Да говоримо о двадесет аминокиселина које чине протеин и модификоване структуре, треба описати најмање дванаест специјализованих метаболичких путева.
Али зашто ћелије користе толико много метаболичких путева који захтевају енергију (на пример, за регенерацију каталитичких места ензима), сваки са ензимским наслеђем, да катаболизују аминокиселине? Готово све аминокиселине се могу добити путем специјализованих путева, метаболита који се у малом делу користе за производњу енергије (на пример, кроз глуконеогенезу и путања кетонских тела), али који пре свега доводе до формирања комплексних молекула, са великим бројем атома угљеника (на пример из фенилаланина и тирозина, хормони се производе у надбубрежним жлездама које су специјализоване за ову сврху); ако би с једне стране било лако произвести енергију из аминокиселина, с друге стране било би компликовано изградити комплексне молекуле почевши од малих молекула: катаболизам аминокиселина омогућава нам да искористимо њихов скелет да добијемо веће врсте.
Две или три унце аминокиселина свакодневно разграђује здрави појединац: 60-100 г од њих се добија из протеина који се уносе у исхрану, али преко 2 унце се добија из нормалног обртања протеина који су саставни део тела (аминокиселине). ових протеина, који су оштећени редокс процесима, замењују се другим и катаболизирају).
Амино киселине дају енергетски допринос у смислу АТП: након уклањања α-амино групе, преостали угљенични скелет аминокиселина, након одговарајућих трансформација, може ући у кребсов циклус. Штавише, када недостаје залиха хранљивих материја и количина глукозе се смањује, глуконеогенеза се активира: глуконеогенетске аминокиселине се називају оне које се након одговарајућих модификација могу увести у глуконеогенезу; глуконеогенетске аминокиселине су оне које се могу претворити у пируват или фумарат (фумарат се може претворити у болесника који излази из митохондрија и, у цитоплазми, претвара се у оксалоацетат из којег се може добити фосфоенол). Уместо тога, за оне који се могу претворити у ацетил коензим А и сирћет-ацетат се каже да су кетогене амино киселине.
Оно што је управо описано је веома важан аспект јер аминокиселине могу да отклоне недостатак шећера у случају непосредног гладовања; ако се пост стално одржава, метаболизам липида интервенише након два дана (пошто се протеинске структуре не могу много напасти), управо у овој фази, пошто је глуконеогенеза веома ограничена, масне киселине се претварају у ацетил коензим А и кетонска тела . Од даљег поста, мозак се такође прилагођава коришћењу кетонских тела.
Пренос а-амино групе из амино киселина се одвија кроз реакцију трансаминације; ензими који катализирају ову реакцију називају се трансаминазе (или амино трансферазе). Ови ензими користе ензимски кофактор зван пиридоксал фосфат, који интервенише са својом алдехидном групом. Пиридоксал фосфат је производ фосфорилације пиридоксина који је витамин (Б6) који се углавном налази у поврћу.
Трансаминазе имају следећа својства:
Висока специфичност за α-кетоглутарат-глутамат пар;
Име су добили од другог пара.
Ензими трансаминаза увек укључују а-кетоглутарат-глутаматни пар и разликују се по другом укљученом пару.
Примери:
Аспартат трансаминаза или ГОТ ( трансаминаза глутамат-оксал ацетат): ензим преноси а-амино групу из аспартата у α-кетоглутарат, добијајући оксалацетат и глутамат.
Аланин трансаминаза, тј. ГТП (глутамат-пируват трансаминаза): ензим преноси а-амино групу из аланина у α-кетоглутарат добијајући пируват и глутамат.
Различити трансаминазе користе α-кетоглурат као акцептор амино групе амино киселина и претварају га у глутамат; док су формиране аминокиселине коришћене на путу кетонских тела.
Овај тип реакције може се одвијати у оба смјера јер се ломи и стварају се везе с истим енергетским садржајем.
Трансаминазе су у цитоплазми иу митохондријима (углавном су активне у цитоплазми) и разликују се по својој изоелектричној тачки.
Трансаминазе су такође у стању да декарбоксилишу амино киселине.
Мора постојати начин да се глутамат врати у α-кетоглутарат: то се деаминира.
Глутамат-дехидрогеназа је ензим способан да трансформише глутамат у а-кетоглутарат и стога конвертује амино групе аминокиселина које се налазе у облику глутамата у амонијак. Оно што се дешава је оксидоредуктивни процес који пролази кроз средњи α-амино глутарат: амонијак и α-кетоглутарат се ослобађају и враћају у циркулацију.
Дакле, одлагање амино група аминокиселина пролази кроз трансаминазе (различите у зависности од супстрата) и глутамат дехидрогеназе, што одређује формирање амонијака.
Постоје два типа глутамат дехидрогеназе: цитоплазматска и митохондријска; кофактор, који је такође ко-конституент овог ензима, је НАД (П) +: глутамат дехидрогеназа користи НАД + или НАДП + као акцептор редукционе снаге. Цитоплазматски облик преферира, иако не искључиво, НАДП +, док митохондријски облик преферира НАД +. Митохондријски облик има за циљ одлагање амино група: доводи до формирања амонијака (који је супстрат за специјализовани ензим митохондрија) и НАДХ (који се шаље у респираторни ланац). Цитоплазматски облик функционише у супротном смеру, то јест, користи амонијак и α-кетоглутарат да би дао глутамат (који има биосинтетичку дестинацију): ова реакција је редуктивна биосинтеза и кофактор који се користи је НАДПХ.
