Metabolismul proteinelor

Metabolismul proteinelor

Digestia i absorbia proteinelor

Majoritatea compuilor cu azot ingerai de om sunt proteine. Atunci cnd discutm digestia proteinelor, implicit discutm i digestia compuilor cu azot. Moleculele proteice intacte nu pot fi absorbite ca atare prin tractul gastro-intestinal la animalele adulte, dect n cazuri excepionale i foarte rare. Pentru a putea fi absorbite proteinele sunt hidrolizate la structuri cu molecule mai mici de aminoacizi sau peptide mici. Cu toate c proteinele au structuri complexe, ele sunt formate de un numr redus de aminoacizi (cca. 20) diferii, legai ntre ei prin legturi peptidice.

Legtura peptidic se rupe uor conducnd la un amestec de aminoacizi liberi. Teoretic, o singur enzim specific poate asigura scindarea legturilor peptidice i deci digestia proteinelor. n realitate situaia este mai complex, deoarece enzimele digestive prezint a mare specificitate pentru localizarea respectivei polipeptide, localizarea punctului de hidroliz i natura aminoacizilor, care intervin n legtura peptidic respectiv.Cu toate c n alimentaie exist n mod obinuit milioane de proteine, el pot fi digerate de un numr redus de enzime proteolitice, ce pot fi clasificate n 2 mari grupe: exopeptidaze i endopeptidaze.

Exopeptidazele au rolul de a ndeprta un aminoacid de la captul lanului prin hidroliza unei legturi peptidice cu obinerea unui aminoacid i a unei polipeptide cu un aminoacid mai puin n molecul. De exemplu: carboxipeptidaza, aminopeptidaza, dipeptidaza, tripeptidaza.Endopeptidazele au rolul de a hidroliza n general legturi peptidice din interiorul lanului, dnd natere unor lanuri polipeptidice mai mici. De exemplu: pepsina, tripsina, chimotripsina, elastina.Proteinele care ajung n tractul digestiv sufer aciunea diferitelor enzime degradndu-se pn la stadiul de aminoacizi, care la rndul lor sunt apoi catabolizai pe ci diferite.

O enzim deosebit de important pentru laboratorul clinic, din categoria N-aminoacidpetidazelor este LAP (leucinaminopeptidaza). Nivelul acestei enzime crete mult i specific n afeciunile cilor biliare, dar rmne nemodificat n leziunile parenchimului hepatic. Deasemenea are valoare n diagnosticul diferenial al icterului mecanic fa de cel hepatocelular i cel hemolitic. n ultimele 2 forme de icter, nivelul rmne cel normal.

Schema degradrii proteinelor

Metabolismul intermediar al aminoacizilor

Aminoacizii sunt:substanele cele mai importante ale metabolismului azotului n organismele heterotrofe. servesc ca surs de energie n special prin intermediul oxidrii scheletului hidrocarbonat.Metabolismul aminoacizilor se gsete ntr-o stare dinamic, la fel ca i cel al hidrailor de carbon i al lipidelor.

Metabolismul aminoacizilor include cteva probleme de interes medical:

sinteza i degradarea proteinelor conversia scheletului hidrocarbonat al aminoacizilor n intermediari amfibolici sinteza ureei formarea unor compui fiziologici activi adrenalina, noradrenalina, DOPA, dopamina, serotonina, acidul--aminobutiric sau GABA, tirozina, creatina, creatinina, nucleul heminic, bazele purinice.

Catabolismul N-aminoacidic

Cei cca 20 de aminoacizi care intr n structura proteinelor prezint mecanisme: specifice comune de metabolizareCile comune de degradare se refer -gruprilor funcionale, aminice i carboxilice-catenelor ternare, care n aceste etape trec prin transformri comune.

Principalele mecanisme generale de transformare ale aminoacizilor sunt:transaminareadecarboxilareadezaminarea aminoacizilor

Transaminarea

n cel puin 12 aminoacizi gruparea -aminic este ndeprtat enzimatic prin transaminare. n aceste reacii, gruparea -aminic este transferat pe atomul de carbon al unui cetoacid, care, de obicei este acidul cetoglutaric cu formarea cetoacidului analog aminoacidului iniial i a acidului L-glutamic.

Enzimele care catalizeaz acest tip de reacii se numesc aminotransferaze sau transaminaze.

Cele mai multe transaminaze folosesc ca acceptor de grupare aminic -cetoglutaratul, fiind astfel specifice pentru substratul -cetoglutarat-L-glutamat.

