Για να μιλήσουμε για τα είκοσι αμινοξέα που αποτελούν τις πρωτεϊνικές δομές και τις τροποποιημένες, θα ήταν απαραίτητο να περιγράψουμε τουλάχιστον δώδεκα εξειδικευμένες μεταβολικές οδούς.
Γιατί όμως τα κύτταρα χρησιμοποιούν τόσες πολλές μεταβολικές οδούς που απαιτούν ενέργεια (για παράδειγμα για την αναγέννηση των καταλυτικών θέσεων ενζύμων), το καθένα με ενζυματική κληρονομιά, για να καταβολίσει τα αμινοξέα; Σχεδόν από όλα τα αμινοξέα είναι δυνατόν να ληφθούν, μέσω εξειδικευμένων οδών, μεταβολίτες που χρησιμοποιούνται σε μικρό μέρος για την παραγωγή ενέργειας (για παράδειγμα, μέσω της γλυκονεογένεσης και της οδού των κετονικών σωμάτων) αλλά οι οποίοι, κυρίως, οδηγούν στο σχηματισμό σύνθετου μόρια, με μεγάλο αριθμό ατόμων άνθρακα (για παράδειγμα από φαινυλαλανίνη και τυροσίνη, παράγονται ορμόνες στα επινεφρίδια που είναι εξειδικευμένα για το σκοπό αυτό). αν αφενός θα ήταν απλή η παραγωγή ενέργειας από αμινοξέα, αφετέρου θα ήταν περίπλοκη η κατασκευή σύνθετων μορίων ξεκινώντας από μικρά μόρια: ο καταβολισμός των αμινοξέων τους επιτρέπει να εκμεταλλευτούν το σκελετό τους για να αποκτήσουν μεγαλύτερα είδη.
Δύο ή τρία εκατόγραμμα αμινοξέων διασπώνται καθημερινά από ένα υγιές άτομο: 60-100 g από αυτά προέρχονται από τις πρωτεΐνες που εισάγονται με τη διατροφή, αλλά πάνω από 2 εκατόγραμμα λαμβάνονται από τον κανονικό κύκλο εργασιών των πρωτεϊνών που αποτελούν αναπόσπαστο μέρος του οργανισμού ( τα αμινοξέα αυτών των πρωτεϊνών, τα οποία έχουν υποστεί βλάβη από διαδικασίες οξειδοαναγωγής, αντικαθίστανται από άλλα και καταβολίζονται).
Τα αμινοξέα δίνουν ενεργειακή συμβολή από την άποψη του ΑΤΡ: μετά την αφαίρεση της α-αμινομάδας, ο εναπομένοντας ανθρακούχος σκελετός των αμινοξέων, μετά από κατάλληλους μετασχηματισμούς, μπορεί να εισέλθει στον κύκλο του krebs. Επιπλέον, όταν λείπει η παροχή θρεπτικών συστατικών και μειώνεται η ποσότητα γλυκόζης, ενεργοποιείται η γλυκονεογένεση: λέγεται ότι τα γλυκονεογενετικά αμινοξέα είναι αυτά που, μετά από κατάλληλες τροποποιήσεις, μπορούν να εισαχθούν στη γλυκονεογένεση · τα γλυκονεογενετικά αμινοξέα είναι αυτά που μπορούν να μετατραπούν σε πυροσταφυλικό ή σε φουμαρικό (το φουμαρικό μπορεί να μετατραπεί σε μηλικό που αφήνει το μιτοχόνδριο και, στο κυτταρόπλασμα, μετατρέπεται σε οξαλοξικό από το οποίο μπορεί να ληφθεί πυροσταφυλική φωσφοενόλη). οξικό ξίδι.
Αυτό που μόλις περιγράφηκε είναι μια πολύ σημαντική πτυχή γιατί τα αμινοξέα μπορούν να θεραπεύσουν μια ανεπάρκεια σακχάρου σε περίπτωση άμεσης νηστείας. Εάν η νηστεία επιμένει, μετά από δύο ημέρες επεμβαίνει ο μεταβολισμός των λιπιδίων (επειδή οι πρωτεϊνικές δομές δεν μπορούν να επιτεθούν πολύ) είναι σε αυτή τη φάση που, επειδή η γλυκονεογένεση είναι πολύ περιορισμένη, τα λιπαρά οξέα μετατρέπονται σε ακετυλοσυνένζυμο Α και κετονικά σώματα. Από την περαιτέρω νηστεία, ο εγκέφαλος προσαρμόζεται επίσης στη χρήση των κετονικών σωμάτων.
