Enzymy proteolityczne wewnątrz komórkowe są odpowiedzialne za wymianę białek w organizmie i utrzymywaniu równowagi między pula
Białek a ilością produktów ich rozkładu. U zwierząt występują głównie w lizosomach kom. nerek, śledziony i wątroby. Najlepiej poznane są 4 katepsyne
Katepsyna I i II- endopeptydazy
III- aminopeptydaza
IV- karboksypeptydaza
Ich opt pH 4-5 wytwarzane już jako aktywne. U roślin mogą występować w wakuolach oraz różnych organellach . Opt pH 5-7, najbardziej znane:
-papaina- endopeptydaza cysteinowa
-ficyna
W wyniku współdziałania Endo z egzopeptydazami cząst białka są rozkuł do aminokwasów. Z białek pokarmowych powstają aminokwasy, które są absorbowane przez komórki nabłonka jelita cienkiego i dalej przedostają się do krwiobiegu. Za jego pośrednictwem transportowane są po całym organizmie . Część aminokwasów pochodzących z rozkładu białek jest ponownie wykorzystywana do syntezy białek a część rozkuł do azotu, kw nieorg oraz kw org. Aminokwasy będące produktami hydrolizy białek ulegają różnym przemianom
a)transaminacja- pełnią różne funkcje u zwierząt niż u roślin. U roślin- transport gr aminowych z AM pierwotnych na różne 2-oksokwasy, które po przyjęciu tych grup stają się aminokw białkowymi
Amino pierwotne- powstają na drodze bezpośredniego włączenia azotu nieorg. NH4+ do zw org. Są nimi; kw glutaminowy. Kw asparaginowy, alanina
Reakcje transami nacji u zwierząt polegają na przeniesieniu gup aminowych z aminokwasów białkowych uwolnionych w czasie proteolizy na takie aminokwasy, które dadzą nam aminokwasy podlegające procesom deaminacji.
Wszystkie reakcje transami nacji wymagają obecności koenzymy- fosforanu pirydoksalu
b) deaminacja polega na uwolnieniu z aminokwasu jonu amonowego oraz odpowiedniego 2 - oksokwasu lub kwasu nienasyconego. Wyróżnia się :
*deaminację oksydacyjną
*deaminację nieoksydacyjną
W reakcjach deaminacji oksydacyjnej zawsze bierze udział koenzym oksydoreduktaz, podczas gdy podczas reakcji deaminacji koenzymy te nie biorą udziału oraz produktem końcowym obok NH4+ jest kwas nienasycony. W ramach deaminacji oksydacyjnej wyróżnia się reakcje odwracalne i nieodwracalne. Typowym przykładem jest reakcja deaminacji kwasu glutaminowego przy udziale dehydrogenazy glutaminowej. Cechą charakterystyczną reakcji deaminacji oksydacyjnej jest to że powstaje produkt uboczny H2O2
c) dekarboksylacja- katalizowane są przez dekarboksylazy aminokwasowe- enzymy z klasy liaz. Najczęściej są wytwarzane przez mikroflorę przewodu pokarmowego. Aminokwasy uwolnione podczas proteolizy pod wpływem tych enzymów przekształcają się w aminy pierwszorzędowe nazywane aminami biogennymi. Aminy biogenne pełnią szereg bardzo ważnych funkcji metabolicznych
-cysteamina- produkt degradacji cysteiny, jest składnikiem koenzymu A
-kwas gamma aminomasłowy powstały z dekarboksylacji glutaminianu, jest odpowiedzialny za przekazywanie impulsów nerwowych w mózgu
-produkty dekarboksylacji lizyny i ornityny- kadaweryna i putrescyna obok tego, że I pełni funkcję wzrostową roślin są związkami toksycznymi i ich nieprzyjemny zapach świadczy o procesach gnilnych.
