Щоб говорити про двадцять амінокислот, що складають білок і модифіковані структури, слід описати принаймні дванадцять спеціалізованих метаболічних шляхів.
Але чому клітини використовують стільки метаболічних шляхів, що вимагають енергії (наприклад, для регенерації каталітичних сайтів ферментів), кожна з ферментативною спадщиною, щоб катаболізувати амінокислоти? Майже всі амінокислоти можуть бути отримані за допомогою спеціалізованих маршрутів метаболітів, які в невеликій частині використовуються для виробництва енергії (наприклад, через глюконеогенез і шлях кетонових тіл), але які, перш за все, призводять до утворення складних молекул, з високим числом атомів вуглецю (наприклад, з фенілаланіну і тирозину, гормони виробляються в наднирниках, які спеціалізуються для цієї мети); якщо, з одного боку, буде легко виробляти енергію з амінокислот, з іншого боку, складно будувати складні молекули, починаючи з малих молекул: катаболізм амінокислот дозволяє використовувати їх скелет для отримання більших видів.
Дві або три унції амінокислот розкладаються щодня здоровою людиною: 60-100 г з них виходять з білків, введених в раціон, але більше 2 унцій виходять з нормального обороту білків, які є невід'ємною частиною тіла (амінокислоти). цих білків, які пошкоджуються окислювально-відновними процесами, замінюються іншими і катаболізуються).
Амінокислоти дають енергетичний внесок у термінах АТФ: після видалення α-аміногрупи, залишився вуглецевий скелет амінокислот, після відповідних перетворень, може увійти в цикл кребса. Крім того, коли запасів поживних речовин бракує і кількість глюкози зменшується, активується глюконеогенез: глюконеогенетичні амінокислоти називаються тими, які після відповідних модифікацій можуть бути введені в глюконеогенез; Глюконеогенетичні амінокислоти - це ті, які можуть бути перетворені в піруват або фумарат (фумарат може бути перетворений у хворого, який виходить з мітохондрій і, у цитоплазмі, перетворюється в оксалоацетат, з якого може бути отриманий фосфоенол). Натомість ті, які можуть бути перетворені в ацетил-кофермент А і оцет-ацетат, називаються кетогенними амінокислотами.
Тільки описаний є дуже важливим аспектом, оскільки амінокислоти можуть виправити недолік цукру в разі негайного голодування; якщо голодування зберігається, метаболізм ліпідів втручається через два дні (оскільки білкові структури не можуть бути атаковані), саме в цій фазі, оскільки глюконеогенез дуже обмежений, жирні кислоти перетворюються в ацетилкофермент А і кетонові тіла, Від подальшого голодування мозок також адаптується до використання кетонових тіл.
Перенесення α-аміногрупи з амінокислот відбувається через реакцію трансамінування; ферменти, які каталізують цю реакцію, називаються трансаміназами (або амінотрансферазами). Ці ферменти використовують ферментативний кофактор, що називається піридоксальфосфат, який втручається у свою альдегідну групу. Піридоксальфосфат є продуктом фосфорилювання піридоксину, який є вітаміном (В6), що міститься переважно в овочах.
Трансамінази мають такі властивості:
Висока специфічність для пари α-кетоглутарат-глутамат;
Вони беруть свою назву від другої пари.
Ферменти трансаміназ завжди включають пару α-кетоглутарат-глутамат і виділяються за участю другої пари.
приклади:
Аспартат трансамінази або ГОТ (глутамат-оксалацетат ацетаміназа): фермент передає α-аміногрупу з аспартату до α-кетоглутарат, отримуючи оксалацетат і глутамат.
Аланін-трансаміназа, тобто GTP (глутамат-піруват-трансаміназа): фермент передає α-аміногрупу з аланіну в α-кетоглутарат, отримуючи піруват і глутамат.
Різні трансамінази використовують α-кетоглурат як акцептор аміногрупи амінокислот і перетворюють його в глутамат; в той час як утворюються амінокислоти використовуються на шляху кетонових тіл.
Цей тип реакції може відбуватися в обох напрямках, оскільки вони розриваються і утворюються зв'язки з однаковим енергетичним змістом.
Трансамінази знаходяться як в цитоплазмі, так і в мітохондріях (вони в основному активні в цитоплазмі) і відрізняються по ізоелектричній точці.
Трансамінази також здатні декарбоксилировать амінокислоти.
Має бути спосіб перетворення глутамату назад в α-кетоглутарат: це відбувається шляхом дезамінування.
Глютаматдегідрогеназа являє собою фермент, здатний перетворювати глутамат у α-кетоглутарат і, отже, перетворювати аміногрупи амінокислот у вигляді глутамату в аміак. Що відбувається - це оксидоредуктивний процес, який проходить через проміжний α-аміноглутарат: вивільняються аміак і α-кетоглутарат і повертаються в циркуляцію.
Таким чином, утилізація амінокислот амінокислот проходить через трансамінази (різні в залежності від субстрату) і глутаматдегідрогенази, що визначає утворення аміаку.
Існує два типи глутаматдегідрогенази: цитоплазматична і мітохондріальна; кофактором, який також є спільною складовою цього ферменту, є NAD (P) +: глутаматдегідрогеназа використовує NAD + або NADP + як акцептор знижує потужності. Цитоплазматична форма віддає перевагу, хоча і не виключно, NADP +, тоді як мітохондріальна форма віддає перевагу NAD +. Мітохондріальна форма має на меті утилізацію аміногруп: вона призводить до утворення аміаку (який є субстратом для спеціалізованого ферменту мітохондрій) і NADH (який направляється в дихальний ланцюг). Цитоплазматична форма працює в протилежному напрямку, тобто використовує аміак і α-кетоглутарат для отримання глутамату (який має біосинтетичне призначення): ця реакція є відновним біосинтезом, а використовуваним кофактором є NADPH.