Η μεταφορά της α-αμινομάδας από τα αμινοξέα συμβαίνει μέσω αντίδρασης μετάδοσης. τα ένζυμα που καταλύουν αυτήν την αντίδραση, λένε, στην πραγματικότητα, τρανσαμινάσες (ή αμινοτρανσφεράση). Αυτά τα ένζυμα χρησιμοποιούν έναν ενζυματικό συμπαράγοντα που ονομάζεται φωσφορική πυριδοξάλη, ο οποίος παρεμβαίνει στην ομάδα της αλδεϋδης. Η φωσφορική πυριδοξάλη είναι το προϊόν της φωσφορυλίωσης της πυριδοξίνης που είναι μια βιταμίνη (Β6) που βρίσκεται κυρίως στα λαχανικά.
Οι τρανσαμινάσες έχουν τις ακόλουθες ιδιότητες:
Υψηλή εξειδίκευση για ένα ζεύγος κετογλουταρικού-γλουταμικού α.
Πήραν το όνομά τους από το δεύτερο ζευγάρι.
Τα ένζυμα τρανσαμινάσης εμπλέκουν πάντα το ζεύγος α κετογλουταρικό-γλουταμικό και διακρίνονται σύμφωνα με το δεύτερο εμπλεκόμενο ζεύγος.
Παραδείγματα:
ΜΕΓΑΛΟ"ασπαρτική τρανσαμινάση δηλαδή GOT (Transamaminase Glutamate-Ossal acetate): το ένζυμο μεταφέρει την α-αμινομάδα από ασπαρτικό σε α-κετογλουταρικό, αποκτώντας οξαλοξικό και γλουταμινικό.
ΜΕΓΑΛΟ"τρανσαμινάση αλανίνης δηλ. GTP (τρανσαμινάση γλουταμινικού-πυροσταφυλικού): το ένζυμο μεταφέρει την α-αμινομάδα από την "αλανίνη σε" α-κετογλουταρική, αποκτώντας πυροσταφυλικό και γλουταμινικό.
Οι διάφορες τρανσαμινάσες χρησιμοποιούν το α-κετογλουρικό ως αποδέκτη της αμινομάδας των αμινοξέων και το μετατρέπουν σε γλουταμικό, ενώ τα αμινοξέα που σχηματίζονται χρησιμοποιούνται στην πορεία των κετονικών σωμάτων.
Αυτός ο τύπος αντίδρασης μπορεί να συμβεί και προς τις δύο κατευθύνσεις αφού σπάνε και σχηματίζουν δεσμούς με το ίδιο ενεργειακό περιεχόμενο.
Οι τρανσαμινάσες βρίσκονται τόσο στο κυτταρόπλασμα όσο και στο μιτοχόνδριο (είναι κυρίως ενεργές στο κυτταρόπλασμα) και διαφέρουν ως προς το ισοηλεκτρικό τους σημείο.
Οι τρανσαμινάσες είναι επίσης ικανές να αποκαρβοξυλιώνουν αμινοξέα.
Θα πρέπει να υπάρχει ένας τρόπος για να μετατραπεί το γλουταμινικό άλας σε α-κετογλουταρικό: αυτό γίνεται με απαμίνωση.
Εκεί αφυδρογονάση γλουταμινικού είναι ένα ένζυμο ικανό να μετατρέπει το γλουταμινικό σε α-κετογλουταρικό και, ως εκ τούτου, να μετατρέπει τις αμινομάδες αμινοξέων που βρίσκονται με τη μορφή γλουταμινικού σε αμμωνία. Αυτό που λαμβάνει χώρα είναι μια διαδικασία οξειδοαναγωγής που περνά μέσα από το ενδιάμεσο α-αμινογλουταρικό: η αμμωνία και το α-κετογλουταρικό απελευθερώνονται και επιστρέφουν στην κυκλοφορία.
Στη συνέχεια, η διάθεση των αμινομάδων των αμινοξέων διέρχεται μέσω των τρανσαμινασών (που διαφέρουν ανάλογα με το υπόστρωμα) και της αφυδρογονάσης γλουταμινικού, που καθορίζει το σχηματισμό αμμωνίας.
Υπάρχουν δύο τύποι αφυδρογονάσης γλουταμινικού: η κυτταροπλασματική και η μιτοχονδριακή. ο συμπαράγοντας, ο οποίος είναι επίσης το συνυπόστρωμα αυτού του ενζύμου είναι NAD (P) +: η αφυδρογονάση γλουταμικού χρησιμοποιεί είτε NAD + είτε NADP + ως αποδέκτη της μειωτικής ισχύος. Η κυτταροπλασματική μορφή προτιμά, αν και όχι αποκλειστικά, το NADP + ενώ η μιτοχονδριακή μορφή προτιμά το NAD +. Η μιτοχονδριακή μορφή έχει ως σκοπό τη διάθεση αμινομάδων: οδηγεί στο σχηματισμό αμμωνίας (που είναι υπόστρωμα για ένα εξειδικευμένο ένζυμο στο μιτοχόνδριο) και NADH (το οποίο αποστέλλεται στην αναπνευστική αλυσίδα). Η κυτταροπλασματική μορφή λειτουργεί προς την αντίθετη κατεύθυνση, δηλαδή, χρησιμοποιεί αμμωνία και α-κετογλουταρικό για να δώσει γλουταμικό (το οποίο έχει βιοσυνθετικό προορισμό): αυτή η αντίδραση είναι αναγωγική βιοσύνθεση και ο συμπαράγοντας που χρησιμοποιείται είναι το NADPH.