Specificitatea pentru donorul de grupri aminice este mai puin strict, dect cea pentru acceptorul de grupri aminice.

Totui, enzimele manifest anumite preferine i astfel anumii aminoacizi sunt transaminai mai rapid dect alii. De exemplu: aspartat transaminaza catalizeaz reacia dintre acid aspartic i acid -cetoglutaric cu formare de acid oxalilacetic i acid L-glutamic.Aceast enzim are activitate mai mare atunci cnd donorul de grupri aminice este acidul L-aspartic, dar poate fi folosit i pentru ali aminoacizi ca i donori.

esuturile animale mai conin pe lng aspartat-transaminaz i alte transaminze, ce folosesc tot -cetoglutaratul ca acceptor de grupri aminice ca : alanin-transaminaza leucin-transaminaza, tirozin-transaminaza ce catalizeaz urmtoarele reacii:

Reaciile de transaminare sunt uor reversibile, ele se pot desfura n ambele direcii.

Glutamatul, produsul final al majoritii transaminrilor, cedeaz apoi gruparea aminic ntr-o serie de reacii final, ce duc la formarea compuilor azotai de excreie.

Transaminazele se gsesc n: - mitocondrii - citosolul celulelor eucariote.

La mamifere, aspartat transaminaza din citosol catalizeaz reaciile de transaminare a diferiilor aminoacizi cu formarea glutamatului.

Glutamatul format intr apoi n matricea mitocondrial, printr-un sistem specific de transport prin membran.

Aici, glutamatul este fie dezaminat direct, fie cedeaz gruparea aminic oxalilacetatului, ntr-o reacie catalizat de aspartat transaminaza mitocondrial, cu formarea aspartatului, donorul imediat de grupri aminice n sinteza ureei.

Transaminazele au drept coenzim piridoxalfosfatul, care poate fixa aminoacidul formnd o cetimin sau baza Schiff, cu urmtoarea structur:

Hidrogenul de la C este eliberat ca proton, ceea ce conduce la restructurarea moleculei, cu deplasarea dublei legturi i a centrului nucleofil la C unde se fixeaz protonul. Acest produs este tot o baz Schiff, care prin hidroliz elibereaz un cetoacid i piridoxalfosfatul, care reintr ntr-un nou ciclu de reacii.

Procesul are loc n felul urmtor:

Piridoxal-fosfatul, legat foarte strns, dar nu covalent de proteina enzimatic este transportorul de grupri aminice.

n cursul ciclului su catalitic el sufer tranziii reversibile ntre forma sa liber de aldehid (piridoxal-fosfatul) i forma sa aminat (piridoamin-fosfatul).

Schema complet cu cei doi timpi ai procesului de transaminare este urmtoarea:

1

2

Piridoxal-fosfatul format poate s reintre ntr-un nou ciclu de transformri.

Reacia de transaminare este un exemplu de dubl dislocare, cu cinetica ping-pong corepsunztoare.

n enzima liber, piridoxal-fosfatul se leag de proteina enzimatic nu numai prin azotul din ciclu, ci i prin formarea unei baze Schiff cu gruparea -amino a unei lizine din protein.

Aminoacidul substrat disloc gruparea lizil--amino din legtura cu piridoxal-fosfatul, formnd o aldimin substrat-piridoxal fosfat.Acidul glutamic, drept colector universal de grupri aminice joac un rol central n metabolismul aminoacizilor din dou puncte de vedere. -Acesta- poate prelua direct sau indirect gruprile aminice de la majoritatea aminoacizilor -poate regenera, prin dezaminarea oxidativ acidul -cetoglutaric, care devine apt s accepte gruprile aminice.

Exemplu:

Dezaminarea oxidativ

Glutamatul format sub aciunea transaminazelor poate fi rapid dezaminat oxidativ sub aciunea glutamat dehidrogenazei, o piridin-enzim prezent att n citosol, ct i n mitocondriile hepatocitului.

Gruprile aminice colectate de la diferii aminoacizi de ctre glutamat sunt descrcate sub form de ioni de NH4+ . n aceast reacie are loc i o dehidrogenare. Se presupune c dehidrogenarea glutamatului are loc n dou etape: n prima etap se formeaz -iminoglutaratul, care n a 2-etap este hidrolizat la cetoacid.

Enzima care catalizeaz aceast reacie se numete L-glutamat dehidrogenaza.

-poate folosi ca acceptor de electroni att NAD+ ct i NADP+, preferat fiind NAD+ NADH ul format este oxidat n lanul transportor de electroni.

