At tale om de tyve aminosyrer, der udgør protein og modificerede strukturer, skal beskrives mindst tolv specialiserede metaboliske veje.
Men hvorfor bruger celler så mange metaboliske veje, som kræver energi (for eksempel for at regenerere de katalytiske steder af enzymer), hver med en enzymatisk arv, for at katabolisere aminosyrer? Næsten alle aminosyrerne kan opnås gennem specialiserede ruter, metabolitter, som i en lille del bruges til at producere energi (for eksempel gennem glukoneogenese og vejen for ketonlegemer), men som frem for alt fører til dannelse af komplekse molekyler, med et stort antal carbonatomer (fx fra phenylalanin og tyrosin produceres hormoner i binyrerne, der er specialiseret til dette formål); hvis det på den ene side ville være nemt at producere energi fra aminosyrer, på den anden side ville det være kompliceret at opbygge komplekse molekyler ud fra små molekyler: katabolismen af aminosyrer gør det muligt for os at udnytte deres skelet for at opnå større arter.
To eller tre ounces aminosyrer nedbrydes dagligt af et sundt individ: 60-100 g af dem stammer fra de proteiner, der introduceres af kosten, men over 2 ounces opnås fra den normale omsætning af proteiner, der er en integreret del af kroppen (aminosyrer af disse proteiner, der er beskadiget af redoxprocesser, erstattes af andre og kataboliseres).
Aminosyrerne giver et energibidrag i form af ATP: efter fjernelse af a-aminogruppen kan det resterende carbonskelet af aminosyrerne efter passende transformationer komme ind i krebscyklusen. Når tilførslen af næringsstoffer mangler og mængden af glukose falder, aktiveres gluconeogenese: glukoneogenetiske aminosyrer kaldes dem, der efter passende modifikationer kan indføres i glukoneogenese; glukoneogenetiske aminosyrer er dem, som kan omdannes til pyruvat eller fumarat (fumaratet kan omdannes til en sygdom, der kommer ud af mitokondrier, og i cytoplasma omdannes til oxaloacetat, hvorfra phosphoenol kan opnås). I stedet menes de, som kan omdannes til acetylco-enzym A og eddike-acetat, til ketogene aminosyrer.
Den netop beskrevne er et meget vigtigt aspekt, fordi aminosyrer kan afhjælpe en mangel på sukker i tilfælde af øjeblikkelig fastning; hvis fastende vedvarer, interfererer lipidmetabolisme efter to dage (fordi proteinstrukturer ikke kan angribes meget), er det i denne fase, at eftersom gluconeogenese er meget begrænset, omdannes fedtsyrer til acetylco-enzym A og ketonlegemer . Fra yderligere fasting tilpasser hjernen også til brug af ketonlegemer.
Overføringen af a-aminogruppen fra aminosyrer sker gennem en transamineringsreaktion; de enzymer der katalyserer denne reaktion kaldes transaminaser (eller aminotransferaser ). Disse enzymer anvender en enzymatisk cofaktor kaldet pyridoxalphosphat, som går ind i sin aldehydgruppe. Pyridoxalphosphat er produktet af phosphoryleringen af pyridoxin, som er et vitamin (B6), der hovedsageligt er indeholdt i grøntsager.
Transaminaser har følgende egenskaber:
Høj specificitet for et a-ketoglutarat-glutamatpar;
De tager deres navn fra det andet par.
Transaminase enzymer involverer altid a-ketoglutarat-glutamatparet og kendetegnes af det andet par involveret.
Eksempler:
Aspartat-transaminase eller GOT (glutamat-oxalacetat-transaminase): enzymet overfører a-aminogruppen fra aspartat til a-ketoglutarat, opnåelse af oxalacetat og glutamat.
Alanintransaminase, dvs. GTP (Glutamat-Pyruvat Transaminase): enzymet overfører a-aminogruppen fra alanin til a-ketoglutarat, der opnår pyruvat og glutamat.
De forskellige transaminaser bruger α-ketoglurat som acceptor af aminogruppen af aminosyrer og omdanner den til glutamat; mens de aminosyrer, der dannes, anvendes i vejen for ketonlegemer.
Denne type reaktion kan finde sted i begge retninger, da de brydes, og der dannes bindinger med det samme energiindhold.
Transaminaser er både i cytoplasma og i mitokondrier (de er for det meste aktive i cytoplasmaet) og adskiller sig i deres isoelektriske punkt.
Transaminaser kan også dekarboxylere aminosyrer.
Der skal være en måde at omdanne glutamat tilbage til α-ketoglutarat: dette sker ved deaminering.
Glutamat dehydrogenase er et enzym, der er i stand til at transformere glutamat i a-ketoglutarat og derfor at omdanne aminogrupperne af aminosyrerne fundet i form af glutamat til ammoniak. Hvad der sker, er en oxydoreduktiv proces, der passerer gennem mellemliggende a-aminoglutarat: ammoniak og a-ketoglutarat frigives og vender tilbage til omsætning.
Således passerer bortskaffelsen af aminosyrernes aminogrupper gennem transaminaserne (forskellig afhængigt af substratet) og glutamatdehydrogenasen, som bestemmer dannelsen af ammoniak.
Der er to typer glutamat dehydrogenase: cytoplasmatisk og mitokondriel; cofaktoren, som også er en medbestanddel af dette enzym, er NAD (P) +: glutamat dehydrogenase bruger NAD + eller NADP + som acceptor for reducerende effekt. Den cytoplasmatiske form foretrækker, men ikke udelukkende, NADP +, mens mitokondrieformen foretrækker NAD +. Den mitokondrieform har til formål at bortskaffe aminogrupperne: det fører til dannelsen af ammoniak (som er et substrat for et specialiseret enzym af mitokondrier) og NADH (som sendes til luftvejskæden). Den cytoplasmatiske form virker i modsat retning, dvs. det bruger ammoniak og a-ketoglutarat til at give glutamat (som har en biosyntetisk bestemmelse): Denne reaktion er en reduktiv biosyntese, og den anvendte cofaktor er NADPH.