CYKL MOCZNIKOWY
Uwolniny w reakcjach deaminacji jon amonowy może być wykorzystywany w reakcjach syntezy nowych zwiąków azotowych, lecz u zwierząt znaczna jego część jest usuwana z organizmu w formie mocznika, kw moczowego, czy też jonu amonowego. Wyróżniamy 3 klasy organizmów różniących się formą wydalanego amonu:
1)ureolityczne-wydalają mocznik
2)urykoteliczne-wydalają azot w postaci kw moczowego
3)amonoteliczne- bezpośrednio jon amonowy. U wszystkich żywych organizmów funkcjonuje cykl mocznikowy, w którym uwolniony w reakcjach deaminacji NH4+ wchodzi w ciąg przemian w postaci karbamoilafosforanu. Synteza karbamoilafosforanu z NH4+ z CO2 i ATP jest reakcją przygotowawczą. Przebiega w mitochondriach i jest katalizowana przez syntetazę karbamoilafosforanową.
Cykl mocznikowy tworzą cztery reakcje katalizowane przez:
*karbamonotransferazę ornitynową
*syntetazę arginino bursztynianowi
*arginazę
Jedynie pierwsza z tych reakcji przebiega w mitochondriach, a pozostałe 3 w cytozolu. W szlaku tym biorą udział 2 związki makroergiczne:
-ATP
-karbamoilafosforan
Karbamoilasforan- jest źródłem energii . W pierwszej reakcji jest dawcą karbamoilowej. Atomy azotu obecne w moczniku pochodzą od 2 związków tj karbamoilafosforan i i kw asparginowego.
Podstawową funkcją tego cyklu u roślin jest:
a)synteza aminokwasu białkowego- argininy
b) gromadzenie nadmiaru azotu w postaci zw. Nietoksycznych o wysokim stosunku N i C. U zwierząt rola ta ogranicza się do syntezy związku, w postaci którego usuwany jest nadmiar azotu.
Powstałe w reakcji deaminacji i transami nacji aminokwasów kw organiczne mogą być wykorzystywane do syntezy różnych związków innych kw organicznych, kw tłuszczowych, cukrów, zasad azotowych jednak nadmiar wchodzi w przemiany cyklu Krebsa lub przemiany oksydacyjnej dekarboksylacji w wyniku czego postają cząsteczki CO2.
ASYMILACJA AZOTU NIEORGANICZNEGO OBIEG AZOTU W PRZYRODZIE
Jedyną formą a zotu nieorganicznego, która może być bezpośrednio włączona do zw. Organicznego jest forma amonowa. Wszystkie inne formy muszą być przekształcone w NH4+. Funkcjonują duże pule azotanów u roślin:
a)zapasowa-obecna w wakuoli
b)metaboliczna- w cytoplazmie
U organizmów tych są sukcesywnie redukowane w 2 stopniowym procesie
1)polega na przekształcaniu jonu azotanowego w azotynowy przy udziale reduktazy azotanowej zlokalizowanej w cytoplazmie
2)katalizowane przez katalazę azotynową i polega na przekształceniu azotynu w jon amonowy. Przebiega w chloroplastach i źródłem elektronów jest NADPH lub zredukowana ferrodoksyna
Jon NH4+ może być włączany do zw organicznych na kilku drogach tj.
1)redukcyjna aminacja 2oksokwasów
2) cykl GS/ GOGAT
3)karbamoilofosforanu(wytwarzanie gr karbonylowej)
U roślin podst drogą asymilacji NH4+ jest cykl GS/GOGAT. Przy jego udziale asymilowane jest ok. 90% w nieorg. Pozostałe 10% przypada na inne drogi.
GOGAT- synteza glutaminianowa może być zlokalizowana w chloroplastach i wówczas zużytkowuje zred ferrodyksynę jako źródło elektronów lub NADPH, gdy zlokalizowane w cytoplazmie. Również syntetaza glutaminy funkcjonuje w chloroplastach i cytoplazmie w postaci dwóch różnych Izo form.
Wśród żywych żywych organizmów niektóre mikroorganizmy mają zdolność do wykorzystywania azotu atmosferycznego. Wśród nich są organizmy wolno żyjące i symbiotyczne. Są one wyposażone w specjalny kompleks nitrogenezy. Procesem asymilacji azotu atmosf przebiega trójetapowo i kończy się powstaniem azotu amonowego. Odpowiedzialny za ten proces kompleks hydrogenazy zbudowany jest z białek
-reduktazy
-nitrogenazy
Grupami prostetycznymi przyjmującymi i oddającymi elektrony są jony żelaza i molibdenu. Jest to proces bardzo energochłonny, gdyż redukcja 1 cz N2 wymaga 16 cząst ATP.