); aktywny

TRANSPORT AMINOKWASÓW PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE

35

JEDYNY HORMONO ZALEŻNY TO UKŁAD A

 hormony anaboliczne – insulina, hormon

wzrostu  dla

wszystkich tkanek

 hormony adrenergiczne

 anabolicznie – wątroba
 katabolicznie – mięśnie, tkanka tłuszczowa

TRANSPORT AMINOKWASÓW PRZEZ BŁONY KOMÓRKOWE

36

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

Mięśnie szkieletowe jelita

nerka

Deaminacja AMP

z glutaminy

z glutaminy

IMP  AMP

glutaminaza

glutaminaza

Bakterie

NH

3

H

2

O

Główny źródłem - mięśnie pracujące - cykl purynowy
• opuszcza mięśnie jako glutamina
Jelito NH

3

 żyłą wrotna - wysokie stężenie fizjologiczne

37

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

•

światło jelita

aminokwasy
kwas

moczowy

mocznik

bakterie

NH

3

•

enterocyty

degradacja glutaminy
glutaminaza

kwas glutaminowy

Żyła wrotna

ROLA JELITA W PRZEMIANIE NH

3

WĄTROBA

Krążenie

• dodatkowa pula np. dla mięśni do wiązania amoniaku

38

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

CYKL PURYNOWY

cytoplazma

 Pracy mięśniowej towarzyszy wytwarzanie
amoniaku i szybki metabolizm nukleotydów
adenylowych
 Po wysiłku  AMP oraz  IMP i NH

3

 Amoniak pochodzi z deaminacji AMP
 Reaminacja IMP katalizowana jest przez 2 enzymy

syntetazę

i

liazę

adenylobursztynianową

,

 hydroliza GTP oraz asparaginian jako donor NH

3

39

BIOCHEMIA MIĘŚNI

Źródła energii dla mięśni

 zawsze hydroliza ATP
 w spoczynku zawartość ATP = 5x10

-6

mol/g

 intensywny wysiłek zużywa 10

-3

mol/min/g tkanki

WARUNKI TLENOWE

mitochondrialne utlenianie substratów:

• pirogronian,
• kwasy tłuszczowe,
• związki ketonowe

oksydacyjna fosforylacja

40

BIOCHEMIA MIĘŚNI

WARUNKI BEZTLENOWE

• fosfokreatyna (nagromadzona w sarkoplazmie);
“bufor”

łagodzący zmiany ATP w następstwie

gwałtownego

zużycia;

transport energii z miejsca uwalniania
(mitochondria) do miejsca wykorzystania
(mikrofobryle)

Kinaza kreatynowa CPK

ADP + fosfokreatyna  ATP + kreatyna

Reakcja dysproporcjonowania ADP

Kinaza adenylowa (miokinaza)

2ADP  ATP + AMP

reakcja przesunięta w kierunku syntezy ATP gdy

AMP usuwane i powstaje IMP

Beztlenowa glikoliza

glukoza  2 mleczan + 2ATP

41

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

CYKL PURYNOWY

I. AMP + H

2

O  IMP + NH

3

II. IMP + asparaginian + GTP  adenylobursztynian + GDP + P

i

III. Adenylobursztynian  AMP + fumaran

Sumarycznie jeden obrót cyklu można napisać następująco

:

Asparaginain + GTP + H

2

0



Fumaran + GDP + P

i

+ NH

3

liaza adenylobursztynianowa

deaminaza AMP

syntetaza adenylobursztynianowa

42

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

CYKL PURYNOWY

ZNACZENIE:

UTRZYMANIE WŁAŚCIWEGO ZASOBU

TKANKOWEJ PULI NUKLEOTYDÓW

ADENYLOWYCH

Wzajemny stosunek zależy od

kinazy adenylowej

(miokinazy)

