2013-01-16
Wszystkie organizmy
Tylko bakterie
ZWI
ZKI AZOTOWE
azotowe
Aminokwasy
Białka
AMINOKWASY
Nukleotydy
DNA RNA
Aminocukry
" Losy azotu białkowego  deaminacje, transaminacje
Heteropolisa-
Porfiryny
(transdeaminacja), cykl mocznikowy, Glu, Gln, Ala,
Nitrosomonas charydy
Fosfolipidy
" Gluko- i ketogenność szkieletów węglowych; aminokwasy
Energia
endogenne
" witaminy (koenzymy) niezbędne w metabolizmie tej grupy
Większość roślin i bakterii
związków
" przemiany wybranych aminokwasów (aminokwasy siarkowe 
Nitrobacter
metionina, cysteina; seryna (jednostki 1C), glicyna; arginina;
aminokwasy aromatyczne  fenyloalanina, tyrozyna, tryptofan
Energia
" schorzenia związane z metabolizmem aminokwasów   choroba
syropu klonowego , metylomalonyloaciduria, fenyloketonuria,
alkaptonuria, albinizm, schorzenie Harnupta
Białka powstają i ulegają degradacji.
W organizmie zdrowego dorosłego człowieka BILANS AZOTOWY  ilość azotu
szybkość syntezy równowa\
y szybkość degradacji.
otrzymywanego z dietą porównywana jest
Białka diety
~100g dziennie
z ilością azotu wydalanego z ustroju.
Synteza
Białka
aminokwasów
RÓWNOWAGA charakteryzuje
ustrojowe
endogennych
~400g dziennie
zdrowe, dorosłe dobrze od\
ywiane
Pula aminokwasów ~100g
organizmy; (tylko ~75% AA z białek
organizmu jest reutylizowane do syntezy
Białka ustrojowe
Synteza: porfiryn,
~400g dziennie
kreatyny,puryn, pirymidyn,
nowych białek ustroju; pozostałe ~25%
neurotransmiterów i innych
związków zawierających azot
jest wykorzystywane do syntezy innych
związków azotowych lub utleniane; białka
Glukoza, ciała ketonowe,steroidy,
glikogen kwasy tłuszczowe,
diety równowa\
Ä… braki).
CO2
Aminokwasy mogą być
wykorzystywane jako z
ródło energii
1
2013-01-16
Ujemny bilans azotowy  więcej
Dodatni bilans azotowy  więcej
azotu jest wydalane ni\
pobierane
azotu zatrzymywane ni\
wydalane
z dietą; występuje przy niedo\
ywieniu
w wyniku nasilenia procesów
lub wyniszczajÄ…cych chorobach
wzrostowych oraz regeneracji tkanek
(nowotwory, rozległe oparzenia itp.)
po urazach, chorobach itp.
Organizm zu\
ywa więcej aminokwasów
Charakterystyczny dla dojrzewania
z degradowanych białek ustroju dla
i rozwoju w dzieciństwie i młodości.
uzyskania energii oraz uzupełniania
brakujących aminokwasów egzogennych
(niezbędnych)
Aminokwasy egzogenne (niezbędne) (muszą być dostarczane w diecie) vs.
aminokwasy endogenne (są syntetyzowane w organizmie człowieka)
Kwashiorkor (niedo\
ywienie białkowe) -
Aminokwasy Aminokwasy choroba powodowana tak niedoborem ilościowym, jak i
syntetyzowane niezbędne jakościowym po\
ywienia (białko, witaminy, pierwiastki
w ustroju w diecie śladowe), dotycząca najczęściej dzieci w ubogich
ludzkim człowieka krajach.
Alanina Arginina
Niedobory \
ywieniowe zaburzają syntezę enzymów,
Asparagina Histydyna
niedostateczna poda\
aminokwasów prowadzi do zmian
Asparaginian Izoleucyna
funkcji a potem i struktury narządów wewnętrznych,
Cysteina Leucyna
wtórnie tak\
e do zaburzeń gospodarki wodno-
Glutaminian Lizyna
elektrolitowej i układu odpornościowego.
