Да бисмо говорили о двадесет аминокиселина које сачињавају протеинске структуре и модификоване, било би потребно описати најмање дванаест специјализованих метаболичких путева.
Али зашто ћелије користе толико метаболичких путева којима је потребна енергија (на пример за регенерацију каталитичких места ензима), свака са ензимским наслеђем, за катаболизацију аминокиселина? Из готово свих аминокиселина могуће је, путем специјализованих путева, добити метаболите који се у малом делу користе за производњу енергије (на пример, путем глуконеогенезе и путем кетонских тела), али који, пре свега, доводе до стварања комплексних молекули, са великим бројем атома угљеника (на пример из фенилаланина и тирозина, хормони се производе у надбубрежним жлездама које су за то специјализоване); ако би с једне стране било једноставно произвести енергију из аминокиселина, с друге стране било би компликовано изградити сложене молекуле почевши од малих молекула: катаболизам аминокиселина омогућава им да искористе свој костур за добијање већих врста.
Здрава особа дневно разграђује два или три хектограма аминокиселина: 60-100 г њих потиче из протеина који се уносе исхраном, али преко 2 хектограма се добија из нормалног промета протеина који су саставни део организма ( аминокиселине ових протеина, које су оштећене редокс процесима, замењују се другим и катаболишу).
Аминокиселине дају енергетски допринос у смислу АТП-а: након уклањања α-амино групе, преостали угљенични скелет аминокиселина, након одговарајућих трансформација, може ући у Кребсов циклус. Надаље, када недостаје залиха храњивих твари и смањује се количина глукозе, активира се глуконеогенеза: за глуконеогенетске аминокиселине се каже да су оне које се, након одговарајућих измјена, могу увести у глуконеогенезу; глуконеогенетске аминокиселине су оне које се могу претворити у пируват или у фумарат (фумарат се може претворити у малат који напушта митохондрије и у цитоплазми се претвара у оксалоацетат из којег се може добити фосфоенол пируват). сирће-ацетат.
Овај који је управо описан је веома важан аспект јер аминокиселине могу да поправе недостатак шећера у случају тренутног поста; ако пост траје, након два дана интервенише метаболизам липида (јер се протеинске структуре не могу превише напасти), у овој фази се, будући да је глуконеогенеза веома ограничена, масне киселине претварају у ацетил коензим А и кетонска тела. Од даљег поста, мозак се такође прилагођава употреби кетонских тела.
До преноса α-амино групе из аминокиселина долази реакцијом трансаминације; ензими који катализују ову реакцију, кажу, у ствари, трансаминазе (или амино трансфераза). Ови ензими користе ензимски кофактор назван пиридоксал фосфат, који интервенише са својом алдехидном групом. Пиридоксал фосфат је производ фосфорилације пиридоксина који је витамин (Б6) који се углавном налази у поврћу.
Трансаминазе имају следећа својства:
Висока специфичност за кетоглутарат-глутамат α пар;
Име су добили по другом пару.
Ензими трансаминазе увек укључују пар α кетоглутарат-глутамат и разликују се према другом укљученом пару.
Примери:
Л "аспартат трансаминаза тј. ГОТ (Глутамате-Оссал ацетате Трансаминасе): ензим преноси α-амино групу из аспартата у α-кетоглутарат, добијајући оксалоацетат и глутамат.
Л "аланин трансаминаза тј. ГТП (Глутамате-Пирувате Трансаминасе): ензим преноси α-амино групу из „аланина у“ α-кетоглутарат, добијајући пируват и глутамат.
Различите трансаминазе користе α-кетоглурат као акцептор амино групе аминокиселина и претварају га у глутамат; док се аминокиселине које настају користе на путу кетонских тела.
Ова врста реакције може се догодити у оба смјера јер се они ломе и стварају везе са истим енергетским садржајем.
Трансаминазе су и у цитоплазми и у митохондрији (углавном су активне у цитоплазми) и разликују се по својој изоелектричној тачки.
Трансаминазе су такође способне да декарбоксилирају аминокиселине.
Мораће да постоји начин да се глутамат поново претвори у α-кетоглутарат: то се постиже деаминацијом.
Тамо глутамат дехидрогеназа то је ензим способан да трансформише глутамат у α-кетоглутарат и, према томе, да претвори амино групе аминокиселина које се налазе у облику глутамата у амонијак. Оно што се дешава је редокс процес који пролази кроз интермедијер α-амино глутарат: амонијак и α-кетоглутарат се ослобађају и враћају у циркулацију.
Затим, одлагање амино група аминокиселина пролази кроз трансаминазе (које се разликују у зависности од супстрата) и глутамат дехидрогеназу која одређује стварање амонијака.
Постоје две врсте глутамат дехидрогеназе: цитоплазматска и митохондријска; кофактор, који је такође косубстрат овог ензима је НАД (П) +: глутамат дехидрогеназа користи или НАД + или НАДП + као акцептор редукујуће снаге. Цитоплазматски облик преферира, мада не искључиво, НАДП +, док митохондријски облик преферира НАД +. Митохондријски облик има сврху одлагања амино група: доводи до стварања амонијака (који је супстрат за специјализовани ензим у митохондрији) и НАДХ (који се шаље у респираторни ланац). Цитоплазматски облик делује у супротном смеру, односно користи амонијак и α-кетоглутарат за давање глутамата (који има биосинтетско одредиште): ова реакција је редуктивна биосинтеза и коришћени кофактор је НАДПХ.