- are un rol cheie n dezaminarea aminoacizilor-enzim allosteric- nhibat -ATP -GTP -NADH -stimulat - ADP -GDP.

Multe organisme conin aminoacid oxidaze flavin-dependente, care i ele catalizeaz dezaminarea oxidativ a aminoacizilor.

L-aminoacid oxidaza este specific pentru dezaminarea L-aminoacizilor i catalizeaz reacia:

L-aminoacidoxidaza are ca grupare prostetic FMN strns legat de proteina enzimatic. Se gsete n reticulul endoplasmatic - ficat -rinichi. D-aminoacid oxidaza, prezent n ficat i rinichi, care oxideaza D-aminoacizii la -cetoacizii corespunztori.

Rolul D-aminoacidoxidazei este de a iniia degradarea D-aminoacizii provenii din degradarea enzimatic a peptidoglicanilor din pereii celulari ai bacteriilor intestinale, care conin acid D-glutamic i ali D-aminoacizi.Formele reduse al L- i D-aminoacidoxidazelor pot reaciona direct cu O2 formnd H2O2 i regenernd enzimele sub forma lor oxidat.

Apa oxigenat format este descompus de catalaz la ap i oxigen molecular.

n celulele eucariote, L-i D-aminoacidoxidazele precum i uratoxidaza sunt localizate n microcorpi. Tot n aceste organite se gsete i catalza. Din acest motiv organitele repective se mai numesc i peroxizomi.

Decarboxilarea aminoacizilor

Un alt mecanism de degradare a aminoacizilor l constituie decarboxilarea sub aciunea aminoacid-decarboxilazelor, a cror coenzim este piridoxal-fosfatul. n urma procesului de decarboxilare se formeaz aminele primare corespunztoare, numite i amine biogene.

Pentru ca reacia s aib loc, i n acest se formeaz o baz Schiff ntre aminoacid i piridoxal-fosfat.

Deplasrile electronilor spre N piridinic labilizeaz legtura dintre C i gruparea carboxilic.

Are loc eliberarea unei molecule de CO2 urmat de hidroliza bazei Schiff astfel rezultate.

Din hidroliz rezult piridoxalfosfatul i se pune n libertate amina respectiv.

Mecanismul reaciei este urmtorul:

Exemple de reacii de decarboxilare:

Din decarboxilarea histidinei, triptofanului, 5-hidroxitriptofanului, tirozinei rezult histamina, triptamina, serotonina i tiramina cu rol de hormoni tisulari.

Din decarboxilarea treoninei, cisteinei i acidului aspartic rezult propanolamina, cisteamina, -alanina, care intr n structura cobalaminei i CoA.

Din decarboxilarea acidului glutamic se formeaz acidul -aminobutiric, important pentru metabolismul esutului nervosDin decarboxilarea aminoacizilor bazici ca: lizina, ornitina, arginina rezult cadaverina, putresceina, care sunt produi de putrefacie.

Metabolismul amoniacului

Formarea i eliminarea amoniacului

n afara amoniacului care apare n esuturi ca rezultat al metabolismului aminoacizilor (dezaminarea oxidativ), o cantitate considerabil se mai formeaz din proteinele alimentare sub aciunea bacteriilor intestinale i din ureea prezent n lichidele secretate din tractul gastro-intestinal.

Acest amoniac este absorbit din intestin n sngele portal venos, care conine cantiti mai mari de amoniac dect sngele sistemic.

n condiii normale, ficatul ndeprteaz prompt amoniacul din sngele portal, astfel nct sngele ce prsete ficatul, este n mod virtual liber de amoniac.

Acest lucru este esenial deoarece cantiti mici de amoniac sunt toxice pentru sistemul nervos (normal n snge se gsesc 10-20g NH3 /100ml).

Simptomele intoxicaiei cu amoniac sunt rezultatul unei slbiri ale funciilor creierului i se manifest prin:grea vrsturiletargieataxieconvulsiiiar n cazuri mai grave com prin hiperamoniemie (cc 100g NH3 /100 ml) i chiar moartea.

Aceste simptome sunt asemntoare comei hepatice, cnd nivelul amoniacului din ficat i probabil din creier este foarte crescut.

Intoxicaia cu amoniac pare s fie un factor etiologic n coma hepatic.

Simptome asemntoare apar i n hepatomegalie i n general, cnd funciile hepatice sunt puternic alterate, deoarece ficatul este sediul transformrii amoniacului n uree.

Mecanismul prin care amoniacul i exercit efectul asupra creierului nu se cunoate nc.