Глутамат дехидрогеназа делује када се амино групе аминокиселина као што је амонијак (преко урина) морају уклонити или када су скелети аминокиселина потребни за производњу енергије: овај ензим ће стога имати системе који указују на добру расположивост енергије (АТП) као негативне модулаторе. ГТП и НАД (П) Х) и као позитивни модулатори, системи који указују на потребу за енергијом (АМП, АДП, ГДП, НАД (П) +, амино киселине и тироидни хормони).
Аминокиселине (углавном леуцин) су позитивни модулатори глутамат дехидрогеназе: ако су у цитоплазми присутне аминокиселине, оне се могу користити за синтезу протеина, или се морају уклонити јер се не могу акумулирати (то објашњава зашто су амино киселине позитивни модулатори) .
Уклањање амонијака: циклус урее
Рибе одлажу амонијак уводећи га у воду кроз шкрге; птице га претварају у мокраћну киселину (која је производ кондензације) и елиминише је изметом. Да видимо шта се дешава код људи: рекли смо да глутамат дехидрогеназа претвара глутамат у α-кетоглутарат и амонијак, али нисмо рекли да се то дешава само у митохондрији јетре.
Основна улога одлагања амонијака, кроз циклус уреје, покривена је митохондријским трансаминазама.
угљен диоксид, у облику бикарбонатног јона (ХЦО3-), се активира биотинским кофактором који формира карбокси биотин који реагује са амонијаком да би се добила карбаминска киселина; следећа реакција користи АТП да пренесе фосфат у карбаминску киселину формирајући карбамил фосфат и АДП (конверзија АТП у АДП је покретачка сила за добијање карбоксибиотина). Ова фаза је катализована карбамил фосфат синтетазом и јавља се у митохондријима. Карбамил фосфат и орнитин су супстрати за ензим орнитин транс карбамилаза који их претвара у цитрулин; ова реакција се јавља у митохондријима (хепатоцита). Произведени цитрулин излази из митохондрија и, у цитоплазми, иде под дејство аргинин сукцинат синтазе : постоји фузија између угљеничног скелета цитрулина и оне аспартата преко нуклеофилног напада и накнадне елиминације воде. За ензим аргинин сукцинат синтазу потребан је молекул АТП па постоји енергетска спрега: хидролиза АТП-а у АМП и пирофосфат (који се затим претвара у два молекула ортофосфата) избацивањем молекула воде из супстрата, а не због дјеловања воде у медију.
Следећи ензим је аргинин сукциназа : овај ензим може да раздвоји аргинин сукцинат у аргинин и фумарат унутар цитоплазме.
Циклус урее се завршава ензимом аргиназа : добија се уреа и орнитин; уреа се одлаже путем бубрега (урина), док се орнитин враћа у митохондрије и наставља циклус.
Циклус уреје је подложан индиректној модулацији аргинином: акумулација аргинина указује да је потребно убрзати циклус урее; модулација аргинина је индиректна јер аргинин позитивно модулира ензим ацетил глутамат синтетазу. Ово последње је у стању да пренесе ацетилну групу на азот глутамата: формира се Н-ацетил глутамат који је директни модулатор ензима карбамил-фосфо синтетазе.
Аргинин се акумулира као метаболит циклуса уреје ако производња карбамил фосфата није довољна за одлагање орнитина.
Уреа се производи само у јетри, али постоје и друге локације на којима се одвијају почетне реакције.
Мозак и мишићи користе посебне стратегије за елиминисање амино група. Мозак користи веома ефикасну методу у којој се користи ензим глутамин синтетаза и ензим глутамаза : први је присутан у неуронима, док се други налази у јетри. Овај механизам је веома ефикасан из два разлога:
Две амино групе се транспортују из мозга у јетру са само једним носачем;
Глутамин је много мање токсичан од глутамата (глутамат такође преноси неуроне и не сме да пређе физиолошку концентрацију).
У риби сличан механизам доводи амино групу аминокиселина у шкрге.
Из мишића (скелетни и срчани), амино групе стижу до јетре путем циклуса глукоза-аланин; укључени ензим је глутамин-пируват трансаминаза: омогућава транспозицију амино група (које су у облику глутамата), претварајући пируват у аланин и, истовремено, глутамат у α-кетоглутарат у мишићу и катализујући инверзни процес у јетре.
Трансаминазе са различитим задацима или позицијама такође имају структурне разлике и могу се одредити електрофорезом (имају различите изоелектричне тачке).
Присуство трансаминаза у крви може бити симптом оштећења јетре или кардиопатије (тј. Оштећења ткива јетре или ћелија срца); трансаминазе су у веома високим концентрацијама иу јетри иу срцу: електрофорезом се може утврдити да ли је оштећење настало у јетри или срчаним ћелијама.
