Metabolizm aminokwasów2009

Biosynteza aminokwas

Aminokwasy endogenne:

•

alanina

•

asparaginian

•

asparagina

•

cysteina

•

glutaminian

•

glutamina

•

glicyna

•

prolina

•

seryna

•

tyrozyna

Aminokwasy egzogenne:

•

metionina

•

treonina

•

walina

•

lizyna

•

leucyna

•

izoleucyna

•

fenyloalanina

•

tryptofan

Aminokwasy semiegzogenne:

•

arginina

•

histydyna

Reakcja dehydrogenazy

glutaminianowej

(

biosynteza glutaminianu

)

glutaminian

αααα

-ketoglutaran

Wszystkie grupy aminowe w aminokwasach pochodzą z

GLUTAMINIANU

w wyniku

TRANSAMINACJI

Biosynteza aminokwas

α-ketoglutaran

glutaminian

•

glutamina

•

prolina

•

arginina

pirogronian

•

alanina

•

walina

•

leucyna

fosfoenolopirogronian

•

fenyloalanina

•

tyrozyna

•

tryptofan

szczawiooctan

asparaginian

•

asparagina

•

metionina

•

treonina

•

izoleucyna

•

lizyna

3-fosfoglicerynian

seryna

•

glicyna

•

cysteina

rybozo-5-fosforan

•

histydyna

CYKL KREBSA

GLIKOLIZA

PRPP (tor pentozofosforanowy)

glutaminian

glutaminiano-5-fosforan

-pirolidyno-5-karboksylan

PROLINA

reduktaza

pirolidyno-5-fosforanu

ATP

kinaza

γγγγ

-glutamylu

L-glutamylo-

γγγγ

-srmialdehyd

ORNITYNA

spontanicznie

dehydrogenaza

aminotransferaza

glutaminian

αααα

-ketoglutaran

Biosynteza asparaginy

asparaginian

asparagina

glutamina

glutaminian

syntetaza asparaginowa

syntetaza

asparaginianowa

nie przenosi

azotu nieorganicznego

Biosynteza glicyny

tetrahydrofolian

, THF

-metylenotetrahydrofolian

seryna

glicyna

W cytozolu komórek wątroby z udziałem transaminazy glicyny
z: glioksalanu, glutaminy lub alaniny

Z choliny

Z seryny

transferaza seryny

(transferaza glicyny)

Biosynteza tyrozyny

biopteryna

-biopteryna

Fenyloalanina

TYROZYNA

Hydroksylaza

fenyloalaniny

Reduktaza

dihydropterydyny

hydroksylaza

fenyloalaniny

wyst

puje tylko w w

trobie!!!

Aminokwasy

rola

aminokwasy

Mocznik

(z rozpadu

aminokwasów)

Aminy
biogenne

Katabolizm –
wytwarzanie energii

Synteza białek
–anabolizm

Translokacja

cucha

polipeptydowego przez b

ony RER

Synteza i

egzocytoza

bia

ek wydzielniczych

Czarne kropki

– białka połączone z RER

Białe kropki – białka zawarte w świetle ER

Synteza bia

ek b

on kom

rkowych

rybosomy

Białka błonowe

KATABOLIZM

Białka Ŝywych organizmów są stale

odnawiane przez

wymianę białka

- Wymiana białek to ciągły proces

degradacji

(1-2%białka dziennie

) i

resyntezy

białek z wolnych aminokwasów

Amoniak

powstały z rozpadu

aminokwasów u człowieka usuwany jest w
postaci nietoksycznego

mocznika (

cykl

mocznikowy

)

Obr

t bia

ek i aminokwas

Bilans azotowy

– róŜnica między całkowitym azotem spoŜytym

i całkowitym azotem wydalonym

Białko

organizmu

Aminokwasy

Degradacja
białka (20-
35 g azotu
dziennie)

Ponowna
synteza
białek
(15-28g
azotu
dziennie)

Katabolizm

(5-7g azotu dziennie)

Okres p

trwania niekt

rych bia

Szybkość degradacji róŜni się miedzy białkami i stanami fizjologicznymi

- Aminokwasy przyjęte w nadmiarze

nie są magazynowane

Tkanka, narz

organizm okres

półtrwania (dni)