2 ADP  ATP + AMP

 stan równowagi zależy od aktywności

deaminazy

AMP

; przesuwa równowagę reakcji miokinazowej w

kierunku syntezy ATP; ważne w czasie intensywnej
pracy mięśni

deaminaza AMP

; allosteryczny [+] K

+

, Na

+

; [-]

ortofosforan

•oraz na funkcji anaplerotycznej

WSPÓŁZALEŻNOŚĆ MIĘDZY GLIKOLIZĄ A CYKLEM
PURYNOWYM



syntaza adenylobursztynianowa

;

hamowana przez

fruktozo 1,6P

  syntezy AMP   aktywności fosfofruktokinazy

43

REAKCJE UWALNIAJĄCE AMONIAK

CYKL PURYNOWY

ZABURZENIA ENZYMATYCZNE:

Brak deaminazy AMP  zwiększona męczliwość;
kurcze powysiłkowe i bolesność mięśni; zwiększone
wytwarzanie adenozyny i jej metabolitów i ucieczka
przez błonę poza przestrzeń komórkowa
 zmęczone mięśnie wolniej regenerują swoje zasoby

energetyczne

diagnostyka

– histochemia na aktywność enzymu w

mięśniach


test obciążeniowy

w warunkach niedotlenienia i

oznaczanie NH

3

i mleczanu we krwi żylnej odpływającej z

mięśnia;
 prawidłowe stężenie mleczanu przy braku wzrostu NH

3

wskazuje na defekt enzymatyczny.

44

Właściwości enzymów katalizujących reakcje

cyklu nukleotydów purynowych

Deaminaza AMP

• enzym cytoplazmatyczny
• wysoka aktywność w mięśniu szkieletowym
• ściśle związany z układem kurczliwym komórki

mięśniowej 2 :1

• enzym regulatorowy, oddziaływania allosteryczne
• w wątrobie izoenzym L, mięśniu szkieletowym

izoenzym M ,erytrocyty E

CYKL PURYNOWY

45

Syntetaza adenylobursztynianowa

• wysoka aktywność w mięśniach szkieletowych
• hamowana przez produkty reakcji jak i

nukleotydy purynowe i pirymidynowe

• nukleozydy i wolne zasady nie wywierają

wpływu hamującego

• enzym nie przejawia własciwosci enzymu

allosterycznego

• hamowana przez fruktozo- 1,6 difosforan

CYKL PURYNOWY

46

Liaza adenylobursztynianowa

katalizuje

• reakcje rozszczepienia kwasu adenyloburszty-

nianowego do AMP i kwasu fumarowego

• rozszczepia rybonukleotyd 4-N-sukcynylokarboksy-

amido-5-aminoimidazolowego do rybonukleotydu 4-
karboksy-5- aminoimdazolowego i kwasu
fumarowego

• wysoka aktywność - mięśnie szkieletowe
• enzym hamowany kompetycyjnie przez AMP

CYKL PURYNOWY

47

REAKCJE WIĄZANIA AMONIAKU

1. wątroba – synteza

mocznika

2. we wszystkich tkankach synteza

glutaminy

 nieodwracalna; syntaza glutaminowa (ATP) w mięśniu wiąże

NH

3

z cyklu purynowego

 ilościowo istotna w mięśniach - aminotransferaza

glutaminowa

 w wątrobie, nerkach, mózgu  aminacja redukcyjna -

ketoglutaranu

3.

Amoniogeneza

- nerka - komórki cewek -

glutaminaza

glutamina  kwas glutaminowy + NH

3

 + H

+



NH

4

+

+ Cl

-

 NH

4

Cl

 sposób na pozbycie się jonów wodorowych

48

TOKSYCZNOŚĆ AMONIAKU

 wyciąganie -ketoglutaranu z cyklu Krebsa  zaburzenia

energetyczne

, szczególnie w

mózgu

 kwas glutaminowy wiąże NH

3

 glutamina

 ubywa kwasu glutaminowego  neuroprzekaźnik  nie
powstaje

GABA

(kwas -aminomasłowy)







encefalopatia wątrobowa

  pH płynów komórkowych
 hamuje metabolizm aminokwasów i gromadzenie energii w
komórce 

reakcja katalizowana przez dehydrogenazę

glutaminową

przesunięta w kierunku tworzenia

glutaminianu
 interferuje z wieloma funkcjami błon, szczególnie z aktywnym

transportem jednowartościowych kationów

49

LOSY GRUPY AMINOWEJ

TRANSAMINACJA

TRANSAMINACJA

: aminotransferazy

 Donorem a-aminokwas; akceptorem a-ketokwas

 Reakcja odwracalna
 Koenzymem

fosfopirydoksal

(wit. B

6

)