Glutamat dehydrogenase virker, når aminogrupperne af aminosyrer, såsom ammoniak (via urin) skal bortskaffes, eller når skeletterne af aminosyrer er nødvendige for at producere energi: Dette enzym vil derfor have systemer, der angiver god energi tilgængelighed (ATP) som negative modulatorer. GTP og NAD (P) H) og som positive modulatorer, systemer der angiver et behov for energi (AMP, ADP, BNP, NAD (P) +, aminosyrer og thyroidhormoner).
Aminosyrer (primært leucin) er positive modulatorer af glutamat dehydrogenase: Hvis aminosyrer er til stede i cytoplasma, kan de bruges til proteinsyntese, eller de skal bortskaffes, fordi de ikke kan akkumuleres (det forklarer hvorfor aminosyrer er positive modulatorer) .
Ammoniak bortskaffelse: urea cyklus
Fisk bortskaffer ammoniak ved at indføre det i vandet gennem gærne; fuglene konverterer det til urinsyre (som er et kondensationsprodukt) og eliminerer det med afføring. Lad os se hvad der sker hos mennesker: Vi har sagt, at glutamat dehydrogenase omdanner glutamat til a-ketoglutarat og ammoniak, men vi har ikke sagt, at dette kun sker i leverenes mitokondrier.
En grundlæggende rolle for ammoniakaffald, gennem urinstofcyklussen, er dækket af mitokondrieltransaminaser.
kuldioxid i form af bicarbonation (HCO3-) aktiveres af biotinkofaktoren, der danner carboxybiotinet, som reagerer med ammoniak til dannelse af carbaminsyren; den efterfølgende reaktion anvender ATP til at overføre et phosphat til carbaminsyren, der danner carbamylphosphat og ADP (omdannelsen af ATP til ADP er drivkraften til opnåelse af carboxibiotin). Denne fase katalyseres af carbamylphosphatsyntetase og forekommer i mitokondrier. Carbamylphosphat og ornithin er substrater for enzymet ornithintranscarbamylase, som omdanner dem til citrullin; denne reaktion forekommer i mitokondrierne (af hepatocytter). Den producerede citrullin kommer ud af mitokondrierne, og i cytoplasmaen går den under argininsuccinatsyntasens virkning : der er fusion mellem karbonskeletet af citrullin og det af et aspartat gennem et nukleofilt angreb og efterfølgende eliminering af vand. Enzymet argininsuccinatsyntasen kræver et ATP-molekyle, derfor er der en energisk kobling: hydrolysen af ATP til AMP og pyrophosphat (sidstnævnte omdannes derefter til to orthophosphatmolekyler) ved at udsætte et molekyle af vand fra substratet og ikke på grund af vandets virkning i mediet.
Det næste enzym er argininsuccinase : Dette enzym er i stand til at opdele argininsuccinatet i arginin og fumarat inde i cytoplasmaet.
Urea-cyklusen er afsluttet af enzymet arginase : urinstof og ornithin opnås; urinstof bortskaffes af nyrerne (urin), mens ornithinen vender tilbage til mitokondrier og genoptager cyklussen.
Urea-cyklusen er underlagt indirekte modulering af arginin: ophobningen af arginin indikerer, at det er nødvendigt at fremskynde urinstofcyklusen; Argininmodulering er indirekte, fordi arginin modulerer positivt enzymet acetylglutamatsyntetase. Sidstnævnte er i stand til at overføre en acetylgruppe til nitrogenet i et glutamat: N-acetylglutamat dannes, som er en direkte modulator af enzymet carbamylphosphosyntetase.
Arginin akkumuleres som en urinstofcyklus metabolit, hvis produktionen af carbamylphosphat ikke er tilstrækkelig til at bortskaffe ornithin.
Urea produceres kun i leveren, men der er andre steder, hvor de første reaktioner finder sted.
Hjernen og musklerne bruger specielle strategier til eliminering af aminogrupper. Hjernen bruger en meget effektiv metode, hvor et enzym glutaminsyntetase og et enzymglutamase anvendes: den førstnævnte er til stede i neuroner, mens sidstnævnte findes i leveren. Denne mekanisme er meget effektiv af to grunde:
To aminogrupper transporteres fra hjernen til leveren med kun ét køretøj;
Glutamin er meget mindre giftig end glutamat (glutamat bærer også neuronal overførsel og må ikke overstige fysiologisk koncentration).
I fisk medfører en lignende mekanisme aminosyrernes aminogruppe til gyllene.
Fra musklen (skelet og hjerte) når aminogrupperne leveren via glucose-alanincyklusen; det involverede enzym er glutamin-pyruvat-transaminase: det tillader omsætning af aminogrupperne (som er i form af glutamat), omdannelse af pyruvat til alanin og samtidig glutamatet til a-ketoglutarat i musklen og katalysere den inverse proces i leveren.
Transaminaser med forskellige opgaver eller positioner har også strukturelle forskelle og kan bestemmes ved elektroforese (de har forskellige isoelektriske punkter).
Tilstedeværelsen af transaminaser i blodet kan være et symptom på hepatisk eller kardiopatisk skade (dvs. vævsskader på lever eller hjerteceller); transaminaser, er i meget høje koncentrationer både i leveren og i hjertet: gennem elektroforese kan det fastslås, hvorvidt skaden opstod i lever- eller hjerteceller.