Białko całkowite

człowiek

szczur

Białko w

troby i osocza

człowiek

szczur

Białko mi

ęś

ni, skóry

człowiek

158

i szkieletu

szczur

Białko mi

ęś

człowiek

180

szczur

24-30

Degradacja bia

Proteazy

Peptydazy

peptydy

Hydroliza
wiązania
peptydowego

krótsze
peptydy

endopeptydazy

aminokwasy

aminopeptydazy

karboksypeptydazy

Degradacja bia

Szlak ATP- niezaleŜny

Szlak ATP - zaleŜny

LIZOSOMY

CYTOSOL

Poza-

komórkowe

Związane z błoną
komórkową

Długo Ŝyjące białka
wewnątrzkomórkowe

Białka
nieprawidłowe

Białka krótko
Ŝ

yjące

Wymagają ubikwityny

UBIKWITYNA

–

wyznaczanie

bia

ka do degradacji

1. N-końcowa

Met i Ser

– opóŜniają reakcje z ubikwityną

2. N-końcowa

Arg i Asp

– przyśpieszają reakcje z ubikwityną

Przekszta

canie

azotu

z aminokwas

Organizmy amonoteliczne

amoniak

Organizmy urykoteliczne

kwas moczowy

Organizmy ureoteliczne

mocznik

Org. Wodne,
np.ryby
kostnoszkieletowe

ptaki

Zwierzęta lądowe i

człowiek

Katabolizm aminokwas

–

przep

azotu

αααα

-aminokwas

αααα

-ketokwas

transaminacja

αααα

-ketoglutaran

L-glutaminian

deaminacja oksydacyjna

cykl mocznikowy

MOCZNIK

Biosynteza mocznika

1. Transaminacja

–

występuje zarówno w biosyntezie

jak i katabolizmie, w części katalitycznej transaminazy
zawierają fosforan pirydoksalu (PLP)

2. Deaminacja oksydacyjna –

L-glutaminian

jest

jedynym aminokwasem w komórkach ssaków,
który ulega deaminacji oksydacyjnej ze znaczna
szybkością (główna droga przekształcania azotu

-aminowego w amoniak)

3. Transport amoniaku

4. Reakcje cyklu mocznikowego

Transaminacja

WYMAGA:

Witaminy B6 (fosforan pirydoksalu)

Aminotransferazy

Aminokwasu i

αααα

-ketoglutaralu

Transaminacji nie ulegaj

lizyna

prolina

hydroksyprolina

treonina

Deaminacja

oksydacyjna

1. Zachodzi w

wątrobie i mięśniach

2. Flawina jest ulteniana przez tlen cząsteczkowy

3. Toksyczny

jest rozkładany przez

katalazę

bez udziału

cytochromu

reakcja
spontaniczna

Deaminacja

oksydacyjna

Grupy aminowe przenoszone s

L-Glu

5. Dehydrogenaza

Glu

jest hamowana przez:

ATP, GTP,

aktywowana przez

ADP

Wydalanie amoniaku

Nerki

– uwalniany do moczu

amoniak

pochodzi z

aminokwasów wewnątrzkanalikowych (katalizowane
przez nerkową glutaminazę)

Wątroba

– tworzenie

mocznika

Mózg

– tworzenie

glutaminianu

CYKL MOCZNIKOWY = ma

y cykl Krebsa

Mocznik

Karbamylo-
fosforan

3mole ATP

2ADP+Pi

1AMP+Pi

KONDENSACJA

ROZSZCZEPIENIE

Zaburzenia metabolizmu cyklu

mocznikowego

1. Hiperamonemia

typu I – niedobór syntetazy

karbamylofosforanowej

2. Hiperamonemia

typu II – zaburzenie związane z

chromosomem

niedobór

transkarbamylazy ornitynowej

Występuje niechęć do pokarmów

bogatobiałkowych

3. Cytrulinemia

–

rzadkie zaburzenie dziedziczone jako cecha

recesywna. Brak aktywności

argininobursztynianowej

syntetazy

4. Acyduria

–recesywna cecha dziedziczna, zwiększone stęŜenie

argininobursztynianu

we krwi, moczu i płynie mózgowo-

rdzeniowym

5. Hiperargninemia

– zwiększone stęŜenie

Arg

we krwi, płynie

mózgowo-rdzeniowym, zaburzenia w syntezie mocznika

Poresorbcyjna

wymiana aminokwas

Ala

Gln

Val

Ser

Mocznik

Glukoza

Ala – kluczowy aminokwas glukoneogeniczny

Cykl

Cori

troba

sie

Glukoza

Mleczan

KREW

Redukcja
pirogronianu
do mleczanu

W mi

ęś

niu sercowym mleczan utlenia si

do CO

i H

dzynarz

dowa

wymiana AA zaraz

po posi

Ala

Gln

Val

Aminokwasy

rozgał

zione dostarczaj

mózgowi energii zarówno

na czczo jak i po posiłku

20%

ino

asó

roz

gał

zio

nyc

ąŜ

enie

wro

tne

60% aminokwasów rozgał

zionych

KATABOLIZM

SZKIELET

GLOWYCH

AMINOKWAS

Cykl Krebsa

–

czanie aminokwas

Aminokwasy glukogenne

Aminokwasy ketogenne

Aminokwasy glukogenne i ketogenne

NAD

NADH

NAD NADH

FAD

FADH

GTP

Pirogronian + CoA + NAD

+ acetyloCoA + NADH + H

Cykl

Krebsa

Katabolizm L

asparaginy i L

glutaminy

(

aminokwasy

glukogenne

)