Se presupune c se datorete descreterii formrii de ATP pe calea ciclului citric din cauza transformrii unei cantiti excesive de -cetoglutarat n glutamat i glutamin.

Nivelul acestor metabolii, la fel ca i a amoniacului este crescut n creier n decursul intoxicaiei cu amoniac.

Alterri ale proceselor de transmisie neural datorit unor formri excesive de acid -aminobutiric (GABA) din glutamat pot fi, deasemenea implicate.

Coninutul de amoniac din sngele din venele renale, mai mare dect n arterele renale, indic faptul c amoniacul este produs n rinichi i apoi trece n snge.

Excreia n urin a amoniacului produs n celulele tubilor renali constituie cel mai semnificativ aspect al metabolismului amoniacului renal.

Producerea de amoniac este un mecanism important al tubilor renali, de reglare a balanei acido-bazice i conservare de cationi, fiind foarte crescut n acidoza metabolic i sczut n alcaloz.

Amoniacul produs la nivelul rinichilor deriv din aminoacizii intracelulari i n special din glutamin.

Eliberarea de amoniac este catalizat de glutaminaza renal, conform reaciei:

Amoniacul poate fi excretat sub form de sruri de amoniu.

Marea majoritate este excretat sub form de uree, care se formeaz n ciclul ureogenetic.

Practic amoniacul format n esuturi, dar prezent n sngele periferic n urme, este ndeprtat rapid din circulaie sub form de glutamin i uree.

Formarea de glutamin este catalizat de glutamin-sintetaz, enzim prezent n cantiti mari n esutul renal.

La animale, plante i microbi exist o reacie catalizat de L-asparaginaz, analoag celei catalizate de glutaminaz la om.

Asparaginaza i glutaminaza sunt utilizate ca ageni antitumorali, deoarece tumorile necesit cantiti mari de acid aspartic i acid glutamic.

calea major de ndeprtare a amoniacului la nivelul creierului este formarea glutaminei n ficat calea major o constituie transformarea n uree.

Un adult cu o activitate normal, moderat excret zilnic 16,5g azot. - 95% se elimin prin rinichi - 5% este stocat i apoi eliminat prin fecale. Ureea constituie 80-90% din azotul excretat.

Interconversia amoniacului i a glutaminei, catalizat de glutaminsintetaz i glutaminaz, poate fi prezentat schematic astfel:

Ciclul ureogenetic

n cursul reaciilor ce alctuiesc un ciclu complet dintr-un mol de amoniac rezult un mol de uree i se consum 3 moli de ATP.

Reaciile succesive sunt catalizate de 5 enzime.

Carbamoil sintetaza prezent n mitocondriile hepatice ale organismelor ureotelice, inclusiv organismul uman, catalizeaz sinteza carbamoilfosfatului cu consum de 2 moli de ATP.

Ornitincarbamoilaza se gsete n mitocondriile hepatice i catalizeaz reacia de sintez a citrulinei, pentru care are o mare specificitate.

citrulina n prezen de argininosuccinat-sintetaza formeaz argininosuccinatul.

argininosuccinaza, prezent n esutul hepatic i renal al mamiferelor catalizeaz reacia de scindare a argininosuccinatului n arginin i acid fumaric, care intr n ciclul citric.

n continuare acidul fumaric intr n ciclul citric i va suferi o transformare obinuit, adic n prezen de fumaraz trece n acid malic, care la rndul su sub aciunea malatdehidrogenazei trece n oxalilacetat.

Oxalilacetatul intr ntr-o reacie de transaminare la care particip acidul glutamic i transaminaza glutamico-oxalacetic(GOT), formnd acidul aspartic.

Deasemenea arginina format este scindat de arginaz (enzim prezent n ficatul tuturor organismelor ureotelice) la ornitin i uree. Arginaza se gsete n cantiti mici rinichi creier glanda mamar, esut testicular piele. Enzima poate fi nhibat competitiv de ornitin i lizin.

Ornitina rezultat poate s reia un nou ciclu, iar ureea format este excretat urinar.

Ciclul ureogenetic este o cale metabolic foarte costisitoare pentru organism, deoarece pentru fiecare molecul de uree ce se formeaz se consum 3 legturi macroergice.

Cantitatea de uree excretat de un adult normal prin urin este de 25-30g n 24 de ore.