 Uniwersalnym akceptorem – -ketoglutaran

 AspAT i AlAT - synteza kwasu glutaminowego,
alaniny,

kwasu asparaginowego

 najważniejsza aminotransferaza glutaminianowa

NH

2

-AA + -ketoglutaran  glutaminian + a-

keto-AA

Transaminacji

nie

ulega

lizyna, treonina, prolina

Pośrednio







-aminoadypinowy glicyna glutaminian

50

LOSY GRUPY AMINOWEJ

TRANSAMINACJA

TRANSAMINACJA

AspAT

• aktywna w większości tkanek

• mitochondria i cytozol

• szczególnie wątroba

• przenosi N między glutaminianem i
szczawiooctanem oraz

• jeden z elementów wahadła jabłczanowego >

oksydacyjny

metabolizm cukrów i

glukoneogeneza
AlAT

• pozawątrobowe dostarczają alaninę do wątroby
tzw.

cykl

alaninowy

• w wątrobie -ketoglutaran ostateczny akceptor N

z

różnych aminokwasów z obwodu

51

LOSY GRUPY AMINOWEJ

OKSYDACYJNA

OKSYDACYJNA

DEZAMINACJA

DEZAMINACJA

GLUTAMINIANU

GLUTAMINIANU

 ograniczone znaczenie kataboliczne; istnieje tylko
1 enzym
 u człowieka głównie jest to

aminacja redukcyjna

dehydrogenaza glutamininowa

 wewnątrzmitochondrialnie
 duża aktywność

wątroba, nerka, mózg

100% 10-20% 5%

 oksydacyjna dezaminacja połączona jest w ciąg
reakcji z

transaminacją; rola w syntezie

mocznika

52

LOSY GRUPY AMINOWEJ

• Równowaga reakcji przesunięta w kierunku syntezy glutaminianu
• u ssaków dominuje reakcja uwalniania amoniaku wymuszana przez:

usuwanie produktu końcowego

-

wątroba

-ketoglutaran  cykl Krebsa
NADH  łańcuch  H

2

O + ATP

NH

3

 wątroba  mocznik

w

innych

tkankach

; gdy NH

3

wysokie

• redukcyjna aminacja -ketoglutaranu  glutaminian
• obniża to

-ketoglutaran  mechanizm toksyczności NH

3

(OUN)

dehydrogenaza glutamininowa

53

LOSY GRUPY AMINOWEJ

dehydrogenaza glutamininowa

COOH

COOH

CH-NH

2

C=O

CH

2

+ NAD

+

+ H

2

O 

CH

2

+ NADH+H

+

+ NH

4

+

CH

2

lub (NADP

+

)

CH

2

lub NADPH+H

+

COOH

COOH

glutaminian

-ketoglutaran

 regulowany

allosterycznie

(-) GTP, ATP

(+) GDP, ADP

Obniżenie zawartości związków wysokoenergetycznych

przyśpiesza utlenianie aminokwasów

-aminokwas

-ketoglutaran NADH + NH

4

+

H

2

N-

CO-NH

2

-ketokwas glutaminian NAD

+

+ H

2

O

54

LOSY GRUPY AMINOWEJ

OKSYDAZY

 Tlenowa przemiana – w wątrobie i nerkach



Oksydaza

D i L aminokwasów

 Samoutleniające się flawoproteiny

R-CH-NH

2

-COOH

FMN (D)

H

2

O

2

H

2

O = ½ O

2

FAD (L)

R – C – COOH

FMNH

2

FADH

2

O

2

NH

H

2

O

iminokwas

+H

+

R – C – COOH

NH

3

NH

4

+

O

-ketokwas

55

LOSY GRUPY AMINOWEJ

DEZAMINACJA SERYNY I TREONINY

 bezpośrednio (fosforan pirydoksalu)

dehydrataza serynowa i treoninowa

COOH

COOH

COOH

¦

H

2

O

¦

H

2

O

¦

CHNH

2

CNH

2

C=O

+NH

4

+

¦

¦

¦

CH

2

OH

CH

2

CH

3

Seryna

aminoakrylan

pirogronian

Treonina

-ketomaślan + NH

4

+

56

ROLA ALANINY I GLUTAMINY W TRANSPORCIE AMINOKWASÓW

ALANINA

źródłem
Mięśnie i jelito (30% aminokwasów uwalnianych przez mięśnie)

