metabolizmus aminokyselin i -...
Post on 11-Aug-2019
256 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Metabolizmus aminokyselin I
Ústav lékařské chemie a klinické biochemie 2.LF UK a FN Motol
MUDr. Bc. Matej Kohutiar, Ph.D.
matej.kohutiar@lfmotol.cuni.cz
Praha 2018
Osnova
• I. přednáška:
– Metabolizmus a meziorgánové vztahy aminokyselin
– Ureosyntetický cyklus– Ureosyntetický cyklus
– Biosyntéza esenciálních aminokyselin
• II. přednáška:
– Degradace uhlíkové kostry aminokyselin
Koloběh dusíku v biosféře
N2
+ -nitrifikace
NH4+ NO3
-
organický dusík
denitrifikace
Sloučenina N Ox.číslo
Amoniak NH3 -III
Dusík N2 0
DusičnanNO3
–
V
Metabolismus dusíkatých látek
volné aminokyseliny
proteiny tkání
proteiny potravy deriváty aminokyselinproteiny potravy deriváty aminokyselin
C skelety aminokyselinglukogeneogenese
prekurzory mastných kyselin
amoniak
Trávení proteinů
• Hydrolýza→ polypeptidy → oligopeptidy → aminokyseliny → střevní sliznice → transport
Exo/Endopeptidasy
Typ proteázy Enzym Kde pH optimum
aspartátové pepsin žaludek 1,3-3
chymosin žaludek 4,8
serinové trypsin duodenum 7,5-8,5
chymotrypsin duodenum 7-8
elastasa duodenum 10
metalopeptidasy karboxypeptidasy tenké střevo 7-8
aminopeptidasy tenké střevo 7-8
Dekarboxylace
• Vznik primárních aminů
OR
NH2
OH
R
NH2
aminokyselina amin
CO2
Amin AmK Význam
Cholin, etanolamin
Ser Fosfatidové kyseliny
Spermin, spermidin
Orn,Met
spermatogeneze
Histamin His Alergické reakce
kadaverin Lys Stabilizace RNA• Vznik primárních aminů
• Biologicky aktivní aminy
• Hormony
neurotransmitery
koenzymy …
putrescin Orn Stabilizace RNA
β-alanin Asp Pantothenát
GABA Glu Neurotransmiter
Dopamin Tyr Neurotransmiter
Noradrenalin Tyr Neurotransmiter
Adrenalin Tyr Neurotransmiter
Serotonin 5-OH-Trp
Neurotransmiter
melatonin Trp Hormon
Transaminace
O
NH2
R
OH
+ OO
O
OH OH
O
O
R
OH
+ OO
NH2
OH OH
aminokyselina -ketoglutarát -ketokyselina glutamát
• 2-oxoglutarát (α-ketoglutarát) je častá akceptorová ketokyselina
• Ala→Pyr (alaninaminotransferasa)
• Asp → oxalacetát (aspartátaminotransferasa)
• NE: Lys, Thr, Pro, Hypro
Transaminace
OH
O
OPO3
-
• Pyridoxalfosfát (B6)
• Prostetická skupina
• Transaminace a dekarboxylace
NCH3
Transaminace
RNH+
NCH
O-
OPO3
-
• Pyridoxalfosfát (B6)
• Prostetická skupina
• Kofaktor transaminas a dekarboxlas
NCH3
Deaminace
OH
O
NH2
R
OH
+ H2O + A NH4+
+ + AH2O
O
R
OH
• Oxidační proces – oxidační deaminace (oxidasy)
O
NH2
R
OH
+ H2O + O2 NH4+
+ + H2O2O
O
R
OH
Deaminace
OO
NH2
OH OH
OO
O
OH OHNAD(P)+ NAD(P)H + H
+
• Glutamátdehydrogenasa (mitochondriální)
• Klíčový enzym
NH4+
Amoniak
