Wykład 5
Biosynteza aminokwasów
Biosynteza białka
Hormony
Wykład 5
Biosynteza aminokwasów
Biosynteza białka
Hormony
Biosynteza aminokwasów
• Opis
• Degradacja aminokwasów
• Cykl mocznikowy
Biosynteza aminokwasów
• Biosynteza aminokwasów może obejmować od 1 do
15 etapów. Najczęściej wiele etapów wymagane są
w syntezie aminokwasów egzogennych, na drodze
ewolucji, u organizmów wyższych, potrzebne
enzymy do ich syntezy zostały utracone i
aminokwasy te muszą być przyjmowane z
pożywieniem.
• Do aminokwasów egzogennych dla człowieka zalicza
się 8 aminokwasów:
• fenyloalanina, izoleucyna, leucyna, lizyna,
metionina, treonina, tryptofan, walina
• u dzieci dodatkowo:
i
• Rośliny wytwarzają wszystkie aminokwasy!
• Grupa aminowa
potrzebna do syntezy
aminokwasów
pochodzi najczęściej z
reakcji transaminacji
glutaminianu,
szkielety węglowe
wywodzą się z: Cyklu
Krebsa, glikolizy,
szlaku
pentozofosforanow
ego
Biosyntetyczne
rodziny
aminokwasów
Synteza asparaginianu (enzym – aminotransferaza
asparaginianowa):
Glutaminian + szczawiooctan ↔ asparaginian +
ketoglutaran
Transaminacja – proces, w którym grupa -aminowa jednego
aminokwasu (donor) jest odłączona i przeniesiona na szkielet
węglowy kolejnego aminokwasu (akceptor), najczęściej jest nim 2-
oksoglutaran (-ketoglutaran), a powstaje glutaminian. Transaminacje
katalizowane są przez aminotransferazy (transaminazy), enzymy z
klasy transferaz, współpracujące z fosforanem pirydoksalu, pochodnej
witaminy B
6
. Reakcje te są najczęściej w pełni odwracalne i
„anergiczne” – niewymagające i niewytwarzające energii.
Synteza seryny składa się z 3 etapów:
3-fosfoglicerynian → → → seryna
Degradacja aminokwasów rozpoczyna się od odłączenia
grupy -aminowej, pozostały szkielet węglowy
przekształcany jest do jednego z kilku metabolitów i
używany jako paliwo energetyczne: pirogronian, -
ketoglutaran, bursztynylo-CoA, fumaran, szczawiooctan –
aminokwasy glukogenne (może z nich powstawać w
procesie glukoneogenezy glukoza), acetylo-CoA,
acetoacetylo-CoA - aminokwasy ketogenne (mogą
powstawać z nich ciała ketonowe produkty rozpadu,
będącego w nadmiarze, acetylo-CoA).
Oksydoredukcyjne przemiany
aminokwasów.
• Oksydacyjna deaminacja glutaminianu. Glutaminian
powstający w reakcjach transaminacji ulega oksydacyjnej
deaminacji, w wyniku tej reakcji powstaje amoniak, reakcja
katalizowana jest przez dehydrogenazę glutaminianową,
a koenzymem może być NAD
+
podczas rozkładu
glutaminianu lub NADP
+
podczas syntezy tego aminokwasu
glutaminian + NAD(P)
+
+ H
2
O ↔ 2-oksoglutaran + NAD(P)H +
H
+
+ NH
3
Oksydacja innych aminokwasów przez
oksydazy L-aminokwasów, koenzymem
jest FMN lub FAD, w tych reakcjach
substratem mogą być dowolne L-
aminokwasy.
Reakcja ogólna katalizowana przez oksydazę L-aminokwasów:
Dekarboksylacja aminokwasów – proces
rozkładu aminokwasów w wyniku, którego
wydzielany jest CO
2
i powstają aminy biogenne,
reakcje katalizowane są przez dekarboksylazy
aminokwasowe, enzymy z klasy liaz,
współpracujące z fosforanem pirydoksalu.
Histydyna → histamina + CO
2
Inne aminy biogenne:
cysteamina – składnik CoA,
produkt dekarboksylacji cysteiny,
-alanina – składnik CoA,
produkt dekarboksylacji
asparaginianu
4-aminomaślan (GABA) –
przenosi impulsy nerwowe -
produkt dekarboksylacji
glutaminianu
kadaweryna – nieprzyjemnie
pachnie, posiada właściwości
toksyczne, pojawia się podczas
procesów gnilnych produkt
dekarboksylacji lizyny
Cykl mocznikowy
• U zwierząt i człowieka przyswojony azot z pokarmem
używany jest do biosyntezy aminokwasów i białek,
nukleotydów i kwasów nukleinowych, hormonów i
innych związków zawierających w swym składzie N.
• Nadmiar pobranego azotu gromadzi się jako
toksyczny NH
3
lub NH
4+
.
• U ssaków azot usuwany jest ze złuszczającym się
naskórkiem, z kałem, a przede wszystkim z moczem.
Organizmy wodne wydalają amoniak bezpośrednio do
wody (najprostszy i energetycznie najkorzystniejszy
sposób), ptaki i gady z kolei w postaci kwasu
moczowego (proces bardziej energochłonny i bardziej
skomplikowany niż synteza mocznika, kwas moczowy
nie jest rozpuszczalny w wodzie).
Reakcja sumaryczna cyklu
mocznikowego:
HCO
3
-
+ NH
4
+ + 3 ATP + asparaginian + H
2
O →
mocznik + 2 ADP + 2 P
i
+ AMP + PP
i
+
fumaran
Aktywacja i kondensacja amoniaku z CO
2
–
reakcja katalizowana przez syntetazę
karbamoilofosforanową (zachodzi w
mitochondrium)
CO
2
+ 2ATP + H
2
O + NH
4
+
→ karbamoilofosforan + 2 ADP
+ P
i
Powstawanie z argininy mocznika i ornityny
reakcja katalizowana przez arginazę (zachodzi w
cytoplazmie)
Arginina + H
2
O → mocznik + ornityna
Jeden z 2 atomów azotu w moczniku pochodzi z
amoniaku, a drugi z asparaginianu, atom węgla
pochodzi z CO2.
Znaczenie cyklu mocznikowego:
• Wydalanie azotu w postaci amoniaku wymagałoby
tworzenie dużych ilości moczu – kilkaset litrów
dziennie, co powodowałoby nadmierne odwodnienie
organizmu
• Mocznik jest stosunkowo mało toksyczny i dobrze
rozpuszczalny w wodzie, jego synteza powoduje
zakwaszenie płynów ustrojowych, a nie ich alkalizację
• Zakłócenia w cyklu mocznikowym, powodują
gromadzenie się amoniaku we krwi i chorobę zwaną
hiperamonemią. Choroba ta czasem obserwowana
u noworodków powoduje zmiany w mózgu, polega
ona prawdopodobnie na zwiększonej syntezie
glutaminianu i glutaminy (substratem jest NH
4+
), co
wywołuje z jednej strony efekt osmotyczny (obrzęki),
a z drugiej strony prowadzi do wyczerpania 2-
oksoglutaranu, zaburzając normalny przebieg cyklu
Kresa i wytwarzanie energii, zwłaszcza w mózgu.