Transaminacja pirogronianu z glikolizy (70% z glukozy)

Przeniesienie do wątroby
Główny aminokwas glukogenny w wątrobie

“cykl alaninowy”

N z aminokwasów pokarmowych;
aminokwasów mięśni
z jelita z glutaminy + pirogronian

 z glukozy

57

CYKL GLUKOZA - ALANINA

GLUKOZA

MOCZNIK

PIROGRONIAN

NH

3

ALANINA

GLUKOZA

PIROGRONIAN

NH

2

ALANINA

AMINOKWASY

WĄTROBA

MIĘŚNIE

K

R

E

W

58

ROLA ALANINY I GLUTAMINY W TRANSPORCIE AMINOKWASÓW

GLUTAMINA

• podstawowa droga wiązania NH

3

w tkankach

obwodowych
• głównie mięśnie szkieletowe
• drenaż substratów z cyklu Krebsa, które są
uzupełniane

przez łańcuchy węglowe

aminokwasów: izoleu, wal,

asp, NH

2

asp,

NH

2

glu

 donor N do syntez
 substrat amniogenezy nerkowej

59

DEKARBOKSYLACJA AMINOKWASÓW

 fosforan pirydoksalu
 powstaje CO

2

+ amina I rzędowa;

AMINY

BIOGENNE

;

 działanie farmakologiczne;
 prekursorzy hormonów;
 składniki koenzymów

lizyna

kadaweryna

ornityna

putrescyna

metionina

spermidyna

arginina

agmatyna

seryna

etanolamina

fosfatydy

60

DEKARBOKSYLACJA AMINOKWASÓW

treoniana

propanolamina

witamina B

12

cysteina

cysteamina

koenzym A

kwas asparaginowy

-alanina

CoA, kwas pantotenowy

kwas glutaminowy

kwas -aminomasłowy

(GABA)

mózg

histydyna

histamina

mediator

tyrozyna

tyramina

3,4 diOH fenyloalanina

dopamina

adrenalina

tryptofan

tryptamina

3-OH-tryptofan

serotonina

melantoina

61

AMINOOKSYDAZY



Inaktywacja amin biogennych

Flawoproteiny

 aminy  -2H  iminy



O

2

 H

2

O

2

MAO – monoaminooksydaza
DAO – dwuaminooksydaza

62

SYNTEZA MOCZNIKA

Wątroba

• ostateczna detoksykacja NH

3

NH

3

+ CO

2

+ 2ATP

KARBAMOILOFOSFORAN

Jelito: bakterie
Deaminacja
glutaminy
Mięśnie; cykl
purynowy
Wątroba:
Deaminacja
glutaminy
Deaminacja
glutaminianu

Mitochondrialny izoenzym

Syntetaza karbamoilofosforanowa

CPS-I

• swoista dla wątroby

• występuje także w nabłonku jelit

63

SYNTEZA MOCZNIKA

Syntetaza karbamoilofosforanowa

- CPS-I

(+) allosterycznie

N-ACETYLOGLUTAMINIAN

syntetaza

N-acetyloglutaminianu

GLUTAMINIAN + ACETYLO-CoA

• działanie lecznicze argininy w zatruciu NH

3

(+) arginina !!! Endogenna

• arginaza w wątrobie ma b.wysoką aktywność

 ze wzrostem stężenia
glutaminianu
jako skutek

• większej dostępności AA

• intensywności transaminacji

64

SYNTEZA MOCZNIKA

KARBAMOILOFOSFORAN

Karbamolilotransferaza

ornitynowa

CYTRULINA

ORNITYNA

65

SYNTEZA MOCZNIKA

CYTRULINA

ATP

syntetaza
argininobursztynianowa

ASPARAGINIAN NH

3

PP + AMP

Pirofosfataza

ARGININOBURSZTYNIAN

jabłczan

P

i

+ P

i

Liaza

fumaran
szczawiooctan

ARGININA

+ NH

3

AspAT

arginaza

asparaginian

ORNITYNA

MOCZNIK

66

SYNTEZA MOCZNIKA

REGULACJA

regulowany adaptacyjnie

w zależności od stężenia białka w diecie

• Dieta bogatobiałkowa (+)