• Katabolizmus:• Trávicí enzymy• Proteiny z odloučených buněk GIT• Svalové proteiny• Hemoglobin• Hemoglobin• Intracelulární proteiny
• Toxicita NH3 pro CNS• Koncentrace roste při poškození jater, nebo při
vrozených metabolických vadách• V plazmě: 30-50 μmol/l
Acidobazické vlastnosti amoniaku
NH3 + H2O NH4+ + OH–
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Sloučenina N Ox.číslo
Amoniak NH3 -III
Dusík N2 0
Oxid dusnatý II
Dusitan NO2– III
Dusičnan NO3– V
3NH
logpKpH
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 14,0
i
pH
Distribuční diagram amoniaku
4
3a
NH
NHlogpKpH
pH = 7,4
Distribuce NH4+
Distribuce NH3
4
3
NH
NHlog25,94,7
014125,0NH
NH
4
3
71NH
NH
3
4
Způsoby využití dusíku
1. α-KG + NH4+ + NAD(P)H + H+ Glu +H2O + NADP+
glutamátdehydrogenasa
2. Glu + NH3 + AT P Gln + ADP + Pi
glutaminsynthetasa
3. NH4+ + CO2 + 2 AT P 2ADP + NH2-CO-O-PO3
2- + Pi3. NH4+ + CO2 + 2 AT P 2ADP + NH2-CO-O-PO3
2- + Pi
karbamoylfosfátsynthetasa (mitochondrie)
4. Gln + CO2 + 2 ATP +H2O NH2-CO-O-PO32- + Pi + 2ADP + Glu
karbamoylfosfátsynthetasa (cytosol)
Úloha tkání v transportu dusíku
Střevo:
• Vstřebávání aminokyselin z potravy
• Zdroj energie: glutamin a asparagin
• Aminokyseliny jsou uvolňovány do portálního • Aminokyseliny jsou uvolňovány do portálního oběhu
Úloha tkání v transportu dusíku
Játra:
• Syntéza jaterních a plasmatických proteinů
• Katabolizmus aminokyselin (kromě BCAA)
• Syntéza močoviny
amoniak
• Syntéza močoviny
močovina
Úloha tkání v transportu dusíku
amoniak, urea
Ledviny:
• Zdroj E: glutamin (α-KG+NH4+)
• Urea/exkrece NH4+
• Pufr
amoniak močovina
amoniak
GLN• Pufr
Úloha tkání v transportu dusíku
amoniak, urea
Svaly:
• Katabolizmus BCAA; Ala a Gln (50 % všech)
amoniak močovina
amoniak
GLN
ALA
Dusíková bilance
NB= N(potrava)-(NU+NF+Npot)
NB + (příjem > ztráty)NB - (příjem < ztráty)
Metabolický obrat proteinů:• Poločas života/metabolického obratu• Krátkodobé (regulační) proteiny• Dlouhodobé proteiny • Strukturální metabolicky stabilní proteiny
Exkreční formy dusíku
• Amonotelní živočichové: amoniak
– vodní živočichové
• Urikotelní živočichové: kyselina močová• Urikotelní živočichové: kyselina močová
– vejcorodí: plazy, ptáci
• Ureotelní živočichové: močovina
– placentární savci
Metabolizmus aminokyselin a tvorba močoviny
• Odehrává se v játrech (kompletní enzymatická výbava)
• I. odstranění aminoskupiny (amoniak, C skelet)(amoniak, C skelet)
• II. syntéza močoviny (urey) z amoniaku
NH4+ + HCO3
- + Asp NH2-CO-NH2 + fumarát + H2O
I. Odstranění aminoskupiny
O
NH2
R
OH
+OO
NH2
OH OH
aminokyselina-ketokyselina
glutamát-KG
NAD(P)+ NAD(P)H + H
+
