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:

histydyna

i

arginina

• 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.