• Glukokortykosterydy (+)

• Głód (+)
 Łączy je

zwiększony

wychwyt aminokwasów przez wątrobę

WATROBA

MIĘŚNIE

INSULINA

TYROKSYNA

GLUKAGON

GLUKOKORTYKOSTERYDY

67

SYNTEZA MOCZNIKA

REGULACJA

INSULINA

• w mięśniach

 transport dokomórkowy
 biosyntezę białek

brak  zanik mięśni

• w wątrobie

 utylizacja glukozy
oszczędza białka -  degradację i wychwyt z krążenia

wpływa

(+)

na bilans azotowy

68

SYNTEZA MOCZNIKA

REGULACJA

GLUKOKORTYKOSTERYDY

• w mięśniach 

katabolicznie

rozpad białek  AA  wątroba  glukoneogeneza



synteza białek

• w wątrobie 

anabolicznie

GLUKAGON

przez cAMP  glikogenoliza

glukoneogeneza

w watrobie  AA  Glukoneogeneza

!! w mięśniach nie ma receptorów dla glukagonu

TYROKSYNA

• zależy od ilości

• fizjologicznie - anabolicznie w mięśniach

• w nadczynności - katabolicznie

69

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

70

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

HYPERAMONEMIA typu I

-

syntetaza

karbamolilofosforanowa

HYPERAMONEMIA typu II

–

karbamoilotransferaza

ornitynowa

 Postać ostra; kilka godzin po urodzenie; brak
łaknienia; zaburzenia oddechowe;  NH

3

we krwi

1000-2000 g% (norma 100g%)
  pH krwi;

zasadowica

metaboliczna; przeżycie

kilkadziesiąt dni
 mechanizm: obniżone stężenie cytruliny i argininy 
obniżona

synteza N-acetyloglutamininu;

zahamowanie syntetazy
karbamoilofosforanowej  NH

3

 najbardziej wrażliwe na  NH

3

są miejsca wiążące

NH

3

– głównie

aminacja -ketoglutaranu przez

dehydrogenazę

glutaminianową; optimum

pH zasadowe przesuwa reakcję w stronę syntezy
glutaminanu; aktywowana przez ADP a
hamowana przez ATP; a takie warunki dominują w tym
bloku

71

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

 w redukcyjnej dezaminacji zużywa się także NADH

2



obniżenie

przemian

oksydacyjnych

 występuje także

niedobór

szczawiooctanu

 z -

ketoglutaranu
 w wątrobie w warunkach fizjologicznych szczawioctan
jest

regenerowany z asparaginianu z cyklu

ornitynowego
 brak szczawioctanu  zahamowanie cyklu Krebsa; 
oksydacyjna

fosforylacja;  ATP

 w tkankach obwodowych podobnie
 zaburzenia obu enzymów prowadzą do

zwiększenia

syntezy

glicyny

i

glutaminy

, w których jest

akumulowany nadmiar azotu; ten nadmiar musi być
usuwany z organizmu

72

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

leczenie:
 dieta uboga w białko wzbogacona benzoesanem i
fenylooctanem;
 benzoesan  benzoiloCoA + glicyna  hipuran;
 fenyloacetylo-CoA + glutamina 
fenyloacetyloglutamina:
 azot jest teraz usuwany jako hipuran i
fenyloacetyloglutamina

73

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

CYTRULINEMIA

–

syntetaza

argininobursztynianowa

 klasyczny defekt z

obniżonym

powinowactwem

enzymu do

substratu (cytruliny) – bezpośrednia

przyczyna
  cytruliny we krwi i moczu

HYPERARGININEMIA

–

arginaza

  w moczu arg, liz, cys

74

BLOKI METABOLICZNE CYKLU MOCZNIKOWEGO

Acyduria argininobursztynianowa

–

liaza

argininobursztynianowa

 śmiertelna u dzieci
 skutki wady można złagodzić podając w diecie
nadmiar argininy

oraz ograniczając zawartość

białka;
 arginina w watrobie ulega przekształceniu do
mocznika i ornityny;

ornityna reaguje z

karabamoilofosforanem i powstaje

cytrulina;