Глютаматдегідрогеназа працює, коли аміногрупи амінокислот, такі як аміак (через сечу) необхідно утилізувати або коли скелети амінокислот необхідні для отримання енергії: цей фермент матиме системи, які вказують на хорошу енергетичну доступність (АТФ) як негативні модулятори. GTP і NAD (P) H) і як позитивні модулятори, системи, які вказують на необхідність в енергії (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, амінокислоти і тиреоїдні гормони).
Амінокислоти (в основному лейцин) є позитивними модуляторами глутаматдегідрогенази: якщо в цитоплазмі присутні амінокислоти, вони можуть бути використані для синтезу білка, або вони повинні бути утилізовані, оскільки вони не можуть бути накопичені (це пояснює, чому амінокислоти є позитивними модуляторами),
Утилізація аміаку: цикл сечовини
Риби утилізують аміак, вводячи його у воду через зябра; птахи перетворюють його в сечову кислоту (яка є продуктом конденсації) і усувають її фекаліями. Давайте подивимося, що відбувається у людей: ми говорили, що глутаматдегідрогеназа перетворює глутамат у α-кетоглутарат і аміак, але ми не говорили, що це відбувається тільки в мітохондріях печінки.
Фундаментальна роль утилізації аміаку через цикл сечовини охоплюється мітохондріальними трансаміназами.
діоксид вуглецю у вигляді бікарбонатного іона (HCO3-) активується кофактором біотину, утворюючи карбоксибиотин, який реагує з аміаком, даючи карбамінову кислоту; наступна реакція використовує АТФ для перенесення фосфату в карбамінову кислоту, утворюючи карбамілфосфат і АДФ (перетворення АТФ в АДФ є рушійною силою для отримання карбоксибиотина). Ця фаза каталізується карбамілфосфатсинтетазою і відбувається в мітохондріях. Карбамілфосфат і орнітин є субстратами для ферменту орнітин транскарбамілази, який перетворює їх в цитрулін; ця реакція відбувається в мітохондріях (гепатоцитів). Утворений цитрулін виходить з мітохондрій і в цитоплазмі проходить під дією аргінінсукцинатсинтази : відбувається злиття вуглецевого скелета цитруліну та аспартату через нуклеофільну атаку і подальше усунення води. Фермент сукцинат-синтаза аргініну потребує молекули АТФ, тому існує енергетична зв'язок: гідроліз АТФ до АМФ і пірофосфату (остання потім перетворюється на дві молекули ортофосфату) шляхом витіснення молекули води з субстрату, а не завдяки дії води в середовищі.
Наступним ферментом є сукциназа аргініну : цей фермент здатний розділити сукцинат аргініну на аргінін і фумарат всередині цитоплазми.
Цикл сечовини завершується ферментом аргіназе : отримують сечовину і орнітин; сечовину видаляють нирками (сечею), а орнітин повертається в мітохондрії і відновлює цикл.
Цикл сечовини підлягає непрямої модуляції аргініном: накопичення аргініну вказує на необхідність прискорення циклу сечовини; Модуляція аргініном є непрямою, оскільки аргінін позитивно модулює фермент ацетилглутаматсинтетазу. Останній здатний переносити ацетильную групу в азот глутамату: утворюється N-ацетилглутамат, який є прямим модулятором ферменту карбаміл-фосфосинтетази.
Аргінін накопичується як метаболіт циклу сечовини, якщо виробництво карбамілфосфату недостатньо для утилізації орнітину.
Сечовина виробляється тільки в печінці, але є й інші місця, де відбуваються первинні реакції.
Мозок і м'язи використовують спеціальні стратегії для усунення аміногруп. Мозок використовує дуже ефективний метод, в якому використовують фермент глутамінсинтетазу і фермент глутамазу : перший присутній в нейронах, а другий - в печінці. Цей механізм є дуже ефективним з двох причин:
Дві аміногрупи транспортуються з головного мозку в печінку тільки з одним носієм;
Глютамін набагато менш токсичний, ніж глутамат (глутамат також несе перенесення нейронів і не повинен перевищувати фізіологічної концентрації).
У риб подібний механізм приносить аміногрупу амінокислот до зябер.
З м'язів (скелетної і серцевої) аміногрупи потрапляють в печінку за допомогою циклу глюкозо-аланіну; фермент, що бере участь, є глутамін-піруват трансаміназа: він дозволяє транспозицію аміногруп (які знаходяться у формі глутамату), перетворюючи піруват в аланін і, одночасно, глутамат в α-кетоглутарат в м'язі і каталізуючи зворотний процес печінки.
Трансамінази з різними завданнями або положеннями також мають структурні відмінності і можуть бути визначені за допомогою електрофорезу (вони мають різні ізоелектричні точки).
Присутність в крові трансаміназ може бути симптомом ураження печінки або кардіопатії (тобто пошкодження тканин печінки або клітин серця); Трансамінази, знаходяться в дуже високих концентраціях як в печінці, так і в серці: за допомогою електрофорезу можна встановити, чи відбулося ураження печінки або клітин серця.