Aceast cantitate reprezint 90% din substanele azotate i variaz proporional cu cantitatea de protein ingerat.

n condiii normale excreia de amoniac reprezint numai de 2,5-4,5% din totalul azotului urinar.Excreia amoniacului reprezint o funcie important n meninerea balanei acido-bazice. Amoniacul se formeaz la nivelul rinichilor unde se combin cu ionii de hidrogen formnd ioni de amoniu.Coninutul su crete n acidoz i scade n alcaloz.Ureogeneza este un proces semiciclic deoarece ornitina consumat n reacia 2 este regsit n ultima reacie.

Boli metabolice legate de dereglri aprute n ciclul ureogenetic

Lipsa uneia dintre enzimele care intervin n ciclul ureogenetic determin apariia unor afeciuni, care toate sunt cauzate de intoxicaia cu amoniac. Acesta nu se mai poate transforma n uree, produs netoxic care se elimin.

Deficitul de carbamoilfosfatsintetaz este probabil ereditar i cauzeaz hiperamoniemia de tip I.

Deficitul de transcarbamoilaz duce la apariia enzimopatiilor congenitale. Boala se numete hiperamonemie de tip II. n aceste cazuri n snge, lichid cerebrospinal i urin s-au gsit cantiti mari de glutamin, iar n esuturi cantiti mari de amoniac.

Lipsa activitii argininosuccinat-sintetazei duce la citrulinemie, o boal foarte rar. n sngele i n lichidul cerebrospinal al pacienilor se gsesc cantiti mari de citrulin, iar n urin eliminarea este masiv (1-2g citrulin/24 de ore).

Absena argininosuccinazei duce la argininosuccinurie. Enzima este absent n creier, ficat, rinichi, eritrocite i fibroblastele din piele.Simptomatologia se caracterizeaz prin hiperamonemie, vrsturi,letargie,com.Tratamentul const n administrarea de arginin i benzoat de sodiu.

Absena arginazei conduce la hiperargininemie.Aceasta se caracterizeaz prin creterea nivelului de arginin n snge i n lichid cerebrospinal,eliminare urinar crescut de arginin,lizin i ornitin.Tetraplegie spastic progresiv i retardare mental.Arginaza cerebrospinal nu este ntotdeauna absent, uneori este mai sczut.Tratamentul const n dieta cu aa.eseniali (exclusiv arginin) i regim hipoproteic.

Utilizarea scheletului de atomi de carbon ai aminoacizilor

Aminoacizii sunt utilizai alturi de glucide i lipide la acoperirea necesitilor energetice ale organismelor animale.

n condiiile unei alimentaii echilibrate i n stare normal, organismul uman i procur cel mult 10% din necesarul de energie prin degradarea aminoacizilor.

Pentru producerea de energie, scheletul de atomi de carbon al aminoacizilor este degradat oxidativ la CO2 i H2O. S-a constatat c atomii de carbon din scheletul aminoacizilor se regsesc nu numai n CO2 ci i n structura glucozei i lipidelor sintetizate endogen.

Aminoacizii din care se sintetizeaz glucoz se numesc glucogeni, iar cei din care se sintetizeaz lipide se numesc cetogeni.Unii aminoacizi sunt att glucogenici ct i cetogenici.

producerea de energie sinteza de lipide i glucozsunt transformai pe ci mai simple sau mai complexe n intermediari ai ciclului Krebs sau n compui aflai n strns legtur cu acest ciclu: oxalilacetat, -cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat, piruvat, acetil-CoA.

n cazul unora dintre aminoacizi exist ci specifice de trecerea spre 2 dintre compuii menionai: -triptofanul la- acetil-CoA - acetoacetil-CoA -tirozina la- fumarat - acetoacetil-CoA.

Schema general de metabolizare a scheletului de atomi de C ai aminoacizilor

Defecte n metabolizarea aminoacizilor

n legtur cu metabolismul aminoacizilor sunt descrise mai multe afeciuni cauzate n principal de defecte la sinteza unor enzime cheie.

Fenilcetonuria apare atunci cnd lipsete fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanina -nu se mai poate transforma n tirozin - se transform n- acid fenilpiruvic, - acid fenillactic -acid fenilacetic ( toxici pentru creier care se elimin parial prin urin).

Alcaptonuria- apare datorit absenei homogentizatoxidazei - acumularea ac.homogentizinic Aceasta duce la pigmentarea anormal a esutului conjunctiv, datorit unui pigment negru ce se formeaz la nivelul esutului conjunctiv.Albinismul- apare prin lipsa tirozinazei, enzim ce iniiaz oxidarea tirozinei pentru formarea pigmenilor melaninici. - pielea,prul i irisul sunt decolorate. -prezint o accentuat fotosensibilitate.