Glutamina Metionina
*są syntetyzowane w komórkach
Glicyna Fenyloalanina Cierpiący na kwashiorkor jest osłabiony, apatyczny,
ssaków, ale w ilości niewystarczającej
Prolina Treonina *Cys i Tyr są niezbędne tak długo, jak zanik tkanki tłuszczowej i mięśni mogą być maskowane
długo Met i Phe są dostarczane w
Seryna Tryptofan obrzękami, szczególnie brzucha. Laboratoryjnie mo\
na
diecie
Tyrozyna Walina wykazać przewodnienie hipotoniczne, ubytki
pierwiastków śladowych& ..
2
2013-01-16
N-koniec
Proteoliza
białek aminopeptydazy
TRAWIENIE BIAA
EK w PRZEWODZIE POKARMOWYM
Pokarm
pokarmowych
pepsyna
śOA

DEK  HYDRATACJA, HOMOGENIZACJA,
\
ołądek
DENATURACJA (pH < 2), HYDROLIZA ENZYMATYCZNA
białko
PEPSYNA (PEPSYNOGEN)
trzustka trypsyna
Peptydy
chymotrypsyna
elastaza
Jelito
cienkie
aminopeptydazy
KREW
di-i tri-
peptydazy
Aminokwasy
karboksypeptydazy
Amino
kwasy C-koniec
K-ki nabłonka jelita
PROTEAZY syntetyzowane sÄ… w POSTACI
NIEAKTYWNYCH PROENZYMÓW  ZYMOGENÓW - TRAWIENIE BIAA
EK w PRZEWODZIE POKARMOWYM
KTÓRE ULEGAJ
AKTYWACJI POPRZEZ
PROTEOLITYCZNE USUNI
CIE FRAGMENTU ICH TRZUSTKA  WYDZIELANIE PROPEPTYDAZ  Enterokinaza
A
AC
CUCHA POLIPEPTYDOWEGO jelitowa - KLUCZOWA ROLA TRYPSYNY
W AKTYWACJI ZYMOGENOWEJ W ÅšWIETLE JELITA
CCK NABA
ONEK JELITOWY
(proteolityczne usunięcie fragmentu łańcucha polipeptydowego)
CHYMOTRYPSYNA, ELASTAZA, KARBOKSYPEPTYDAZY
ENTEROPEPTYDAZA
NABA
ONEK JELITOWY  AMINOPEPTYDAZY, DIPEPTYDAZY
PRODUKTEM DZIAA
ANIA PROTEAZ i PEPTYDAZ PRZEWODU
POKARMOWEGO jest MIESZANINA aminokwasów oraz
di- i tripeptydów wchłanianych przez nabłonek jelitowy.
CHYMOTRYPSYNOGEN
3
2013-01-16
Wchłanianie aminokwasów
aminokwas Wchłanianie aminokwasów w jelicie
ÅšWIATA
O
JELITA
UÅ‚atwiona
dyfuzja
System transportu Transportowane aminokwasy Zaburzenia
choroba Hartnupów *
aminokwasów
Światło jelita: 0.14 M
 obojętnych
Komórki nabłonka: 0.03 M
aminokwas
**
Kapilary: 0.14 M
aminokwasów
dwuzasadowych
Aktywny aminokwasów
transport dwukarboksylowych
Dyfuzja ułatwiona
ATPaza Na+/K+
glicyny i iminokwasów
śyła wrotna
aminokwas
*niacyna **penicylamina
Wewnątrzkomórkowa degradacja białek
Katabolizm aminokwasów wchłanianych przez \
yłę wrotną do wątroby
W komórkach eukariotycznych występują dwa podstawowe
1. Po wchłonięciu w jelicie aminokwasy transportowane
systemy degradacyjne białek - lizosomalny i pozalizosomalny.
sÄ… \
yłą wrotną do wątroby.
