Protein ve modifiye edilmiş yapılar oluşturan yirmi amino asit hakkında konuşmak için en az on iki özel metabolik yol tanımlanmalıdır.
Fakat hücreler neden amino asitleri katabolize etmek için her biri enzimatik mirasa sahip enerji gerektiren (örneğin enzimlerin katalitik bölgelerini yeniden oluşturmak için) enerji gerektiren bu kadar çok metabolik yol kullanıyor? Amino asitlerin hemen hemen tamamı, küçük parçalarda enerji üretmek için kullanılan (örneğin glukoneogenez ve keton cisimciliği yolu), ancak hepsinden öte karmaşık moleküllerin oluşumuna yol açan metabolitlerin özel yollarından elde edilebilir. çok sayıda karbon atomu ile (örneğin fenilalanin ve tirosinden, bu amaç için uzmanlaşmış adrenal bezlerde hormonlar üretilir); eğer bir yandan amino asitlerden enerji üretmek kolaylaşır, diğer taraftan küçük moleküllerden başlayarak karmaşık moleküller inşa etmek zor olurdu: diğer taraftan amino asitlerin katabolizması daha büyük türler elde etmek için iskeletlerinden faydalanmayı mümkün kılar.
İki veya üç hektolitre amino asit, günlük olarak sağlıklı bir birey tarafından parçalanır: 60-100 g, bunlar diyetle birlikte sunulan proteinlerden türetilir ancak 2'den fazla et organizmanın ayrılmaz bir parçası olan proteinlerin normal cirolarından elde edilir (amino asitler) oksidasyon azaltıcı işlemlerle zarar gören bu proteinlerin bazıları, diğerleri tarafından değiştirilir ve katabolize edilir).
Amino asitler ATP açısından enerjik bir katkı sağlar: a-amino grubunu çıkardıktan sonra, amino asitlerin kalan karbonlu iskeleti, uygun dönüşümleri takiben krebs döngüsüne girebilir. Üstelik, besin arzı eksik olduğunda ve glikoz miktarı azaldığında, glukoneogenez aktive edilir: glikoneogenetik amino asitler olarak adlandırılır, bunlar uygun modifikasyonlardan sonra glukoneojenez içine eklenebilir; glukoneojenetik amino asitler piruvat veya fumarata dönüştürülebilenlerdir (fumarat, mitokondriden ayrılan bir hastaya dönüştürülebilir ve sitoplazmada, fosfoenol piruvatın elde edilebileceği oksaloasetata dönüştürülür). Bunun yerine, ketojenik amino asitlerin asetil koenzim A ve sirke-asetat'a dönüştürülebilenler olduğu söylenir.
Az önce tarif edilen çok önemli bir husustur, çünkü amino asitler anında aç kalma durumunda şeker eksikliğini giderebilir; oruç devam ederse, iki gün sonra lipit metabolizması müdahale eder (çünkü protein yapılarına çok fazla saldıramazsınız), bu aşamada, glukoneogenez çok sınırlı olduğu için, yağ asitlerinin asetil koenzim A'ya ve keton gövdelerine dönüştürülmesidir. . Daha hızlı bir şekilde, beyin bile keton vücutlarını kullanmaya adapte olur.
A-amino grubunun amino asitlerden transferi, bir transaminasyon reaksiyonu; bu reaksiyonu katalize eden enzimlerin transaminazlar (veya amino transferazlar) olduğu söylenir. Bu enzimler, aldehit grubuna müdahale eden piridoksal fosfat adı verilen bir enzim kofaktörü kullanır. Piridoksal fosfat, esas olarak sebzelerde bulunan bir vitamin (B6) olan piridoksinin fosforilasyonunun ürünüdür.
Transaminazlar aşağıdaki özelliklere sahiptir:
Bir a ketoglutarat-glutamat çifti için yüksek özgüllük;
Adı ikinci çiftten alıyorlar.
Transaminaz enzimleri daima a ketoglutarat-glutamat çiftini içerir ve ilgili ikinci çifte göre ayırt edilir.
Örnekler:
Aspartat transaminaz veya GOT (Glutamat Oksalat Transaminaz): enzim, a-amino grubunu aspartattan a-ketoglutata aktarır, oksaatat ve glutamat elde edilir.
