Чтобы говорить о двадцати аминокислотах, из которых состоят белковые структуры, и о модифицированных, необходимо описать по крайней мере двенадцать специализированных метаболических путей.
Но почему клетки используют так много метаболических путей, требующих энергии (например, для регенерации каталитических центров ферментов), каждый из которых имеет ферментативное наследие, для катаболизма аминокислот? Практически из всех аминокислот можно получить специализированными путями метаболиты, которые в небольшой части используются для производства энергии (например, через глюконеогенез и путь кетоновых тел), но которые, прежде всего, приводят к образованию комплекса. молекулы с большим количеством атомов углерода (например, из фенилаланина и тирозина, гормоны вырабатываются в надпочечниках, которые специализируются для этой цели); если бы, с одной стороны, было бы просто производить энергию из аминокислот, с другой стороны, было бы сложно построить сложные молекулы, начиная с небольших молекул: катаболизм аминокислот позволяет им использовать свой скелет для получения более крупных видов.
Два или три гектограмма аминокислот ежедневно разлагаются здоровым человеком: 60-100 г из них получают из белков, вводимых с пищей, но более 2 гектограммов получают из нормального обмена белков, которые являются неотъемлемой частью организма ( аминокислоты этих белков, которые повреждены окислительно-восстановительными процессами, заменяются другими и катаболизируются).
Аминокислоты вносят вклад в энергию с точки зрения АТФ: после удаления α-аминогруппы оставшийся углеродный скелет аминокислот после соответствующих преобразований может войти в цикл Кребса. Кроме того, при недостатке питательных веществ и снижении количества глюкозы активируется глюконеогенез: считается, что глюконеогенетические аминокислоты - это те, которые после соответствующих модификаций могут быть введены в глюконеогенез; глюконеогенетические аминокислоты - это те, которые могут быть преобразованы в пируват или фумарат (фумарат может быть преобразован в малат, который покидает митохондрию, а в цитоплазме превращается в оксалоацетат, из которого может быть получен фосфоенолпируват), уксус-ацетат.
Только что описанный аспект - очень важный аспект, потому что аминокислоты могут восполнить дефицит сахара в случае немедленного голодания; если голодание продолжается, через два дня вмешивается липидный метаболизм (поскольку белковые структуры не могут быть атакованы слишком сильно), именно на этой фазе, поскольку глюконеогенез очень ограничен, жирные кислоты превращаются в ацетилкофермент А и кетоновые тела. После дальнейшего голодания мозг также адаптируется к использованию кетоновых тел.
Перенос α-аминогруппы из аминокислот происходит посредством реакции трансаминирования; ферменты, которые катализируют эту реакцию, говорят, на самом деле, трансаминазы (или аминотрансфераза). Эти ферменты используют ферментный кофактор, называемый пиридоксальфосфатом, который взаимодействует с его альдегидной группой. Пиридоксальфосфат - продукт фосфорилирования пиридоксина, который представляет собой витамин (B6), который содержится в основном в овощах.
Трансаминазы обладают следующими свойствами:
Высокая специфичность к α-паре кетоглутарат-глутамат;
Они названы в честь второй пары.
Ферменты трансаминазы всегда включают пару α-кетоглутарат-глутамат и различаются по второй задействованной паре.
Примеры:
L "аспартат трансаминаза т.е. GOT (трансаминаза глутамат-оссаля ацетата): фермент переносит α-аминогруппу с аспартата на α-кетоглутарат, получая оксалоацетат и глутамат.
L "аланин трансаминаза т.е. GTP (глутамат-пируваттрансаминаза): фермент переносит α-аминогруппу с «аланина» на α-кетоглутарат, получая пируват и глутамат.
Различные трансаминазы используют α-кетоглурат в качестве акцептора аминогруппы аминокислот и превращают его в глутамат; в то время как образующиеся аминокислоты используются в пути кетоновых тел.
Этот тип реакции может происходить в обоих направлениях, поскольку они разрываются и образуют связи с одинаковым содержанием энергии.
Трансаминазы находятся как в цитоплазме, так и в митохондриях (они в основном активны в цитоплазме) и различаются своей изоэлектрической точкой.
Трансаминазы также способны декарбоксилировать аминокислоты.
Должен быть способ превратить глутамат обратно в α-кетоглутарат: это делается путем дезаминирования.
Там глутаматдегидрогеназа это фермент, способный превращать глутамат в α-кетоглутарат и, следовательно, превращать аминогруппы аминокислот, присутствующих в форме глутамата, в аммиак. Происходит окислительно-восстановительный процесс, который проходит через промежуточный α-аминоглутарат: высвобождаются аммиак и α-кетоглутарат, которые возвращаются в кровоток.
Затем удаление аминогрупп аминокислот происходит через трансаминазы (которые различаются в зависимости от субстрата) и глутаматдегидрогеназу, которая определяет образование аммиака.
Существует два типа глутаматдегидрогеназы: цитоплазматическая и митохондриальная; кофактором, который также является косубстратом этого фермента, является НАД (Ф) +: глутаматдегидрогеназа использует НАД + или НАДФ + в качестве акцептора восстанавливающей силы. Цитоплазматическая форма предпочитает, хотя и не исключительно, НАДФ +, в то время как митохондриальная форма предпочитает НАД +. Митохондриальная форма предназначена для удаления аминогрупп: она приводит к образованию аммиака (который является субстратом для специализированного фермента в митохондриях) и НАДН (который отправляется в дыхательную цепь). Цитоплазматическая форма работает в противоположном направлении, то есть она использует аммиак и α-кетоглутарат для получения глутамата (который имеет биосинтетическое назначение): эта реакция представляет собой восстановительный биосинтез, а используемый кофактор - НАДФН.