Глутамат дехидрогеназа делује када је потребно уклонити амино групе аминокиселина, попут амонијака (путем урина) или када су скелети аминокиселина потребни за производњу енергије: овај ензим ће стога имати као негативне модулаторе системе који су индикација добре енергетске доступности (АТП, ГТП и НАД (П) Х) и као позитивни модулатори, системи који указују на потребу за енергијом (АМП, АДП, ГДП, НАД (П) +, аминокиселине и тироидни хормони).
Аминокиселине (углавном леуцин) су позитивни модулатори глутамат дехидрогеназе: ако су аминокиселине присутне у цитоплазми, могу се користити за синтезу протеина, или се морају одложити јер се не могу акумулирати (ово објашњава зашто су аминокиселине позитивни модулатори ).
Одлагање амонијака: циклус урее
Рибе одбацују амонијак уносећи га у воду кроз шкрге; птице га претварају у мокраћну киселину (која је производ кондензације) и елиминишу га изметом. Да видимо шта се дешава код људи: рекли смо да глутамат дехидрогеназа претвара глутамат у α- кетоглутарат и амонијак, али нисмо рекли да се то дешава само у митохондријама јетре.
Основну улогу одлагања амонијака, кроз циклус урее, имају митохондријске трансаминазе.
Угљен-диоксид, у облику бикарбонатних јона (ХЦО3-), активира се кофактором биотина који формира карбокси-биотин који реагује са амонијаком дајући карбаминску киселину; следећа реакција користи АТП за пренос фосфата на карбаминску киселину стварајући карбамил фосфат и АДП (претварање АТП у АДП је покретачка снага за добијање карбоксибиотина). Ова фаза је катализована карбамил фосфат синтетаза а јавља се у митохондрији. Карбамил фосфат и орнитин су супстрати за ензим орнитин транс карбамилаза који их претвара у цитрулин; ова реакција се јавља у митохондријима (хепатоцитима). Произведени цитрулин напушта митохондрије и, у цитоплазми, пролази под "деловањем"аргинин сукцинат синтетаза: постоји фузија између угљеничног скелета цитрулина и оног аспартата кроз нуклеофилни напад и накнадну елиминацију воде. Ензим аргинин сукцинат синтетаза захтева молекул АТП па долази до енергетског спрезања: до хидролизе АТП у АМП и пирофосфат (потоњи се затим претвара у два молекула ортофосфата) долази до избацивања молекула д "воде из супстрата а не дејством воде медијума.
"Следећи ензим је"аргинин сукциназа: овај ензим је у стању да раздвоји аргинин сукцинат на аргинин и фумарат унутар цитоплазме.
Циклус урее завршава ензим аргиназа: добија се уреа и орнитин; уреа се уклања бубрезима (урин) док се орнитин враћа у митохондрије и наставља циклус.
Циклус урее подлеже индиректној модулацији аргинином: акумулација аргинина указује на то да се циклус урее мора убрзати; модулација аргинина је индиректна јер аргинин позитивно модулира ензим ацетил глутамат синтетазу. Овај други је у стању да пренесе ацетил групу на азот глутамата: формира се Н-ацетил глутамат који је директни модулатор ензима карбамил-фосфосинтетазе.
Аргинин се акумулира као метаболит циклуса урее ако производња карбамил фосфата није довољна за одлагање орнитина.
Уреа се производи само у јетри, али постоје и друга места на којима се одвијају прве реакције.
Мозак и мишићи користе посебне стратегије за уклањање амино група. Мозак користи врло ефикасну методу у којој се користи ензим глутамин синтетаза и ензим глутамаза: први је присутан у неуронима, док се други налази у јетри. Овај механизам је веома ефикасан из два разлога:
Две амино групе се транспортују из мозга у јетру у једном возилу;
Глутамин је много мање токсичан од глутамата (глутамат такође врши пренос неурона и не сме прелазити физиолошку концентрацију).
Код риба сличан механизам доводи амино групу аминокиселина у шкрге.
Из мишића (скелетног и срчаног) амино групе доспевају у јетру кроз циклус глукоза-аланин; укључени ензим је глутамин-пируват трансаминаза: омогућава транспозицију амино група (које су у облику глутамата), претварање пирувата у аланин и, истовремено, глутамат у α-кетоглутарат у мишићима и, катализујући обрнути процес у јетри.
Трансаминазе са различитим задацима или положајима такође имају структурне разлике и могу се одредити електрофорезом (имају различите изоелектричне тачке).
Присуство трансаминаза у крви може бити симптом оштећења јетре или срца (тј. Оштећења ткива јетре или срчаних ћелија); трансаминазе су у врло високим концентрацијама и у јетри и у срцу: електрофорезом је могуће установити да ли је дошло до оштећења у јетри или срчаним ћелијама.
