METABOLISMUS AMINOKYSELIN Jana Novotn 2 LF UK stav

METABOLISMUS AMINOKYSELIN Jana Novotná 2. LF UK, Ústav lékařské chemie a biochemie

Struktura aminokyselin

Dvacet proteinogenních (standardních) aminokyselin

Metabolismus aminokyselin TĚLESNÉ PROTEINY Proteosyntéza í ce a n i GLYKOLÝZA KREBSŮV CYCLUS am s n ra T MOČOVINA GLUKÓZA Odbourávání AMINOKYSELINY CO 2 Přeměna ulíkové kostry PROTEINY Z POTRAVY Tráven 250 – 300 g/den NH 3 KETOLÁTKY NEBÍLKOVINNÉ DERIVÁTY Porfyriny Puriny Pyrimidiny Neurotransmitery Hormony Složené lipidy Aminocukry ACETYL Co. A

Enzymy štěpící proteiny Endopeptidasy Žaludeční - pepsin Pankreatické - trypsin, chymotrypsin, elastasa Exopeptidasy (tenké střevo) aminopeptidasy, karboxypeptidasy, dipeptidasy Pepsin (p. H 1. 5 – 2. 5) – štěpí peptidovou vazbu před Tyr, Phe, mezi Leu, Glu Trypsin (p. H 7. 5 – 8. 5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Lys a Arg Chymotrypsin (p. H 7. 5 – 8. 5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Phe a Tyr Pankreatická elastasa (p. H 7. 5 – 8. 5) – štěpí peptidvou vazbu za Ala, Gly a Val Ø Hydrolyzují polypetidy na oligopetidy a až na aminokyseliny. Aminokyseliny jsou absorbovány střevní sliznicí, transportovány k cílovým tkáním. Ø Odbourávání aminokyselin probíhá intracelulárně. Prvním krokem je odstranění a-aminoskupiny, většinou ve formě amoniaku, který je vylučován buď přímo nebo přes další sloučeniny z organismu.

Neesenciální aminokyseliny Neesenciální Alanin Asparagin Aspartát Glutamát Serin Esenciální Fenylalanin Histidin Isoleucin Lysin Methionin Threonin Tryptofan Valin Semiesenciální* Arginin Cystein Glutamin Glycin Prolin Tyrosin *pouze v určitém období růstu a během nemoci.

Odbourání aminokyseliny R deaminace O + C COO- NH 4+ O NH 2 R CH transaminace R COO- C COO- NH 2 R CH COO- oxidativní dekarboxylace NH 3+ R CH 2 + CO 2

Odbourání aminokyseliny

Transaminace Transaminasy (aminotransferasy) jsou specifické pro jeden pár aminokyseliny s její odpovídající aketokyselinou (oxokyselinou). Transaminasy mají v aktivním centru prostetickou skupinu – pyridoxalfosfát (PLP).

Všechny transaminasy obsahují koenzymem pyridoxal-5´-fosfát (PLP). OH H 2 C HO H 2 C 5´ OH -2 O 3 PO H 2 C OH 5 + N H Pyridoxin Vitamin B 6 O 4´ 6 1 CH 3 4 + 3 2 N H Pyridoxal-5´-fosfát (PLP) CH 3

PLP je pevně vázán na enzym přes imino vazbu (Schiffova báze) na e-aminoskupinu Lys. Pyridoxamin-5´-fosfát (PMP) přenáší aminoskupinu na a-ketokyselinu. Enzym Lysin Interní Schiffova báze + H N C 2 -O 3 PO H 2 C H O- + N H H 2 C 2 - O 3 PO H 2 C OH + CH 3 Pyridoxal-5´-fosfát navázaný na apoenzym NH 2 N + CH 3 Pyridoxamin-5´-fosfát (PMP)

Sled reakcí při transaminaci

Transaminasy Substráty většiny aminotransferas jsou a-ketoglutarát a oxaloacetát. Transaminace – podíl na vzniku mnoha aminokyselin. Transaminasy důležité v klinické praxi SGOT (serum glutamátoxaloacetáttransaminasa) nebo AST (aspartáttransamináza) SGPT (serum glutamátpyruváttransaminasa) nebo alanintransaminasa, ALT. Vysoké aktivity těchto enzymů v krevním séru indikují porušení svalové nebo jaterní tkáně (infarkt myokardu, zánět jater, ).