Глутаматдегидрогеназа работает, когда необходимо избавиться от аминогрупп аминокислот, таких как аммиак (с мочой), или когда скелеты аминокислот необходимы для производства энергии: поэтому этот фермент будет иметь в качестве отрицательных модуляторов системы, которые являются показателем хорошей доступности энергии (АТФ, ГТФ и НАД (Ф) Н) и как положительные модуляторы, системы, указывающие на потребность в энергии (АМФ, АДФ, GDP, НАД (Ф) +, аминокислоты и гормоны щитовидной железы).
Аминокислоты (в основном лейцин) являются положительными модуляторами глутаматдегидрогеназы: если аминокислоты присутствуют в цитоплазме, они могут быть использованы для синтеза белка или их необходимо утилизировать, поскольку они не могут накапливаться (это объясняет, почему аминокислоты являются положительными модуляторами). ).
Утилизация аммиака: цикл мочевины
Рыбы избавляются от аммиака, вводя его в воду через жабры; птицы превращают его в мочевую кислоту (которая является продуктом конденсации) и выводит с фекалиями. Давайте посмотрим, что происходит у людей: мы сказали, что глутаматдегидрогеназа превращает глутамат в α- кетоглутарат и аммиак, но мы не сказали, что это происходит только в митохондриях печени.
Фундаментальную роль в утилизации аммиака через цикл мочевины играют митохондриальные трансаминазы.
Двуокись углерода в форме бикарбонат-иона (HCO3-) активируется кофактором биотина, образуя карбоксибиотин, который реагирует с аммиаком с образованием карбаминовой кислоты; в следующей реакции используется АТФ для переноса фосфата на карбаминовую кислоту с образованием карбамилфосфата и АДФ. (превращение АТФ в АДФ является движущей силой для получения карбоксибиотина). Эта фаза катализируется карбамилфосфатсинтетаза и происходит в митохондрии. Карбамилфосфат и орнитин являются субстратами для фермента орнитин транс карбамилаза который превращает их в цитруллин; эта реакция происходит в митохондриях (гепатоцитах). Произведенный цитруллин покидает митохондрию и в цитоплазме подвергается «действию»аргининсукцинатсинтетаза: происходит слияние углеродного скелета цитруллина и аспартата посредством нуклеофильной атаки и последующего удаления воды. Ферменту аргининсукцинатсинтетазы требуется молекула АТФ, поэтому существует энергетическая связь: гидролиз АТФ до АМФ и пирофосфата (последний затем превращается в две молекулы ортофосфата) происходит за счет изгнания молекулы d "воды из субстрата. а не под действием воды в среде.
«Следующий фермент - это»аргининсукциназа: этот фермент способен расщеплять сукцинат аргинина на аргинин и фумарат в цитоплазме.
Цикл мочевины завершается ферментом аргиназа: получены мочевина и орнитин; мочевина удаляется почками (мочой), в то время как орнитин возвращается в митохондрии и возобновляет цикл.
Цикл мочевины подвергается косвенной модуляции аргинином: накопление аргинина указывает на то, что цикл мочевины должен быть ускорен; модуляция аргинина является косвенной, потому что аргинин положительно модулирует фермент ацетилглутаматсинтетазы. Последний способен переносить ацетильную группу на азоте глутамата: образуется N-ацетилглутамат, который является прямым модулятором фермента карбамилфосфосинтетазы.
Аргинин накапливается в виде метаболита цикла мочевины, если выработка карбамилфосфата недостаточна для утилизации орнитина.
Мочевина вырабатывается только в печени, но есть и другие участки, где происходят начальные реакции.
Мозг и мышцы используют особые стратегии для удаления аминогрупп. Мозг использует очень эффективный метод, в котором используется фермент. глутамин синтетаза и фермент глутамаза: первый присутствует в нейронах, а второй - в печени. Этот механизм очень эффективен по двум причинам:
Две аминогруппы транспортируются из мозга в печень одним транспортным средством;
Глутамин намного менее токсичен, чем глутамат (глутамат также осуществляет перенос нейронов и не должен превышать физиологическую концентрацию).
У рыб аналогичный механизм переносит аминогруппу аминокислот в жабры.
Из мышц (скелетных и сердечных) аминогруппы достигают печени через глюкозно-аланиновый цикл; задействованный фермент - глутамин-пируваттрансаминаза: он позволяет переносить аминогруппы (которые находятся в форме глутамата), превращая пируват в аланин и, в то же время, глутамат в α-кетоглутарат в мышцах и катализируя обратный процесс в печени.
Трансаминазы с разными задачами или положениями также имеют структурные различия и могут быть определены с помощью электрофореза (они имеют разные изоэлектрические точки).
Присутствие трансаминаз в крови может быть признаком поражения печени или сердца (т. Е. Тканевого повреждения клеток печени или сердца); трансаминазы находятся в очень высоких концентрациях как в печени, так и в сердце: с помощью электрофореза можно установить, произошло ли повреждение в клетках печени или сердца.
