For å snakke om de tjue aminosyrer som utgjør protein og modifiserte strukturer, bør minst tolv spesialiserte metabolske veier beskrives.
Men hvorfor bruker celler så mange metabolske veier som krever energi (for eksempel å regenerere de katalytiske områdene av enzymer), hver med en enzymatisk arv, for å katabolisere aminosyrer? Nesten alle aminosyrene kan oppnås gjennom spesialiserte ruter, metabolitter som i liten grad brukes til å produsere energi (for eksempel gjennom glukoneogenese og banen til ketonlegemer), men som fremfor alt fører til dannelse av komplekse molekyler, med høyt antall karbonatomer (for eksempel fra fenylalanin og tyrosin, produseres hormoner i binyrene som er spesialisert til dette formålet); hvis det på den ene siden ville være enkelt å produsere energi fra aminosyrer, på den andre ville det være komplisert å bygge komplekse molekyler ut fra små molekyler: katabolismen av aminosyrer gjør det mulig for oss å utnytte deres skjelett for å oppnå større arter.
To eller tre unser aminosyrer blir degradert daglig av et sunt individ: 60-100 g av dem kommer fra proteiner som er introdusert av dietten, men over 2 unser oppnås fra normal omsetning av proteiner som er en integrert del av kroppen (aminosyrer av disse proteinene, som er skadet av redoks-prosesser, erstattes av andre og kataboliseres).
Aminosyrene gir et energibidrag i form av ATP: etter fjerning av a-aminogruppen kan det gjenværende karbonskjelettet av aminosyrene, etter passende transformasjoner, komme inn i krebs-syklusen. Videre, når tilførsel av næringsstoffer mangler og mengden glukose minker, aktiveres glukoneogenese: glukoneogenetiske aminosyrer kalles de som etter passende modifikasjoner kan innføres i glukoneogenese; glukoneogenetiske aminosyrer er de som kan omdannes til pyruvat eller fumarat (fumaratet kan omdannes til en syk som kommer ut av mitokondriene, og i cytoplasma omdannes til oksaloacetat hvorfra fosfoenol kan oppnås). I stedet sier de som kan omdannes til acetylko-enzym A og eddik-acetat til ketogene aminosyrer.
Den som nettopp er beskrevet, er et svært viktig aspekt fordi aminosyrer kan rette opp en mangel på sukker ved umiddelbar fasting. hvis fasting vedvarer, går lipidmetabolismen inn i to dager (fordi proteinstrukturer ikke kan angripes mye), er det i denne fasen at siden glukoneogenese er svært begrenset, omdannes fettsyrer til acetylkoenzym A og ketonlegemer . Fra videre fasting tilpasser hjernen også til bruk av ketonlegemer.
Overføringen av a-aminogruppen fra aminosyrer skjer gjennom en transamineringsreaksjon; enzymer som katalyserer denne reaksjonen kalles transaminaser (eller aminotransferaser). Disse enzymene bruker en enzymatisk kofaktor kalt pyridoksalfosfat, som går inn i sin aldehydgruppe. Pyridoxalfosfat er produktet av fosforyleringen av pyridoksin som er et vitamin (B6) som hovedsakelig finnes i grønnsaker.
Transaminaser har følgende egenskaper:
Høy spesifisitet for et a-ketoglutarat-glutamatpar;
De tar navnet sitt fra det andre paret.
Transaminase enzymer involverer alltid a-ketoglutarat-glutamatparet og utmerker seg ved det andre paret som er involvert.
eksempler:
Aspartat-transaminase eller GOT (glutamat-oksalacetat-transaminase): enzymet overfører a-aminogruppen fra aspartat til a-ketoglutarat, oppnår oksalacetat og glutamat.
Alanintransaminase, dvs. GTP (Glutamat-Pyruvat Transaminase): Enzymet overfører a-aminogruppen fra alanin til a-ketoglutarat og oppnår pyruvat og glutamat.
De forskjellige transaminaser, bruk a-ketoglurat som akseptor av aminogruppen av aminosyrer og konvertere den til glutamat; mens aminosyrene som dannes, blir brukt i banen av ketonlegemer.
Denne typen reaksjon kan foregå i begge retninger siden de brytes og bindinger med det samme energiinnhold dannes.
Transaminaser er både i cytoplasma og i mitokondrier (de er for det meste aktive i cytoplasma) og er forskjellige i deres isoelektriske punkt.
Transaminaser kan også dekarboksylere aminosyrer.
Det må være en måte å konvertere glutamat tilbake til a-ketoglutarat: dette skjer ved deaminering.
Glutamat dehydrogenase er et enzym som er i stand til å transformere glutamat til a-ketoglutarat og derfor å omdanne aminogruppene av aminosyrene funnet i form av glutamat til ammoniakk. Hva skjer er en oksydoreduktiv prosess som passerer gjennom mellomliggende a-aminoglutarat: ammoniakk og a-ketoglutarat frigjøres og går tilbake til sirkulasjon.
Dermed passerer bortskaffelsen av aminosyrernes aminogrupper gjennom transaminaser (forskjellig avhengig av substratet) og glutamatdehydrogenasen, som bestemmer dannelsen av ammoniakk.
Det finnes to typer glutamat dehydrogenase: cytoplasmatisk og mitokondriell; Kofaktoren, som også er en medbestanddel av dette enzymet, er NAD (P) +: glutamat dehydrogenase bruker NAD + eller NADP + som akseptor for reduserende kraft. Den cytoplasmatiske formen foretrekker, men ikke utelukkende, NADP +, mens den mitokondriale formen foretrekker NAD +. Den mitokondrieformen har til hensikt å avhende aminogruppene: det fører til dannelsen av ammoniakk (som er et substrat for et spesialisert enzym av mitokondriene) og NADH (som sendes til luftveiene). Den cytoplasmatiske formen virker i motsatt retning, det vil si at den bruker ammoniakk og a-ketoglutarat til å gi glutamat (som har en biosyntetisk destinasjon): Denne reaksjonen er en reduktiv biosyntese, og koaktoren som brukes er NADPH.