Transport aminodusíku při odbourávání svalových bílkovin Glukoso-alaninový cyklus Alanin vyplavený ze svalu a periferních tkání, je použit pro glukoneogenezi v játrech a glukóza je opětovně vychytávána svalem a periferními tkáněmi→ pyruvát → alanin atd. Aminodusík z alaninu je v játrech použit pro syntézu močoviny. (Obdoba cyklu Coriových). Obrázek převzat z učebnice: D. L. Nelson, M. M. Cox : LEHNINGER. PRINCIPLES OF BIOCHEMISTRY Fifth edition

Glutamát uvolňuje svoji aminoskupinu v játrech jako amoniak L-Glutamátdehydrogenasa q hromadění glutamátu v játrech z transaminačních reakcí oxidativní deaminace glutamátu (glutamátdehydrogenasovou reakcí) a uvolnění NH 3 (mitochondrie) q glutamátdehydrogenasa - jediná z enzymů schopna využívat NAD+ i NADP+ jako akceptory redukujících ekvivalentů q kombinované působení aminotransferasy a glutamátdehydrogenasy se nazývá transdeaminace. q Obrázek převzat z: http: //web. indstate. edu/thcme/mwking/nitrogen-metabolism. html

Glutamin transportuje amoniak z krevního řečiště Nejvýznamnější transportní forma aminodusíku v krvi. glutaminsyntetasa Glutamin je transportován do jater a NH 3 se v mitochondriích hepatocytů uvolní za pomoci glutaminasy, glutamin se mění zpět na glutamát. NH 3 se v močovinovém cyklumění na močovinu. Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4 th ed. Wiley‑Liss, Inc. , New York, 1997. ISBN 0‑ 471‑ 15451‑ 2

Vzájemná přeměna mezi glutamátem, glutaminem a a-ketoglutarátem NH 3 a-ketoglutarát glutamát NH 3 glutamin NH 3 A. Glutamátdehydrogenasa glutamát z transaminačních reakcí + NAD+ + a-ketoglutarát H 2 O glutamát + NH 3 ADP glutamin C. Glutaminasa (ledviny) glutamin + H 2 O NH 3 + přímo do močovin. cyklu B. Glutaminsyntetasa (játra) ATP + glutamát + NH 3 NADH

Deaminace aminokyselin A. Oxidativní deaminace aminokyselina + FMN + H 2 O oxidasa L-aminokyselin a-ketokyselina + FMNH 2 + NH 3 Oxidasa L-aminokyselin tvoří amoniak a a-ketokyselinu přímo, za přítomnosti FMN jako kofaktoru. O 2 katalasa FMN H 2 O 2 H 2 O + O 2 B. Neoxidativní deaminace serin threonin Serin-threonin dehydratasa pyruvát + NH 3 a-ketoglutarát + NH 3

Dvacet aminokyselin se odbourává na sedm produktů, které jsou součástí citrátového cyklu glukóza PEP aspartát asparagin isoleucin methionin threonin valin tyrosin fenylalanin aspartát alanin, glycin cystein, serin tryptofan isoleucin leucun* tryptofan leucin*, lysin* fenylalanin tyrosin, tryptofan pyruvát acetyl Co. A acetoacetyl Co. A lipidy oxalacetát fumarát sukcinyl Co. A citrát a-ketoglutarát acetyl Co. A glutamin glutamát histidin prolin arginin

Glukogenní aminokyseliny a-ketoglutarát, pyruvát, oxaloacetát, fumarát nebo sukcinyl Co. A Aspartát Asparagin Arginin Phenylalanin Tyrosin Isoleucin Methionin Valin Glutamát Prolin Histidin Alanin Serin Cystein Glycin Threonin Tryptofan

Ketogenní aminokyseliny Acetyl Co. A nebo acetoacetát Lysin Leucin

Ketogenní a glukogenní aminokyseliny a-ketoglutarát, pyruvát, oxaloacetát, fumarát nebo sukcinyl Co. A a také acetyl Co. A nebo acetoacetát Isoleucin Threonin Tryptofan Fenylalanin Tyrosin

Aminokyseliny s C 3 alanin serin cystein threonin Pyruvát

Aminokyseliny s C 4 asparagin asparagová k. Oxalacetát

Aminokyseliny s C 5 glutamin prolin arginin histidin a-ketoglutarát

Metabolické přeměny některých aminokyselin

Syntéza serinu Převzato : http: //themedicalbiochemistrypage. org/amino-acid-metabolism. html

Vzájemná přeměna serinu a glycinu Převzato z http: //themedicalbiochemistrypage. org/amino-acid-metabolism. html

Odbourání glycinu Glycine synthase (H 4 folate) Převzato z http: //themedicalbiochemistrypage. org/amino-acid-metabolism. html