Histidinemia- apare datorit lipsei enzimei histidin-amonio-liazei. -histidina se elimin parial prin urin, parial se transform n acid imidazol-piruvic. -acestea duc la ntrzierea dezvoltrii generale i a vorbirii.Cistinuria- apare datorit unei reabsorbii tubulare defectuoase a cistinei - ceea ce determin eliminarea ei n cantiti mari prin urin. -fiind puin solubil, cistina formeaz calculi

Metabolismul amoniacului Formarea i eliminarea amoniacului Surs de amoniac-apare n esuturi ca rezultat al metabolismului aminoacizilor (dezaminarea oxidativ,transaminare) - din proteinele alimentare sub aciunea bacteriilor intestinale -din glutamin n rinichi prin aciunea glutaminazei. -din purine i pirimidine Acest amoniac este absorbit din intestin n sngele portal venos, care conine cantiti mai mari de amoniac dect sngele sistemic. n condiii normale, ficatul ndeprteaz prompt amoniacul din sngele portal, astfel nct sngele ce prsete ficatul, este n mod virtual liber de amoniac.

Acest lucru este esenial deoarece cantiti mici de amoniac sunt toxice pentru sistemul nervos (normal n snge se gsesc 10-20g NH3 /100ml).

Simptomele intoxicaiei cu amoniac sunt rezultatul unei scderi ale funciilor creierului i se manifest prin:grea vrsturiletargieataxieconvulsiiiar n cazuri mai grave com prin hiperamoniemie (cc 100g NH3 /100 ml) i chiar moartea.

Aceste simptome sunt asemntoare comei hepatice, cnd nivelul amoniacului din ficat i probabil din creier este foarte crescut.

Intoxicaia cu amoniac pare s fie un factor etiologic n coma hepatic.

Simptome asemntoare apar i n hepatomegalie i n general, cnd funciile hepatice sunt puternic alterate, deoarece ficatul este sediul transformrii amoniacului n uree.

Mecanismul prin care amoniacul i exercit efectul asupra creierului nu se cunoate nc.

Se presupune c se datorete descreterii formrii de ATP pe calea ciclului citric din cauza transformrii unei cantiti excesive de -cetoglutarat n glutamat i glutamin.

Nivelul acestor metabolii, la fel ca i a amoniacului este crescut n creier n decursul intoxicaiei cu amoniac.

Alterri ale proceselor de transmisie neural datorit unor formri excesive de acid -aminobutiric (GABA) din glutamat pot fi, deasemenea implicate.

Coninutul de amoniac din sngele din venele renale, mai mare dect n arterele renale, indic faptul c amoniacul este produs n rinichi i apoi trece n snge.

Excreia n urin a amoniacului produs n celulele tubilor renali constituie un aspect semnificativ al metabolismului amoniacului renal.

Producerea de amoniac este un mecanism important al tubilor renali, de reglare a balanei acido-bazice i conservare de cationi, fiind foarte crescut n acidoza metabolic i sczut n alcaloz.

Amoniacul produs la nivelul rinichilor deriv din aminoacizii intracelulari i n special din glutamin.

Eliberarea de amoniac este catalizat de glutaminaza renal, conform reaciei:

Amoniacul poate fi excretat sub form de sruri de amoniu.

Marea majoritate este excretat sub form de uree, care se formeaz n ciclul ureogenetic.

Practic amoniacul format n esuturi, dar prezent n sngele periferic n urme, este ndeprtat rapid din circulaie sub form de glutamin i uree.

Formarea de glutamin este catalizat de glutamin-sintetaz, enzim prezent n cantiti mari n esutul renal.

La animale, plante i microbi exist o reacie catalizat de L-asparaginaz, analoag celei catalizate de glutaminaz la om.

Asparaginaza i glutaminaza sunt utilizate ca ageni antitumorali, deoarece tumorile necesit cantiti mari de acid aspartic i acid glutamic.

calea major de ndeprtare a amoniacului la nivelul creierului este formarea glutaminei n ficat calea major o constituie transformarea n uree.

Un adult cu o activitate normal, moderat excret zilnic 16,5g azot. - 95% se elimin prin rinichi - 5% este stocat i apoi eliminat prin fecale. Ureea constituie 80-90% din azotul excretat.

