Щоб говорити про двадцять амінокислот, що входять до складу білкових структур, і модифікованих, необхідно було б описати принаймні дванадцять спеціалізованих метаболічних шляхів.
Але чому клітини використовують так багато метаболічних шляхів, які потребують енергії (наприклад, для регенерації каталітичних центрів ферментів), кожен з яких має ферментативну спадщину, для катаболізації амінокислот? Майже з усіх амінокислот можна за допомогою спеціалізованих шляхів отримати метаболіти, які незначною мірою використовуються для виробництва енергії (наприклад, шляхом глюконеогенезу та шляху кетонових тіл), але які, перш за все, призводять до утворення складних молекули з великою кількістю атомів вуглецю (наприклад, з фенілаланіну та тирозину, в надниркових залозах виробляються гормони, які є спеціалізованими для цієї мети); якби, з одного боку, було б просто виробляти енергію з амінокислот, з іншого - було б складно будувати складні молекули, починаючи з малих молекул: катаболізм амінокислот дозволяє їм використовувати свій скелет для отримання більших видів.
Дві або три гектограми амінокислот щоденно розкладаються здоровою людиною: 60-100 г з них походять з білків, що вводяться з раціоном, але понад 2 гектограми отримуються з нормального обороту білків, які є невід'ємною частиною організму ( амінокислоти цих білків, які пошкоджуються окисно -відновними процесами, замінюються іншими і катаболізуються).
Амінокислоти дають енергетичний внесок з точки зору АТФ: після видалення α-аміногрупи залишився карбоновий каркас амінокислот, після відповідних перетворень, може увійти в цикл Кребса. Крім того, коли бракує запасів поживних речовин і зменшується кількість глюкози, активується глюконеогенез: вважається, що глюконеогенетичні амінокислоти - це ті, які після відповідних змін можуть бути введені в глюконеогенез; глюконеогенетичні амінокислоти - це ті, які можуть бути перетворені в піруват або у фумарат (фумарат може бути перетворений у малат, який виходить з мітохондрії, а в цитоплазмі перетворюється на оксалоацетат, з якого можна отримати фосфоенолпіруват). оцет-ацетат.
Той, що щойно описаний, є дуже важливим аспектом, оскільки амінокислоти можуть усунути дефіцит цукру у разі негайного голодування; якщо голодування триває, через два дні втручається ліпідний обмін (оскільки білкові структури не можуть бути сильно атаковані), саме на цій фазі, оскільки глюконеогенез дуже обмежений, жирні кислоти перетворюються в ацетил -кофермент А та кетонові тіла. Після подальшого голодування мозок також адаптується до використання кетонових тіл.
Перенесення α-аміногрупи з амінокислот відбувається шляхом реакції трансамінування; ферменти, що каталізують цю реакцію, кажуть, насправді, трансамінази (або амінотрансфераза). Ці ферменти використовують ферментативний кофактор під назвою піридоксальфосфат, який взаємодіє з його альдегідною групою. Піридоксальфосфат є продуктом фосфорилювання піридоксину, який є вітаміном (В6), що міститься переважно в овочах.
Трансамінази мають такі властивості:
Висока специфічність для α-пари кетоглутарат-глутамат;
Вони названі на честь другої пари.
Ферменти трансаміназ завжди включають пару α-кетоглутарат-глутамат і розрізняються відповідно до другої пари.
Приклади:
L "аспартат трансамінази тобто GOT (Глутамат-осаль ацетатна трансаміназа): фермент переносить α-аміногрупу з аспартату на α-кетоглутарат, отримуючи оксалоацетат та глутамат.
L "аланін -трансамінази тобто GTP (глутамат-піруват-трансаміназа): фермент переносить α-аміногрупу з "аланіну на" α-кетоглутарат, отримуючи піруват і глутамат.
Різні трансамінази використовують α-кетоглурат як акцептор аміногрупи амінокислот і перетворюють її в глутамат; тоді як утворені амінокислоти використовуються на шляху кетонових тіл.
Цей тип реакції може відбуватися в обох напрямках, оскільки вони розриваються і утворюють зв’язки з однаковим вмістом енергії.
Трансамінази знаходяться як у цитоплазмі, так і в мітохондріях (вони переважно активні в цитоплазмі) і відрізняються за своєю ізоелектричною точкою.
Трансамінази також здатні декарбоксилювати амінокислоти.
Потрібно знайти спосіб перетворення глутамату назад у α-кетоглутарат: це відбувається шляхом дезамінування.
Там глутаматдегідрогеназа це фермент, здатний перетворювати глутамат в α-кетоглутарат і, отже, перетворювати аміногрупи амінокислот, що знаходяться у формі глутамату, в аміак. Відбувається окисно-відновний процес, який проходить через проміжний α-аміноглутарат: аміак і α-кетоглутарат вивільняються і повертаються в циркуляцію.
Потім утилізація аміногруп амінокислот проходить через трансамінази (які відрізняються залежно від субстрату) та глутаматдегідрогеназу, яка визначає утворення аміаку.
Існує два типи глутаматдегідрогенази: цитоплазматична та мітохондріальна; кофактором, який також є косубстратом цього ферменту, є НАД (Р) +: глутаматдегідрогеназа використовує або НАД +, або НАДФ + як акцептор зменшувальної потужності. Цитоплазматична форма вважає за краще, хоча і не виключно, НАДФ +, тоді як мітохондріальна форма вважає за краще НАД +. Мітохондріальна форма має на меті утилізацію аміногруп: вона призводить до утворення аміаку (який є субстратом для спеціалізованого ферменту в мітохондріях) та НАДН (який надходить у дихальний ланцюг). Цитоплазматична форма працює у зворотному напрямку, тобто вона використовує аміак та α-кетоглутарат для одержання глутамату (який має біосинтетичне призначення): ця реакція є відновним біосинтезом, а використовуваний кофактор-НАДФН.