-KG
NH4+
• Oxidační deaminace glutamátu v játrech
• GDH –: ATP, NADH
• GDH + : ADP, NAD+
II. Močovinový cyklus
1. mitochondrie CPS I:
2ATP 2ADP + PiO
CH3
O O
NH
OHOH
O
N-acetylglutamát
+
HCO3- + NH4
+NH2
O
O
P
II. Močovinový cyklus
2. Karbamoylfosfát je přenesen
na ornitin (OTCasa)
OOH
NH2
O
O
P
+ O
NH2
NH2
NH2
O
O
NH2
NH
OH
ornitin
citrulin
II. Močovinový cyklus
O-C translokasa, antiport
NH2
O
ONH
OH
ONH2
OH
O
NH2
NH
NH2
O
O
NH2
NH
OH
NH2
O
NH2
NH2
OH
CIT
CIT
ORN
ORN
II. Močovinový cyklus
3. cytosol: arginosukcinátsynthetasa
NH2
O
O
NH2
NH
OH
+
citrulin
O
ONH2
OH
OH
ATP AMP + PPi
citrulin aspartát
NH2
O
NH2
NH
OH
O
O
OH
OH
N
arginosukcinát
II. Močovinový cyklus
4. cytosol: arginosukcinátlyasa
O
O
OH
OH
N
NH2
O
NH2
NH
OHON
arginosukcinát
NHO NH
NH2
NH2
OH
+ O
O
OH
OH
argininfumarát
II. Močovinový cyklus
5. cytosol: arginasa
NHO NH
NH2OH
NH2
O
O
NH2
NH
OH
NH2
O
O
NH2
NH
OH
O
NH2
NH2
O H
O
NH2
NH2
OH
CIT
CIT
ORN
ORN
NHO NH
NH2 arginin
NH2
NH2
O
+ O
NH2
NH2
OH
ureaornitin
Bilance močovinového cyklu
1. NH4+ + HCO3
- + 2 ATP 2ADP + NH2-CO-O-PO32- + Pi
2. Karbamoylfosfát + ORN CIT
3. CIT + ATP + Asp Arg-suc + AMP + Ppi
4. Arg-suc fumarát+ Arg
5. Arg NH2-CO-NH2 + ORN2 2
2 NH4+ + HCO3
- + 4 ATP (ekv.) NH2-CO-NH2
Regulace močovinového cyklu
• Aktivita je regulována na dvou úrovních:+ Hladovění a vysokoproteinová dieta
– Vysokosacharidová strava, nízkoproteinová dieta
• Syntéza enzymů v játrech je regulována změnami danými požadavky na aktivitu cykluzměnami danými požadavky na aktivitu cyklu
Alostericky:
• N-acetylglutamát (aktivace CPS I)
• Arg: stimulace N-acetylglutamátsynthasy
Regulace močovinového cyklu
• N-acetylglutamát (aktivace CPS I)
• Arg: stimulace N-acetylglutamátsynthasy
O O
NH
OHOH
acetyl-CoA +
NH2
CH3
O O
NH
OHOH
O
CPS I+
+ Arg
+
Detoxikace amoniaku
glutaminasaglutaminsynthetasa
periportální hepatocyt centroacinózní hepatocyt
GLN
GLN
NH3
NH3
urea
urea
NH3 GLN
GLN
Regulace katabolizmu aminokyselin
Exogenní proteiny
Endogenní proteiny
AMK
AMK
α-KG
Glukagon+
Glukagon
kortisol +
AMK
ketolátky
urea
glukóza
KK
GLN
α-KG GLUGlukagonkortisol +
Glukagonkortisol +
Glukagonkortisol +
Regulace katabolizmu aminokyselin
Exogenní proteiny
Endogenní proteiny
AMK
AMK
α-KG
AMK
ketolátky
urea
glukóza
KK
GLN
α-KG GLU
Inzulin - Inzulin -
Přehled biosyntézy neesenciálních aminokyselin
GLYKOLÝZA
glukosa
glycin
3-fosfoglycerát
pyruvát
acetyl-CoA
serin cystein
alanin
Přehled biosyntézy neesenciálních aminokyselin
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
aspartátasparagin
2-oxoglutarátCYKLUS
glutamát
glutamin
prolin
arginin
AMK odvozené od intermediátů glykolýzy:SER