Alanin transaminaz veya GTP (Glutamat-Piruvat Transaminaz): enzim, piruvat ve glutamat elde etmek için α-amino grubunu alaninden α-ketoglutarat'a aktarır.
Çeşitli transaminazlar, amino asit amino grubunun bir alıcısı olarak a-ketoglurat kullanır ve bunu glutamat haline dönüştürür; oluşurken, oluşan amino asitler keton gövdelerinin yolunda kullanılır.
Bu tip reaksiyon her iki yönde de ortaya çıktıklarında ve aynı enerjik içeriğe sahip bağlar oluşturduklarında meydana gelebilir.
Transaminazlar hem sitoplazmada hem de mitokondride (çoğunlukla sitoplazmada aktif) ve izoelektrik noktalarında farklılık gösterir.
Transaminazlar ayrıca amino asitleri dekarboksilat edebilmektedir.
Glutamatı tekrar a-ketoglutatata dönüştürmenin bir yolu olmalı: bu, demleme ile yapılır.
Glutamat dehidrojenaz, glutamatı a-ketoglutatata dönüştürebilen ve bu nedenle, glutamat formunda bulunan amino asit amino gruplarını amonyağa dönüştürebilen bir enzimdir. Ortaya çıkan, α-amino glutarattan geçen oksidasyon-azaltıcı bir işlemdir: amonyak ve α-ketoglutarat serbest bırakılır ve sirkülasyona geri döner.
Böylece, amino amino gruplarının imhası, transaminazlardan (substrata bağlı olarak farklı) ve amonyak oluşumunu belirleyen glutamat dehidrojenazdan geçer.
İki tip glutamat dehidrojenaz vardır: sitoplazmik ve mitokondriyal; aynı zamanda bu enzimin koubstratı olan kofaktör, NAD (P) +: glutamat dehidrojenaz, bir indirgeyici güç alıcısı olarak veya NAD + veya NADP + olarak kullanır. Sitoplazmik form, sadece olmasa da, NADP + 'yı tercih ederken, mitokondriyal form NAD +' yı tercih eder. Mitokondriyal form, amin gruplarını elden çıkarmayı amaçlar: amonyak (özel bir mitokondriyal enzim için bir substrat olan) ve NADH (solunum zincirine gönderilen) oluşumuna yol açar. Sitoplazmik form ters yönde çalışır, yani, glutamat (bir biyosentetik hedefi olan) vermek için amonyak ve a-ketoglutarat kullanır: bu reaksiyon bir indirgeyici biyosentezdir ve kullanılan kofaktör NADPH'dir.
Glutamat dehidrojenaz, amino asitlerin amino gruplarını amonyak olarak (idrar yoluyla) atmak gerektiğinde veya amino asitlerin iskeletlerinin enerji üretmek için gerektiğinde çalışır: bu enzim, negatif modülatörler olarak, iyi enerji kullanılabilirliği endeksi olan sistemlere sahip olacaktır (ATP, GTP ve NAD (P) H) ve pozitif modülatörler olarak, enerji ihtiyacını belirten sistemler (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, amino asitler ve tiroid hormonları).
Amino asitler (çoğunlukla lösin), glutamat dehidrojenazın pozitif modülatörleridir: eğer sitoplazmada amino asitler mevcutsa, bunlar protein sentezi için kullanılabilir veya biriktirilemedikleri için atılmalıdır (amino asitlerin neden pozitif modülatörler olduğunu açıklar) .
Amonyağın yok edilmesi: üre döngüsü
Balık, amonyağı solungaçların içinden suya koyarak imha eder; kuşlar ürik aside (bir yoğunlaşma ürünüdür) dönüşür ve dışkı ile giderir. İnsanlarda neler olduğunu görelim: glutamat dehidrojenazın glutamatı α-ketoglutarat ve amonyağa dönüştürdüğünü söyledik, ancak bunun sadece karaciğerin mitokondrisinde olduğunu söylemedik.