Interconversia amoniacului i a glutaminei, catalizat de glutaminsintetaz i glutaminaz, poate fi prezentat schematic astfel:

Corelaia dintre glutamat, glutamin i a-cetoglutarata-cetoglutaratglutamatglutaminNH3NH3NH3NH3glutamat+NAD++H2Oa-cetoglutaratNH3++NADHglutamatNH3+glutaminATPADPglutaminH2O+glutamatNH3+A. Glutamat dehidrogenazB. Glutamin sintetaz (ficat) C. Glutaminaz (rinichi) Din reacia de transaminareTrece n ciclul ureogenetic

Ciclul ureogeneticn cursul reaciilor ce alctuiesc un ciclu complet dintr-un mol de amoniac rezult un mol de uree i se consum 3 moli de ATP.

Reaciile succesive sunt catalizate de 5 enzime.

Carbamoil sintetaza prezent n mitocondriile hepatice ale organismelor ureotelice, inclusiv organismul uman, catalizeaz sinteza carbamoilfosfatului cu consum de 2 moli de ATP.

Ornitincarbamoilaza se gsete n mitocondriile hepatice i catalizeaz reacia de sintez a citrulinei, pentru care are o mare specificitate.

citrulina n prezen de argininosuccinat-sintetaza formeaz argininosuccinatul.

argininosuccinaza, prezent n esutul hepatic i renal al mamiferelor catalizeaz reacia de scindare a argininosuccinatului n arginin i acid fumaric, care intr n ciclul citric.

n continuare acidul fumaric intr n ciclul citric i va suferi o transformare obinuit, adic n prezen de fumaraz trece n acid malic, care la rndul su sub aciunea malatdehidrogenazei trece n oxalilacetat.

Oxalilacetatul intr ntr-o reacie de transaminare la care particip acidul glutamic i transaminaza glutamico-oxalacetic(GOT), formnd acidul aspartic.

Deasemenea arginina format este scindat de arginaz (enzim prezent n ficatul tuturor organismelor ureotelice) la ornitin i uree. Arginaza se gsete n cantiti mici rinichi creier glanda mamar, esut testicular piele. Enzima poate fi nhibat competitiv de ornitin i lizin.

Ornitina rezultat poate s reia un nou ciclu, iar ureea format este excretat urinar.

Ciclul ureogenetic este o cale metabolic foarte costisitoare pentru organism, deoarece pentru fiecare molecul de uree ce se formeaz se consum 3 legturi macroergice.

Cantitatea de uree excretat de un adult normal prin urin este de 25-30g n 24 de ore.

Aceast cantitate reprezint 90% din substanele azotate i variaz proporional cu cantitatea de protein ingerat.

n condiii normale excreia de amoniac reprezint numai de 2,5-4,5% din totalul azotului urinar.Excreia amoniacului reprezint o funcie important n meninerea balanei acido-bazice. Amoniacul se formeaz la nivelul rinichilor unde se combin cu ionii de hidrogen formnd ioni de amoniu.Coninutul su crete n acidoz i scade n alcaloz.Ureogeneza este un proces semiciclic deoarece ornitina consumat n reacia 2 este regsit n ultima reacie.

Boli metabolice legate de dereglri aprute n ciclul ureogeneticLipsa uneia dintre enzimele care intervin n ciclul ureogenetic determin apariia unor afeciuni, care toate sunt cauzate de intoxicaia cu amoniac. Acesta nu se mai poate transforma n uree, produs netoxic care se elimin.

Deficitul de carbamoilfosfatsintetaz este probabil ereditar i cauzeaz hiperamoniemia de tip I.

Deficitul de transcarbamoilaz duce la apariia enzimopatiilor congenitale. Boala se numete hiperamonemie de tip II. n aceste cazuri n snge, lichid cerebrospinal i urin s-au gsit cantiti mari de glutamin, iar n esuturi cantiti mari de amoniac.

Lipsa activitii argininosuccinat-sintetazei duce la citrulinemie, o boal foarte rar. n sngele i n lichidul cerebrospinal al pacienilor se gsesc cantiti mari de citrulin, iar n urin eliminarea este masiv (1-2g citrulin/24 de ore).

Absena argininosuccinazei duce la argininosuccinurie. Enzima este absent n creier, ficat, rinichi, eritrocite i fibroblastele din piele.

Simptomatologia se caracterizeaz prinhiperamonemie,vrsturiletargieCom

Tratamentul const n administrarea de arginin i benzoat de sodiu.

Absena arginazei conduce la hiperargininemie.Aceasta se caracterizeaz prin creterea nivelului de arginin n snge i n lichid cerebrospinal,eliminare urinar crescut de arginin,lizin i ornitin.

Tetraplegie spastic progresiv i retardare mental.Arginaza cerebrospinal nu este ntotdeauna absent, uneori este mai sczut.