Glutamat dehydrogenase virker når aminogruppene av aminosyrer som ammoniakk (via urin) må kastes, eller når aminosyrenes skjeletter er nødvendige for å produsere energi: Dette enzymet vil derfor ha systemer som indikerer god energilgjengelighet (ATP) som negative modulatorer. GTP og NAD (P) H) og som positive modulatorer, systemer som indikerer et behov for energi (AMP, ADP, BNP, NAD (P) +, aminosyrer og skjoldbruskhormoner).
Aminosyrer (hovedsakelig leucin) er positive modulatorer av glutamat dehydrogenase: Hvis aminosyrer er tilstede i cytoplasma, kan de brukes til proteinsyntese, eller de må kastes fordi de ikke kan akkumuleres (dette forklarer hvorfor aminosyrer er positive modulatorer) .
Ammoniakkavhending: urea syklus
Fisk avhende ammoniakk ved å introdusere den i vannet gjennom gjellene; fuglene konverterer det til urinsyre (som er et kondensasjonsprodukt) og eliminerer det med avføring. La oss se hva som skjer hos mennesker: Vi har sagt at glutamat dehydrogenase omdanner glutamat til a-ketoglutarat og ammoniakk, men vi har ikke sagt at dette skjer bare i leverenes mitokondrier.
En grunnleggende rolle av ammoniakkutslipp, gjennom urea syklusen, er dekket av mitokondrieltransaminaser.
karbondioksid, i form av bikarbonation (HCO3-), aktiveres av biotinkofaktoren som danner karboksybiotinet som reagerer med ammoniakk for å gi karbaminsyren; den etterfølgende reaksjon bruker ATP til å overføre et fosfat til karbaminsyren som danner karbamylfosfat og ADP (omdannelsen av ATP til ADP er drivkraften for å oppnå karboksibiotinet). Denne fasen katalyseres av karbamylfosfat-syntetase og forekommer i mitokondriene. Karbamylfosfat og ornitin er substrater for enzymet ornitintranskarbamylase som omdanner dem til citrullin; denne reaksjonen forekommer i mitokondriene (av hepatocytter). Den produserte citrullin kommer ut av mitokondriene, og i cytoplasmaen går den under arginin-succinatsyntasens virkning: det er fusjonen mellom karbonskeletet av citrullin og det av et aspartat gjennom et nukleofilt angrep og etterfølgende eliminering av vann. Enzymet argininsuccinatsyntase, krever et ATP-molekyl, derfor er det en energisk kobling: hydrolysen av ATP til AMP og pyrofosfat (sistnevnte blir deretter omdannet til to ortophosphatmolekyler) ved å utvise et molekyl av vann fra substratet og ikke på grunn av virkningen av vannet i mediet.
Det neste enzymet er argininsuccinase : Dette enzymet er i stand til å dele argininsuccinatet i arginin og fumarat inne i cytoplasma.
Urea-syklusen er fullført av enzymet arginase : urea og ornitin er oppnådd; urea bortskaffes av nyrene (urin) mens ornitinen vender tilbake til mitokondriene og gjenopptar syklusen.
Urea-syklusen er underlagt indirekte modulering av arginin: akkumulering av arginin indikerer at det er nødvendig å fremskynde ureasyklusen; Argininmodulering er indirekte fordi arginin modulerer positivt enzymet acetylglutamatsyntetase. Sistnevnte er i stand til å overføre en acetylgruppe til nitrogenet i et glutamat: N-acetylglutamat dannes som er en direkte modulator av enzymet karbamylfosfonsyntetase.
Arginin akkumuleres som en metabolitt av ureasyklusen dersom produksjonen av karbamylfosfat ikke er tilstrekkelig til å avhende ornitin.
Urea produseres kun i leveren, men det finnes andre steder der opprinnelige reaksjoner finner sted.
Hjernen og musklene bruker spesielle strategier for å eliminere aminogrupper. Hjernen bruker en meget effektiv metode der et enzym glutaminsyntetase og et enzymglutamase brukes: den tidligere er tilstede i nevroner, mens sistnevnte finnes i leveren. Denne mekanismen er veldig effektiv av to grunner:
To aminogrupper transporteres fra hjernen til leveren med bare ett kjøretøy;
Glutamin er mye mindre giftig enn glutamat (glutamat bærer også nevronoverføring og må ikke overstige fysiologisk konsentrasjon).
I fisk fører en lignende mekanisme aminogruppen av aminosyrer til gjellene.
Fra muskel (skjelett og hjerte) kommer aminogruppene til leveren via glukose-alanin syklusen; Det involverte enzymet er glutamin-pyruvat-transaminase: det muliggjør transponering av aminogruppene (som er i form av glutamat), omdannelse av pyruvat til alanin og samtidig glutamatet til a-ketoglutarat i muskelen og katalysere den inverse prosessen i leveren.
Transaminaser med forskjellige oppgaver eller stillinger har også strukturelle forskjeller og kan bestemmes ved elektroforese (de har forskjellige isoelektriske punkter).
Tilstedeværelsen av transaminaser i blodet kan være et symptom på lever- eller kardiopatisk skade (dvs. vevskader på lever eller hjerteceller); transaminaser, er i svært høye konsentrasjoner både i leveren og i hjertet: via elektroforese kan det fastslås hvorvidt skaden oppstod i lever- eller hjerteceller.