Глутаматдегідрогеназа діє, коли необхідно утилізувати аміногрупи амінокислот, такі як аміак (через сечу), або коли скелети амінокислот необхідні для виробництва енергії: тому цей фермент матиме негативні модулятори систем, які є показником хорошої доступності енергії (АТФ, ГТФ та НАД (Р) Н) та як позитивні модулятори - системи, які вказують на потребу в енергії (АМФ, АДФ, ВВП, НАД (Р) +, амінокислоти та гормони щитовидної залози).
Амінокислоти (переважно лейцин) є позитивними модуляторами глутаматдегідрогенази: якщо амінокислоти присутні в цитоплазмі, їх можна використовувати для синтезу білка, або їх потрібно утилізувати, оскільки вони не можуть накопичуватися (це пояснює, чому амінокислоти є позитивними модуляторами) ).
Утилізація аміаку: цикл сечовини
Риби утилізують аміак, вводячи його у воду через зябра; птахи перетворюють його в сечову кислоту (яка є продуктом конденсації) і виводять її з калом. Давайте подивимось, що відбувається з людьми: ми говорили, що глутаматдегідрогеназа перетворює глутамат в α- кетоглутарат і аміак, але ми не сказали, що це відбувається тільки в мітохондріях печінки.
Фундаментальну роль у видаленні аміаку через цикл сечовини відіграють мітохондріальні трансамінази.
Двоокис вуглецю у формі бікарбонат-іона (НСО3-) активується кофактором біотину, утворюючи карбоксибіотин, який реагує з аміаком з одержанням карбамової кислоти; наступна реакція використовує АТФ для перенесення фосфату на карбамову кислоту, що утворює карбамілфосфат та АДФ (перетворення АТФ в АДФ є рушійною силою для отримання карбоксибіотину). Ця фаза каталізується карбамилфосфатсинтетаза і відбувається в мітохондріях. Карбамілфосфат та орнітин є субстратами для ферменту орнітин транскарбамілаза який перетворює їх на цитрулін; ця реакція відбувається в мітохондріях (гепатоцитах). Вироблений цитрулін виходить з мітохондрії і в цитоплазмі переходить під діюаргінін сукцинатсинтетаза: відбувається злиття між карбоновим скелетом цитруліну та аспартатом через нуклеофільну атаку та подальше усунення води. Ферменту аргініну сукцинатсинтетази потрібна молекула АТФ, тому відбувається енергійна зв'язка: гідроліз АТФ до АМФ і пірофосфату (останній потім перетворюється на дві молекули ортофосфату) відбувається шляхом виштовхування молекули d "води з субстрату а не під дією води середовища.
"Наступний фермент"аргінін сукциназа: цей фермент здатний розщеплювати аргінін сукцинат на аргінін та фумарат у цитоплазмі.
Цикл сечовини завершується ферментом аргіназу: одержують сечовину та орнітин; сечовина виводиться нирками (сечею), тоді як орнітин повертається до мітохондрій і відновлює цикл.
Цикл сечовини підлягає непрямій модуляції аргініном: накопичення аргініну вказує на необхідність прискорення циклу сечовини; модуляція аргініну є непрямою, оскільки аргінін позитивно модулює фермент ацетилглутаматсинтетазу. Останній здатний переносити ацетильну групу на азот глутамату: утворюється N-ацетил глутамат, який є прямим модулятором ферменту карбамілфосфосинтетази.
Аргінін накопичується як метаболіт циклу сечовини, якщо вироблення карбамілфосфату недостатньо для утилізації орнітину.
Сечовина виробляється тільки в печінці, але є й інші місця, де відбуваються початкові реакції.
Мозок і м’язи використовують спеціальні стратегії для усунення аміногруп. Мозок використовує дуже ефективний метод, в якому використовується фермент глутамінсинтетаза і фермент глутамаза: перший присутній у нейронах, а другий - у печінці. Цей механізм дуже ефективний з двох причин:
Дві аміногрупи транспортуються з мозку до печінки в одному транспортному засобі;
Глутамін набагато менш токсичний, ніж глутамат (глутамат також здійснює перенесення нейронів і не повинен перевищувати фізіологічної концентрації).
У риб подібний механізм приносить аміногрупу амінокислот до зябер.
З м’язів (скелетних і серцевих) аміногрупи потрапляють до печінки через цикл глюкоза-аланін; ферментом, що бере участь у дослідженні, є глутамін-піруват-трансаміназа: вона дозволяє транспонувати аміногрупи (які є у формі глутамату), перетворюючи піруват в аланін і, одночасно, глутамат у α-кетоглутарат у м’язах і, каталізуючи зворотний процес у печінці.
Трансамінази з різними завданнями або положеннями також мають структурні відмінності і визначаються електрофорезом (вони мають різні ізоелектричні точки).
Наявність трансаміназ у крові може бути симптомом ураження печінки або серця (тобто пошкодження тканин клітин печінки або серця); трансамінази знаходяться у дуже високій концентрації як у печінці, так і в серці: за допомогою електрофорезу можна встановити, чи відбулося пошкодження в печінці або клітинах серця.
.jpg)