Tratamentul const n dieta cu aa.eseniali (exclusiv arginin) i regim hipoproteic.

L-aspartatATPAMP + PPiArgininosuccinazaArgininosuccinatsintetazaH2OArginazaCarbamoil fosfat sintetazaL-ornitin-carbamoil transferazaMitocondrieCitosolL-ornitinaCarbamoil fosfatL-citrulina

Catabolismul scheletului de atomi de carbon ai aminoacizilor Aminoacizii sunt utilizai alturi de glucide i lipide la acoperirea necesitilor energetice ale organismelor animale.

n condiiile unei alimentaii echilibrate i n stare normal, organismul uman i procur cel mult 10% din necesarul de energie prin degradarea aminoacizilor.

Pentru producerea de energie, scheletul de atomi de carbon al aminoacizilor este degradat oxidativ la CO2 i H2O. S-a constatat c atomii de carbon din scheletul aminoacizilor se regsesc nu numai n CO2 ci i n structura glucozei i lipidelor sintetizate endogen.

Aminoacizii din care se sintetizeaz glucoz se numesc glucogeni, iar cei din care se sintetizeaz lipide se numesc cetogeni.Unii aminoacizi sunt att glucogenici ct i cetogenici.Caracteristici producerea de energie sinteza de lipide i glucozsunt transformai pe ci mai simple sau mai complexe n intermediari ai ciclului Krebs sau n compui aflai n strns legtur cu acest ciclu: oxalilacetat, -cetoglutarat, succinil-CoA, fumarat, piruvat, acetil-CoA.

Aminoacizi glucogenici Se formeaz: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinil-CoA Aspartat Asparagin Arginin Fenilalanin Tirozin Izoleucin Metionin Valin Glutamin Glutamat Prolin Histidin Alanin Serin Cistein Glicin Threonin Triptofan

Aminoacizi cetogeniciformeaz acetil CoA sau acetoacetatLizinLeucin

Aminoacizi glucogenici i cetogenici formeaz: a-cetoglutarat, piruvat, oxaloacetat, fumarat sau succinil-CoA i acetil CoA sau acetoacetatIzoleucinTreoninTriptofanFenilalaninTirozin

alanina, serina, cisteina i treonina sunt convertite la piruvatPiruvat

aspartatul i asparagina sunt convertite la oxalacetat

unii aminoacizi sunt convertii la a-cetoglutarat prin glutamatGlutamina Prolina Histidina Arginina-cetoglutarat

n cazul unora dintre aminoacizi exist ci specifice de trecerea spre 2 dintre compuii menionai: -triptofanul la- acetil-CoA - acetoacetil-CoA -tirozina la- fumarat - acetoacetil-CoA.

Schema general de metabolizare a scheletului de atomi de C ai aminoacizilor

Defecte n metabolizarea aminoacizilor

n legtur cu metabolismul aminoacizilor sunt descrise mai multe afeciuni cauzate n principal de defecte la sinteza unor enzime cheie.

Fenilcetonuria apare atunci cnd lipsete fenilalanin-hidroxilaza. Fenilalanina -nu se mai poate transforma n tirozin - se transform n- acid fenilpiruvic, - acid fenillactic -acid fenilacetic -toxici pentru creier care se elimin parial prin urin-produce idioenie fenilpiruvic-depistarea precoce a bolii face posibil tratamentul-diet cu coninut redus de fenilalanin i administrare de tetrahidrobiopterin (pt forma atipic).

Fenilcetonurie

AlcaptonurieAlcaptonuria- apare datorit absenei homogentizatoxidazei - acumularea ac.homogentizinic ,trece n urin(se coloreaz n negru sau albastru) Aceasta duce la pigmentarea anormal a esutului conjunctiv, datorit unui pigment negru ce se formeaz la nivelul esutului conjunctiv.

AlbinismAlbinismul- apare prin lipsa tirozinazei, enzim ce iniiaz oxidarea tirozinei pentru formarea pigmenilor melaninici. - pielea,prul i irisul sunt decolorate. -prezint o accentuat fotosensibilitate.

Histidinemia- apare datorit lipsei enzimei histidinamonio-liazei. -histidina se elimin parial prin urin, parial se transform n acid imidazol-piruvic. -acestea duc la ntrzierea dezvoltrii generale i a vorbirii.Cistinuria- apare datorit unei reabsorbii tubulare defectuoase a cistinei - ceea ce determin eliminarea ei n cantiti mari prin urin. -fiind puin solubil, cistina formeaz calculi