Szlak lizosomalny
2. Wątroba jest głównym miejscem metabolizmu
Szlak pozalizosomalny
- proteazy lizosomalne
szkieletu węglowego i azotu aminokwasów oraz jest
(katepsyny)
- zależny od ATP szlak ubikwityna/proteasom,
organem najbardziej zaanga\
owanym w syntezÄ™
- kwaśne środowisko - funkcjonuje w cytozolu, mitochondriach, siateczce
endoplazmatycznej, aparacie Golgiego, w jÄ…drach
- degradowane są białka i katabolizm aminokwasów.
komórkowych, w bł. plazmatycznych
zewnątrzkomórkowe, dostające
się do komórek na przykład - Degradowane są oprócz białek strukturalnych i
3. Azot aminokwasowy w znacznej części
podczas endocytozy,
konstytutywnych, enzymy regulujÄ…ce szlaki
usuwany jest przez enzymy wÄ…trobowe
biosyntetyczne, białka regulujące przebieg cyklu
- Białka wewnątrzkomórkowe,
komórkowego, wiele czynników transkrypcyjnych,
jeśli komórka poddana jest w reakcjach transaminacji lub
białek kodowanych przez onkogeny i geny
silnemu stresowi, np. podczas
w reakcjach, których produktem
supresorowe czy też białek biorących udział w
głodzenia.
odpowiedzi immunologicznej.
jest amoniak - deaminacje.
Kompleks proteasomu reguluje  obrót wielu białek wewnątrzkomórkowych pełniących
kluczową rolę w regulacji cyklu komórkowego, apoptozy, angiogenezy i ekspresji molekuł
adhezyjnych.
Próby wykorzystania inhibitorów aktywno ci proteasomów w terapii nowotworów.
Próby wykorzystania inhibitorów aktywności proteasomów w terapii nowotworów.
Próby wykorzystania inhibitorów aktywno ci proteasomów w terapii nowotworów.
Próby wykorzystania inhibitorów aktywno ci proteasomów w terapii nowotworów.
4
2013-01-16
" Deaminacja oksydacyjna
DEAMINACJA AMINOKWASÓW
OKSYDAZY D- i L-AMINOKWASÓW
" Deaminacja nieoksydacyjna
FMN FMNH2
Dehydrataza serynowo-treoninowa
(L-) FAD
FADH2
(FADH2) FMNH2 FMN
Seryna pirogronian
KATALAZA
H2O
treonina alfa-ketomaślan
Dehydrogenaza glutaminianowa
(inny sposób oksydacyjnej deaminacji)
OKSYDAZA
D-AMINOKWASÓW
GLICYNA
GLIOKSALAN SZCZAWIAN
Szczawiany wapnia stanowią około 70% tzw.  kamieni
a-ketoglutaran
glutaminian
nerkowych , złogów mineralnych powstających w
miedniczkach i kielichach nerkowych, które w
mniejszym lub większym stopniu blokują dro\
ność dróg
Jest to bardzo ważna reakcja metabolizmu azotu
moczowych oraz wywołują bardzo silne bóle (kolka
nerkowa).
Zaburzony metabolizm wapnia  wzrost stÄ™\
ęnia w krwi;
odwodnienie; dieta bogata w szczawiany (niektóre jarzyny, owoce)
5
2013-01-16
Koenzymem wszystkich aminotransferaz (transaminaz) jest
TRANSAMINACJA - Wszystkie aminokwasy z fosforan pirydoksalu, pochodna witaminy B6
-
-
-
wyjątkiem: lizyny, treoniny, proliny i hydroksyproliny mogą być
substratami w reakcjach transaminacji.
Aminotransferaza alaninowa katalizuje przeniesienie grupy
aminowej na pirogronian (ALT, SGPT)
Aminotransferaza asparaginianowa katalizuje przeniesienie grupy
aminowej na szczawiooctan (AST, SGOT)
Reakcje przebiegające z udziałem fosforanu pirydoksalu
lub fosforanu pirydoksaminy
Aminotransferaza glutaminianowa  na Ä…-ketoglutaran.