O
OH
P-O
OH
O
O
P-O
OHNAD
+ NADH
Gln
GLYKOLÝZA
glukosa
3-fosfoglycerát serin
O
NH2
P-O
OH
O
NH2
OH
OH
-KGpyruvát
acetyl-CoA
serin
AMK odvozené od intermediátů glykolýzy:GLY
GLYKOLÝZA
glukosa
3-fosfoglycerát
glycin
ONH2
OH
glycin
methylen-H4-folát
3-fosfoglycerát
pyruvát
acetyl-CoA
serin
O
NH2
OH
OH
serin
H4-folát
AMK odvozené od intermediátů glykolýzy:CYS
GLYKOLÝZA
glukosa
glycin
O
NH2
OH
OH
+O
NH2
SH
OH
serin homocystein
OH OH3-fosfoglycerát
pyruvát
acetyl-CoA
serin cystein
O
NH2
OH
O
NH2
S
OH
O
NH2
OH
SH O
NH2
OH
OH+
cystathionin
cystein homoserin
AMK odvozené od intermediátů glykolýzy:ALA
GLYKOLÝZA
glukosa
3-fosfoglycerát serin cystein
glycin
O
O
CH3
OH
pyruvát
Glu/Asp
3-fosfoglycerát
pyruvát
acetyl-CoA
serin cystein
alanin
O
NH2
CH3
OH
alanin
-KG/oxalac
Přehled biosyntézy neesenciálních aminokyselin
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
aspartátasparagin
2-oxoglutarátCYKLUS
glutamát
glutamin
prolin
arginin
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: ASP
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
CYKLUS
aspartát
O
OO
OH
OH
oxalacetát
2-oxoglutarátCYKLUS
O
ONH2
OH
OH
aspartát
AST
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: ASN
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
aspartátasparagin
O
ONH2
OH
OH
aspartát
Gln
2-oxoglutarát
CITRÁTOVÝ
CYKLUS
O
O
NH2
NH2
OH
asparagin
Glu
ATP asparaginsynthetasa
Gln
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: GLU
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
aspartátasparagin
OO
O
OH OH
NAD(P)H + H+
NH4+
2-oxoglutarát
2-oxoglutarátCYKLUS
glutamát
glutaminOO
NH2
OH OH
NAD(P)+
NH4
glutamát
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: GLN
OO
NH2
OH OH
ATP
glutamátoxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
aspartátasparagin
ADP + P
NH4+
OO
NH2
NH2 OH
glutaminsyntetáza
glutamin
2-oxoglutarátCYKLUS
glutamát
glutamin
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: PRO
2-oxoglutarát
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
CYKLUS
aspartátasparagin
OO
NH2
OH OH
glutamátglutamát
glutamin
prolinglutamát
OO
NH2
OH
glutamát -semialdehyd
ON
OH
pyrrolin-5-karboxylát
ONH
OHNADPH NADP
+
NADPH
NADP+
prolin
AMK odvozené od intermediátů citrátového cyklu: ARG
2-oxoglutarát
oxalacetát
citrát
CITRÁTOVÝ
CYKLUS
aspartátasparagin
2-oxoglutarátCYKLUS
glutamát
glutamin
prolin
arginin
NHO NH
NH2
NH2
OH
arginin
→viz ornitinový cyklus + příští přednáška
Biosyntéza tyrosinu
O
NH2
OH
fenylalanin
O2 H4-biopterin NADPH + H+
O
NH2
OH
OHtyrosin
H2O
H4-biopterin
H2-biopterin NADP+
NADPH + H+
top related