Tetrahydrofolát jako nosič jednoho uhlíku

Metabolismus methioninu Tvorba aktivovaného methioninu = S-adenosylmethionin (SAM) SAM slouží jako prekurzor pro řadu metylačních reakcí, např. konverze noradrenlinu na adrenalin. Po ztrátě CH 3 vzniká S-adenosylhomocystein (SAH). Převzato z http: //themedicalbiochemistrypage. org/amino-acid-metabolism. html

Biosyntéza cysteinu z methioninu Regenerace Met za přítomnosti N 5 -methyltetrahydrofolátu (vitaminy: folát + B 12) * 1. SAM se přes SAH mění na homocystein. 2. Homocystein kondenzuje se serinem na cystathion. 3. Cystathionasa rozštěpí cystathion na cystein a a-ketoglutarát. Celá rerakce se nazývá transsulfurace *nefunkční enzym vede ke vzniku homocystinurii. Převzato z http: //themedicalbiochemistrypage. org/amino-acid-metabolism. html

Homocystinurie Vrozená porucha metabolismu Met, geneticky podmíněná defektem enzymu cystathionin-β-synthasy. V moči je vysoká koncentrace homocysteinu a methioninu. Deformity kostí a poruchy zraku způsobené atypickým uložením čočky, předčasná ateroskleróza neléčený stav vede k opožděnému mentálnímu vývoji. . Vysoká chemická reaktivita homocysteinu a působení vzniku volných radikálů narušují jiné enzymy a mitochondrie buněk.

Bioyntéza tyrosinu z fenylalaninu Tetrabiopterin redukuje fenylalaninhydroxylasu a sám je zpět redukován NADHdependentní dihydropteridinreduktasou. Chybějící nebo defektní fenylalaninhydroxylasa způsobuje hyperfenylalaninemie (koncentrace Phe > 120 m. M).

Fenylketonurie Vrozená porucha metabolismu Phe, geneticky podmíněná defektem enzymu fenylalaninhydroxyláza. Nahromaděný Phe (1000 m. M v plasmě) se stává hlavním donorem aminoskupiny a odčerpává v nervové tkáni a-ketoglutarát. V nervové tkáni chybí a-ketoglutarát pro Krebsův cyklus, snižuje se aerobní metabolismus. Neléčený stav vede k mentální retardaci.

Odbourávání rozvětvených aminokyselin valin isoleucin a-ketoglutarát a-ketoisovalerát leucin glutamát (transaminace) a-keto-b-methylbutyrát a-ketoisokaproát NAD+ oxidativní dekarboxylace dehydrogenasa a-ketokyselin* CO 2 isobutyryl Co. A a-methylbutyryl Co. A NADH + H+ isovaleryl Co. A Dehydrogenasový komplex rozvětvených a-ketokyselin propionyl Co. A acetyl Co. A + acetoacetát

Aminoacidémie rozvětvených aminokyselin (choroba javorového sirupu) Vrozená genetická porucha metabolismu rozvětvených aminokyselin, geneticky podmíněná defektem enzymů. Rozvětvené aminokyseliny a jejich a-ketokyseliny se dostávají ve vysokých koncentracích do moči. Mechanismus toxicity není znám. Neléčený stav vede k abnormálnímu vývoji mozku a mentální retardaci.

Tryptofan Otevření pyrrolového kruhu (tryptofan-2, 3 -dioxygenasa). Indolový kruh je ketogenní (acetoacetát). Postranní řetězec je glucogenní(alanin). Kynurenát a xanthurenát se vyloučí močítryptofan je prekurzorem pro serotonin a melatonin.

Selenocystein Nadávno zařazen mezi proteinogenní aminokyseliny jako 21 AK. Nachází se v aktivním místě různých enzymů, včetně antioxidačního enzymu glutathionperoxidasy a 5 -deiodinas. Do proteinu se inkorporuje t. RNA s UCA antikodonem. Záměna selenocysteinu za Cys vede ke značnému snížení enzymové aktivity (nedostatek Se v potravě).

Enzymy katalyzující reakce metabolismu bílkovin obsahují kofaktory: komplex vitaminů B THIAMIN B 1 (thiamindifosfát) oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin RIBOFLAVIN B 2 (flavinmononukleotid FMN, flavinadenindinukleotid FAD) oxidasa a-aminokyselin NIACIN B 3 – kyselina nikotinová, (nikotinamidadenindinukleotid NAD+ Nikotinamidadenindinukleotidfosfát NADP+) dehydrogenasy, reduktasy PYRIDOXIN B 6 (pyridoxalfosfát) transaminační reakce a dekarboxylace KYSELINA LISTOVÁ (tetrahydrofolát) enzymy metabolismu aminokyselin KYSELINA ASKORBOVÁ odbourání tyrosinu syntéza kolagenu