Ä…
Ä…
Ä…
Ka\
da transaminaza jest specyficzna dla pary
substratów aminokwas-ketokwas.
Aminokwas
Aminotranferaza
L-Ä…-aminokwas Ä…-ketokwas
2- ketokwas
Fosforan pirydoksaminy
Fosforan pirydoksalu
Aminotransferazy i glutaminian
Aminokwas glutaminian
Fosforan pirydoksalu
związek pośredni  zasada Schiffa
1. Transaminacje (aminotransferazy)
2. Dekarboksylacje (dekarboksylaza histydyny)
Fosforan pirydoksaminy Ä…-ketoglutaran
Ä…
Ä…
Ä…
3. Reakcje eliminacji przy węglu beta (dehydratazy seryny ą-ketokwas
i treoniny)
4. Rozpad aldolowy (aldolaza fruktozo-bis-fosforanu)
5. Donacja protonu (fosforylaza glikogenowa)
6
2013-01-16
Reakcja katalizowana przez dehydrogenazÄ™ glutaminianowÄ…
Cytozol
jest odwracalna
1. Jest to jedna z przyczyn toksyczności amoniaku
Ä…-aminokwas
Ä…
Ä…
Ä…
Ä…-ketoglutaran
Ä…
Ä…
Ä…
2. Umo\
liwia wprowadzenie grupy aminowanej do aminokwasów
A. syntetyzowanych endogennie
Aminotransferaza
Ä…-ketoglutaran
Ä…
Ä…
Ä…
Ä…-ketokwas
Ä…
Ä…
Ä…
glutaminian
Mitochondria
Aktywowana
B. Aktywowana
przez ADP i GDP
przez ATP i GTP
Dehydrogenaza
Ä…-ketoglutaran
Ä…
Ä…
Ä…
glutaminian
glutaminianowa
glutaminian
Suma A i B reakcja transdeaminacji
Dehydrogenaza glutaminianowa jest enzymem allosterycznym
Reakcja katalizowana przez dehydrogenazÄ™
Wykorzystanie jonów amonowych:
glutaminianowÄ… jest odwracalna
1. Synteza glutaminianu i innych aminokwasów
2. Synteza glutaminy i nukleotydów
3. Synteza mocznika
Dehydrogenaza
Ä…-ketoglutaran
Ä…
Ä…
Ä…
glutaminian
glutaminianowa
7
2013-01-16
Regulacja katalitycznej aktywności syntetazy
glutaminowej  modyfikacja kowalencyjna:
- adenylacja (reszty tyrozyny)
- deadenylacja
adenylotransferaza
Syntetaza
glutaminian glutaminy glutamina
Allosteryczna regulacja
Regulacja katalitycznej aktywności adenylotransferazy
katalitycznej aktywności
 modyfikacja kowalencyjna:
syntetazy glutaminowej
- urydylacja (reszty tyrozyny)
- deurydylacja
urydylotransferaza
8
2013-01-16
Mitochondrialna syntetaza karbamoilofosforanu I
Cykl mocznikowy
aktywowana jest przez N-acetyloglutaminian
" Niezbędny dla usuwania azotu aminokwasowego
u zwierzÄ…t
" Zachodzi w wÄ…trobie
Wodorowęglan Karboksyfosforan Kwas karbaminowy
Karbamoilofosforan
HCO3- + NH4+ + 2ATP karbamoilofosforan + 2ADP + Pi
" Reakcje rozdzielone są pomiędzy mitochondria
i cytoplazmÄ™
Arginina
W macierzy mitochondrialnej hepatocytów
Fumaran
Mocznik
Argininobursztynian Ornityna
Karbamoiltranferaza
ornitynowa
Karbamoilo-
Cytrulina