Üre döngüsü boyunca amonyakın atılmasının temel rolü mitokondriyal transaminazlarla kaplıdır.
bikarbonat iyonu (HCO3-) formundaki karbon dioksit, karbamik asidi vermek üzere amonyakla reaksiyona giren karboksi biyotini oluşturan biyotin kofaktör ile aktive edilir; müteakip reaksiyon, bir fosfatın karbamik asit oluşturan karbamil fosfat ve ADP'ye aktarılması için ATP'yi kullanır (ATP'nin ADP'ye dönüşümü, karboksirobotinin elde edilmesi için itici güçtür). Bu faz karbamil fosfat sentaz tarafından katalize edilir ve mitokondride meydana gelir. Karbamil fosfat ve ornitin, onları sitrüline dönüştüren enzitin ornitin trans karbamilazın substratlarıdır; bu reaksiyon mitokondride (hepatositlerde) meydana gelir. Üretilen sitrülin mitokondriyi bırakır ve sitoplazmada, arginin süksinat sentetazın etkisine girer: sitrülinin karbonlu iskeleti ile bir nükleofilik atak yoluyla bir aspartat ve suyunun ortadan kaldırılması arasındaki füzyon vardır. Arginin süksinat sentaz enzimi, bir ATP molekülü gerektirir, bu nedenle enerjik bir birleşime sahiptir: ATP'nin AMP'ye ve pirofosfatın hidrolizi (daha sonra iki ortofosfat molekülüne dönüştürülür) bir molekülün ejeksiyonu ile gerçekleşir. substrattan su ve ortamın su etkisinden dolayı değil.
Bir sonraki enzim arginin süksinazdır : bu enzim arginin süksinat'ı sitoplazmanın içindeki arginin ve fumarat halinde bölebilir.
Üre döngüsü, enzim argininaz tarafından tamamlanır: üre ve ornitin elde edilir; ornitin mitokondriye geri döndüğünde ve çevrimi sürdürürken üre böbrekler (idrar) tarafından boşaltılır.
Üre döngüsü, arginin tarafından dolaylı modülasyona tabi tutulur: arginin birikimi, üre döngüsünün hızlandırılmasının gerekli olduğunu gösterir; Arginin modülasyonu dolaylıdır çünkü arginin, asetil glutamat sentaz enzimini pozitif olarak modüle eder. Sonuncusu, bir glutamatın azotu üzerinde bir asetil grubunu transfer edebilir: karbamil-fosfo-sentetaz enziminin doğrudan bir modülatörü olan N-asetil glutamatı oluşturur.
Eğer karbamil-fosfat üretimi ornitini atmak için yeterli değilse, arginin üre döngüsünün bir metaboliti olarak birikir.
Üre yalnızca karaciğerde üretilir, ancak ilk reaksiyonların gerçekleştiği başka yerler de vardır.
Beyin ve kaslar, amino gruplarını elimine etmek için özel stratejiler kullanır. Beyin, bir enzim glutamin sentaz ve bir enzim glutamazın kullanıldığı çok etkili bir yöntem kullanır: ilki, nöronlarda bulunurken, ikincisi karaciğerde bulunur. Bu mekanizma iki nedenden dolayı çok verimlidir:
İki amin grubu beyinden karaciğere bir araçla taşınır;
Glutamin, glutamattan çok daha az toksiktir (glutamat ayrıca nöronal transfer de yapar ve fizyolojik konsantrasyonları geçmemelidir).
Balıklarda benzer bir mekanizma, amino asitlerin amino grubunu solungaçlara yönlendirir.
Kastan (iskelet ve kalp), amino grupları glikoz-alanin siklusu yoluyla karaciğeri bulur; katılan enzim, glutamin piruvat transaminazdır: piruvatı alanine dönüştürür ve aynı zamanda, glutamatı kas içinde glutamatı a-ketoglutatata dönüştürür ve aynı zamanda ters prosesi katalize eder. karaciğer.
Farklı görevleri veya pozisyonları olan transaminazlar da yapısal farklılıklara sahiptir ve elektroforezle belirlenebilir (farklı izoelektrik noktalara sahiptirler).
Kandaki transaminazların varlığı, hepatik veya kardiyopatik bir hasarın belirtisi olabilir (yani, karaciğer veya kalp hücrelerinde doku hasarı); transaminazlar, hem karaciğerde hem de kalpte çok yüksek konsantrasyondadır: elektroforez yoluyla, eğer karaciğerde veya kalp hücrelerinde hasar meydana gelirse, tespit edilebilir.