Η αφυδρογονάση γλουταμικής λειτουργεί όταν είναι απαραίτητο να απορριφθούν οι αμινομάδες αμινοξέων όπως η αμμωνία (μέσω ούρων) ή όταν οι σκελετοί των αμινοξέων χρειάζονται για την παραγωγή ενέργειας: αυτό το ένζυμο θα έχει ως αρνητικούς διαμορφωτές τα συστήματα που αποτελούν ένδειξη καλής διαθεσιμότητας ενέργειας (ATP, GTP και NAD (P) H) και ως θετικοί ρυθμιστές, τα συστήματα που υποδεικνύουν ανάγκη για ενέργεια (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, αμινοξέα και ορμόνες του θυρεοειδούς).
Τα αμινοξέα (κυρίως η λευκίνη) είναι θετικοί ρυθμιστές της αφυδρογονάσης του γλουταμινικού άλατος: εάν υπάρχουν αμινοξέα στο κυτταρόπλασμα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη σύνθεση πρωτεϊνών ή πρέπει να απορριφθούν επειδή δεν μπορούν να συσσωρευτούν (αυτό εξηγεί γιατί τα αμινοξέα είναι θετικοί ρυθμιστές ).
Απόρριψη αμμωνίας: κύκλος ουρίας
Τα ψάρια απορρίπτουν την αμμωνία εισάγοντάς την στο νερό μέσω των βράγχων. Τα πουλιά τη μετατρέπουν σε ουρικό οξύ (το οποίο είναι προϊόν συμπύκνωσης) και την εξαλείφουν με περιττώματα. Ας δούμε τι συμβαίνει στους ανθρώπους: έχουμε πει ότι η αφυδρογονάση γλουταμικού μετατρέπει το γλουταμινικό σε α- κετογλουταρικό και αμμωνία αλλά δεν έχουμε πει ότι αυτό συμβαίνει μόνο στα μιτοχόνδρια του ήπατος.
Ένας θεμελιώδης ρόλος της διάθεσης αμμωνίας, μέσω του κύκλου ουρίας, παίζεται από μιτοχονδριακές τρανσαμινάσες.
Το διοξείδιο του άνθρακα, με τη μορφή διττανθρακικού ιόντος (HCO3-), ενεργοποιείται από τον συμπαράγοντα βιοτίνης που σχηματίζει καρβοξυβιοτίνη η οποία αντιδρά με αμμωνία για να δώσει καρβαμικό οξύ. Η επόμενη αντίδραση χρησιμοποιεί ATP για να μεταφέρει ένα φωσφορικό άλας στο καρβαμικό οξύ σχηματίζοντας φωσφορικό καρβαμύλιο και ADP (η μετατροπή του ATP σε ADP είναι η κινητήρια δύναμη για τη λήψη καρβοξυβιοτίνης). Αυτή η φάση καταλύεται από συνθετάση φωσφορικού καρβαμυλίου και εμφανίζεται στο μιτοχόνδριο. Ο φωσφορικός καρβαμυλεστέρας και η ορνιθίνη είναι υποστρώματα για το ένζυμο ορνιθίνη trans καρβαμυλάση που τα μετατρέπει σε κιτρουλίνη? αυτή η αντίδραση συμβαίνει στα μιτοχόνδρια (ηπατοκύτταρα). Η παραγόμενη κιτρουλίνη αφήνει το μιτοχόνδριο και, στο κυτταρόπλασμα, περνάει κάτω από τη «δράση»ηλεκτρική συνθετάση αργινίνης: υπάρχει η σύντηξη μεταξύ του ανθρακούχου σκελετού της κιτρουλλίνης και αυτού ενός ασπαρτικού μέσω μιας πυρηνόφιλης επίθεσης και επακόλουθης αποβολή του νερού. Το ένζυμο ηλεκτρικής αργινίνης συνθετάσης απαιτεί ένα μόριο ΑΤΡ οπότε υπάρχει μια ενεργητική σύζευξη: η υδρόλυση του ΑΤΡ σε ΑΜΡ και πυροφωσφορικό (το τελευταίο μετατρέπεται στη συνέχεια σε δύο μόρια ορθοφωσφορικού) συμβαίνει με την αποβολή ενός μορίου d "νερού από το υπόστρωμα και όχι με τη δράση του νερού του μέσου.