Asparaginian fosforan
Ornityna Karbamoilofosforan Cytrulina
Macierz
mitochondrium
9
2013-01-16
Koszt syntezy mocznika
Syntetaza
karbamoilo
Karbamoilotransfe
fosforanu 2NH4+ + HCO3- + 3ATP4- + H2O



-raza ornitynowa
Ornityna
Mocznik + 2 ADP3- + 4 Pi2- + AMP2- + 5H+
Cytrulina
Cztery  wysokoenergetyczne wiÄ…zania
ASP
fosforanowe sÄ… wykorzystywane do syntezy
Arginaza
Syntetaza GLU
Asparaginian
mocznika, a z asparaginianu powstaje fumaran
argininobursztynianu
Mocznik
Liaza *z fumaranu mo\
e powstać szczawiooctan:
argininobursztynianowa
Arginina FUMARAN JABA
CZAN SZCZAWIOOCTAN
co wiÄ…\
e siÄ™ z powstaniem NADH z NAD+
Argininobursztynian
u\
ywanego przez DEHYDROGENAZ

JABA
CZANOW
co mo\
e prowadzić do
Fumaran
H
wytworzenia 2.5 ATP
4 ATP/ 1 mocznik
Cytosol
Regulacja intensywności cyklu mocznikowego
WYDALANIE AZOTU
Doraz
na
Aktywacja allosteryczna mitochondrialnej syntetazy
karbamoilofosforanu przez N-acetyloglutaminian.
Metabolit wydalany z moczem g/24 godz. % całkowitego
Wzrost stÄ™\
enia argininy stymuluje syntezÄ™
mocznik
N-acetyloglutaminianu.
jony amonowe
Długotrwała
kreatynina
Dieta bogata w białko indukuje syntezę enzymów cyklu
kwas moczowy
mocznikowego. Dieta uboga w białko-odwrotnie.
10
2013-01-16
+
Białka wewnątrzkomórkowe
CPS-I
Białka z po\
ywienia
Aminokwasy
Biosynteza
Glutamate Szkielety węglowe
glutaminian
aminokwasów,
aminokwasów
Syntetaza N-acetyloglutaminianu
nukleotydów i amin
+
biogennych
karbamoilofosforan
Ä…-ketokwasy
Ä…
Ä…
Ä…
Karbamoilofosforan
Pomost
asparaginian
Cykl Cykl kwasu
mocznikowy -arginino- cytrynowego
N-acetyloglutaminian
bursztynian
CPS-I nie jest aktywna przy braku
N-acetyloglutaminianu. Stężenie
Mocznik
N-acetyloglutaminianu zależy od Mocznik
Szczawiooctan
stężenia acetylo-CoA, glutaminianu
wydalanie
i argininy, która jest allosterycznym
azotu
aktywatorem syntetazy N- Glukoza syntetyzowana
aminokwasów
!
acetyloglutaminianu. w glukoneogenezie
Gln i Ala są głównymi przenośnikami
Glukagon stymuluje pobieranie Gln i Ala
azotu białkowego w organizmie oraz katabolizm aminokwasów w wątrobie
Glutamina jest powszechnym przenośnikiem
azotu z większości tkanek
" Podwy\
szony poziom glukagonu prowadzi do
zwiększonego wchłaniania AA przez wątrobę co
powoduje obni\
enie ich stÄ™\
enia w osoczu.
Alanina jest wykorzystywana do
" Proteoliza białek mięśni nasila się w odpowiedzi
przenoszenia pirogronianu z mięśni do wątroby
na zmniejszone stÄ™\
enie krÄ…\
Ä…cych AA.