łączy się z asparaginianem dając
argininobursztynian; azot jest wydalany jako

argininobursztynian

75

76

Losy szkieletów węglowych
aminokwasów białkowych

77

ARGININA

Aminokwas

częściowo egzogenny

– w okresie

wzrostu

SYNTEZA



Wątroba?: cykl mocznikowy; ale arginaza

szybko ją

rozkłada; wątroba prawie nic nie

uwalnia do

krwi

 Synteza na potrzeby organizmu w 2 tkankach:
jelita i

rdzeń

nerki

W enterocytach dwa pierwsze enzymy cyklu
mocznikowego:

• syntetaza karbamoilofosforanowa

• karbamoilotransferaza ornitynowa



synteza

cytruliny

W rdzeniu nerki aktywność

• syntetazy i liazy argininobursztynianowej

78

ARGININA

JELITA

• z glutaminy napływającej z krwi synteza ornityny

GLUTAMINA



glutaminaza



NH

3



CO

2

+ NH

3

+ ATP

KWAS GLUTAMINOWY



syntetaza karbamoilofosforanowa



karbamoilofosforan

-SEMIALDEHYD GLUTAMINOWY



karbamoilotransferaza

ornitynowa



cytrulina

ORNITYNA



krążenie

79

ARGININA

NERKA

(rdzeń)



kwas asparaginowy [NH

2

] 

CYTRULINA



syntetaza argininobursztynianowa

ARGININOBURSZTYNIAN
fumaran

liaza argininobursztynianowa

ARGININA



krążenie



tkanki

synteza kreatyny (wątroba i trzustka)

synteza białek (histony)

80

ARGININA

MÓZG (OUN)



kwas asparaginowy [NH

2

] 

CYTRULINA



syntetaza argininobursztynianowa

ARGININOBURSZTYNIAN
fumaran

liaza argininobursztynianowa

ARGININA



SYNTAZA NO



NO/EDRF
neuroprzekaźnik

pamięć krótkoterminowa

81

ARGININA

Względna aktywność

WĄTROBA JELITO NERKI

karbamolilotransferaza ornitynowa

wysoka wysoka niska

syntetaza argininobursztynianowa

niska

wysoka wysoka

arginaza

wysoka niska niska

82

•

Dekarboksylacja

 oligoamina -

agmatyna

wpływa na podziały mitotyczne

•

transamidynacja

 przeniesienie reszty

guanidynowej na

glicynę  transamidynaza

argininoglicynowa 

guanidynooctan (nerka)



+CH

3

(S-adenozylometionina) 

metylotransferaza

guanidynooctanowa 

kreatyna

(wątroba)

ARGININA

83

SYNTEZA KREATYNY I KREATYNINY

NERKI

WĄTROBA

MIĘŚNIE

84

ORNITYNA

• Aminokwas niebiałkowy
•

transaminacja

 semialdehyd kwasu

glutaminowego 

utlenienie  kwas

glutaminowy
•

dekarboksylacja

 dekarboksylaza ornitynowe 

tetrametylenodiamina - putrescyna

(

1,4-diaminobutan)

• powstawanie

poliamin

- spermina i

spermidyna

część putrescynowa poliamin pochodzi z

ornityny

, a diaminopropanowa ze

zdekarboksylowanej S-

adenozylometioniny

• u eukariotów głównie spermidyna i spermina;

prokaryota - putrescyna i

spermidyna

85

ORNITYNA

BIOSYNTEZ
A
SPERMINY I
SPERMIDYN
Y

metionina

S-adenozylometionina

Dekarboksylaza

S-adenozylometioninowa

ornityna

Dekarboksylaza

ornitynowa

putrescyna

syntaza

spermidynowa

spermidyna

syntaza

spermidynowa

spermina

86

Miedzynarządowa wymiana aminokwasów w stanie poresorbcyjnym