Το "επόμενο ένζυμο είναι το"ηλεκτρινική αργινίνη: αυτό το ένζυμο είναι σε θέση να διασπάσει την ηλεκτρική αργινίνη σε αργινίνη και να φουμαρικό μέσα στο κυτταρόπλασμα.
Ο κύκλος ουρίας ολοκληρώνεται από το ένζυμο αργινάση: λαμβάνεται ουρία και ορνιθίνη. η ουρία απορρίπτεται από τα νεφρά (ούρα) ενώ η ορνιθίνη επιστρέφει στο μιτοχόνδριο και συνεχίζει τον κύκλο.
Ο κύκλος ουρίας υπόκειται σε έμμεση διαμόρφωση της αργινίνης: η συσσώρευση αργινίνης δείχνει ότι ο κύκλος ουρίας πρέπει να επιταχυνθεί · η διαμόρφωση της αργινίνης είναι έμμεση επειδή η αργινίνη ρυθμίζει θετικά το ένζυμο συνθετάσης ακετυλογλουταμικού. Το τελευταίο είναι σε θέση να μεταφέρει μια ομάδα ακετυλίου στο άζωτο ενός γλουταμικού: σχηματίζεται Ν-ακετυλογλουταμικό που είναι ένας άμεσος ρυθμιστής του ενζύμου καρβαμυλο-φωσφοσυνθετάσης.
Η αργινίνη συσσωρεύεται ως μεταβολίτης του κύκλου ουρίας εάν η παραγωγή φωσφορικού καρβαμυλίου δεν είναι επαρκής για τη διάθεση της ορνιθίνης.
Η ουρία παράγεται μόνο στο ήπαρ αλλά υπάρχουν και άλλες θέσεις όπου λαμβάνουν χώρα οι αρχικές αντιδράσεις.
Ο εγκέφαλος και οι μύες χρησιμοποιούν ειδικές στρατηγικές για την εξάλειψη των αμινομάδων. Ο εγκέφαλος χρησιμοποιεί μια πολύ αποτελεσματική μέθοδο στην οποία χρησιμοποιείται ένα ένζυμο συνθετάση γλουταμίνης και ένα ένζυμο γλουταμάση: το πρώτο υπάρχει στους νευρώνες, ενώ το δεύτερο βρίσκεται στο ήπαρ. Αυτός ο μηχανισμός είναι πολύ αποτελεσματικός για δύο λόγους:
Δύο αμινομάδες μεταφέρονται από τον εγκέφαλο στο ήπαρ με ένα μόνο όχημα.
Η γλουταμίνη είναι πολύ λιγότερο τοξική από το γλουταμινικό (το γλουταμινικό επίσης πραγματοποιεί νευρωνική μεταφορά και δεν πρέπει να υπερβαίνει τη φυσιολογική συγκέντρωση).
Στα ψάρια, ένας παρόμοιος μηχανισμός φέρνει την αμινο ομάδα αμινοξέων στα βράγχια.
Από τον μυ (σκελετικό και καρδιακό), οι αμινομάδες φτάνουν στο ήπαρ μέσω του κύκλου γλυκόζης-αλανίνης. Το ένζυμο που εμπλέκεται είναι η τρανσαμινάση γλουταμινο-πυροσταφυλικής: επιτρέπει τη μεταφορά αμινομάδων (που έχουν τη μορφή γλουταμινικού), μετατρέποντας το πυροσταφυλικό σε αλανίνη και, ταυτόχρονα, το γλουταμινικό σε α-κετογλουταρικό μυ και καταλύοντας αντίστροφη διαδικασία στο ήπαρ.
Οι τρανσαμινάσες με διαφορετικά καθήκοντα ή θέσεις έχουν επίσης δομικές διαφορές και μπορούν να προσδιοριστούν με ηλεκτροφόρηση (έχουν διαφορετικά ισοηλεκτρικά σημεία).
Η παρουσία τρανσαμινασών στο αίμα μπορεί να είναι σύμπτωμα βλάβης του ήπατος ή της καρδιάς (δηλαδή βλάβη ιστών στο ήπαρ ή τα καρδιακά κύτταρα). οι τρανσαμινάσες βρίσκονται σε πολύ υψηλές συγκεντρώσεις τόσο στο ήπαρ όσο και στην καρδιά: μέσω της ηλεκτροφόρησης είναι δυνατόν να εξακριβωθεί εάν η βλάβη έχει συμβεί στο ήπαρ ή στα καρδιακά κύτταρα.