celem wykorzystania jego szkieletu do syntezy
" Mięśnie są głównym z
ródłem azotu; miejsce
glukozy na drodze glukoneogenezy
katabolizmu większości aminokwasów
(CYKL GLUKOZOWO-ALANINOWY)
11
2013-01-16
Białka
mięśni
CYKL
Mięsień
GLUKOZOWO-ALANINOWY
Glukoza we krwi Alanina we krwi
Glutaminian Alanina
WÄ…troba
Mocznik
WÄ…troba
glutaminian
Glutaminaza
(mitochondria
wÄ…troby,nerki)
Pirogronian
Alanina
12
2013-01-16
y
ródła jonów amonowych:
Detoksykacje amoniaku
1. Transaminacje aminokwasów skojarzone z dehydrogenazą
glutaminianowÄ… (transdeaminacja)
1. Synteza glutaminianu
2. Oksydazy aminokwasów
(aminotransferaza) i innych
mózg
3. Hydroliza glutaminy w jelicie i nerkach
aminokwasów
4. Rozpad glicyny przy udziale tetrahydrofolianu
2. Synteza glutaminy (syntetaza glutaminy)
5. Deaminacja puryn i pirymidyn
i nukleotydów
StÄ™\
enie jonów amonowych w osoczu: 10-20 µg/dL
µ
µ
µ
wÄ…troba
3. Synteza mocznika (cykl mocznikowy)
Uwaga! Jony amonowe sÄ… toksyczne!
BIAA
KA EGZOGENNE
CIAA
A KETONOWE
NH3 w większym stę\
eniu jest MOCZNIK
(DIETA) ~100g/DZIEC

KWASY TA
USZCZOWE
20-30g/DZIEC

bardzo toksyczny
NH3
PULA ACETYLO-CoA
E
AMINOKWASÓW
Wpływa na pH krwi i płynu międzykomórkowego
N
20-30mg/dL (KREW)
SZKIELETY W
GLOWE
E
Najpowa\
niejszy wpływ na OUN:
(C-SZKIELETY)
R
BIAA
KA ENDOGENNE
utrata energii  spada poziom a-KG z powodu
G
~200-300g/DZIEC

syntezy Glu;
METABOLITY
I
GLIKOLIZY i
ZWI
ZKI AZOTOWE
A
-spada poziom Glu w wyniku syntezy Gln;
CYKLU KREBSA
PURYNY
PIRYMIDYNY
utrata Glu  wa\
ny neurotransmiter
PORFIYNY
GLUKOZA i GLIKOGEN
HORMONY
NEUROTRANSMITERY
FOSFOLIPIDY
KOENZYMY BARWNIKI
KREATYNA i inne
13
2013-01-16
ALANINA GLUKOZA
AMINOKWASY 3-FOSFOGLICERYNIAN
GLICYNA
PHE TYR
CYSTEINA
(6) ALA
SERYNA GLUKOGENNE FH4*
TREONINA (4) SER GLY
i
TRYPTOFAN
PIROGRONIAN
KETOGENNE
 S 
MET
(6) TRP
(5) TRP
TRP
TRP
PIROGRONIAN CYS
(2) (3)
SZCZAWIO
ASN ASP
OCTAN C
CIAA
A (1)
ACETYLO ACETOOCTAN K Ä…-KETO GLN
Ä…
Ä…
Ä…
GLU
GLUKOZA OXALOACETATE KETO-
GLUTARAN
-CoA
NOWE
LYS
MOCZNIK
FUMARAN CYKL
HIS
ASPARAGINIAN
LEUCYNA
NUKLEOTYDY
KREBSA
ASPARAGINA
TRYPTOFAN HOMOSERYN
MET ORNITYNA
PRO
A TRP
BURSZTYNIAN TREONINA
IZOLEUCYNA
ASPARAGINIAN
IZOLEUCYNA
Ä…-KETO- LEUCYNA
Ä…
Ä…
Ä…
FENYLOALANINA THR
(7) LEU, ILEU,VAL
LEU, ILEU, VAL
LEU, ILEU,VAL
LEU, ILEU,VAL
GLUTARAN
LIZYNA
TYROZYNA
FENYLOALANINA
WALINA
TYROZYNA
ILE MOCZNIK ARG GABA
METIONINA
GLUTAMINAN
TREONINA GLUTAMINA PUTRESCYNA GSH
FOSFO-
IZOLEUCYNA HISTYDYNA
NO
FOLIAN
KREATYNA
PROLINA
POLIAMINY
ARGININA
14