Katabolizm

asparaginianu

(

aminokwas

glutagenny

)

transaminaza

Katabolizm L

proliny i L

argininy

bloki metaboliczne

1. Hiperprolinemia typu I

– blok dehydrogenazy

prolinowej (niski poziom u heterozygot) – opóźnienie
umysłowe, cecha recesywna

2. Hiperprolinemia typu II

- blok dehydrogenazy

semialdehydo-glutaminianowej (u heterozygot brak
hiperprolinemii)

Arginina

cytrulina + NO

NO syntaza (NOS)

6 aminokwas

w tworzy

pirogronian

L- Treonina

L-glicyna

L-seryna L-Cystyna

L-Alanina

pirogronian

L-Cysteina

Acetylo-CoA

Katabolizm alaniny i glicyny

(

aminokwasy

glukogenne

)

aminotransferaza

PLP

Główny szlak rozpadu glicyny

Katabolizm L

Cysteiny

2 szlaki:

Bezpo

rednie utlenianie (wymaga obecno

i NADH

)

Szlak transaminacji

Katabolizm L

Cystyny

bloki metaboliczne

1. Cystynuria

– 30 krotny wzrost stęŜenia cystyny w

moczu. Złogi cystynowe w nerkach.

2. Cystynoza

–

zaburzenia funkcji lizosomów

choroba spichrzowa, kryształy cystyny odkładają się
w narządach i tkankach. Zgon we wczesnym wieku z
powodu niewydolności nerek.

3. Homocystynuria

– 4 wady metaboliczne –

zakrzepica, osteoporoza, zmiękczenie soczewek,

opóźniony rozwój umysłowy. Wcześnie rozpoznana –
leczenie dietą z niską zawartością metioniny a duŜą
cysteiny

trzy pozostałe to zaburzenia remetylacji

12 aminokwas

w tworzy

Acetylo

CoA

Acetylo

CoA

Ile

Leu

Trp

pirogronian

Acetoacetylo-CoA

Leu

Lys

Phe

Tryp

Tyr

Katabolizm

fenyloalaniny

i tyrozyny

Hydroksylacja

fenyloalaniny

tworzy tyrozyn

kolejnych reakcji

przekształca

tyrozyn

fumaran

cetooctan

Brak hydroksylazy

fenyloalaninowej – blok
metaboliczny –

FENYLOKETONURIA

FENYLOKETONURIA =

Dieta niskofenyloalaninowa
do

6 roku

ycia!!!!!

Katabolizm L

tyrozyny

bloki metaboliczne

1. Tyrozynemia typu I:

a) ostra – biegunka, wymioty, brak

prawidłowego wzrostu – dzieci doŜywają 6-8 miesięcy
b) przewlekła – łagodniejszy przebieg - dzieci doŜywają
10 lat. Zapobieganie –

dieta nisko tyrozynowa i

fenyloalaninowa

2. Tyrozynemia typu II:

zwiększenie stęŜenia tyrozyny w

osoczu. Uszkodzenie wzroku i skóry, umiarkowany
niedorozwój umysłowy.

3. Tyrozynemia noworodków:

dieta ubogo białkowa

4. Alkaptonuria –

autosomalna cecha recesywna. Opisana

w 1859 r. Ciemnienie moczu na powietrzu, zapalenie
stawów

Katabolizm Tryptofanu

bloki metaboliczne

Choroba Hartnupa

– dziedziczny blok metaboliczny,

wysypka skórna, ataksja mó

kowa,

upo

ledzenie umysłowe

- Niedobór

wit. B6

– niewydolno

ść

katabolizmu

Biosynteza Amin Biogennych

1. Przez katabolizm tryptofanu

TPH –

hydrolaza tryptofanu

DHPR –

reduktaza dihydropterydyny

B –

dihydropterydyna

B –

tetrahydropterydyna

5HT –

5-hydroksytryptofan

AADC –

dekarboksylaza aminokwasów aromatycznych

SNA –

N-acetylaza serotoniny

HOMT –

metylotransferaza hydroksyindolu

Biosynteza Amin Biogennych

3. Przez katabolizm histydyny

Aminy biogenne

z wyj

tkiem

HISTAMINY

podnosz

nienie

tnicze krwi!

Wykorzystano:

Cytobiochemia, L.
Kłyszejko-Stefanowicz,
PWN 1998

Biochemia Harpera, red.
R. Murray, PZWL 1998

Biochemia- krótkie
wykłady, B. Hames, M.
Hooper, PWN 2006

wiczenia z biochemii,

red. L. Kłyszejko-
Stefanowicz, PWN 2005