Przemiany aminokwasw cz I etap wsplny dla przemian

Przemiany aminokwasów (część I) Ø ü ü etap wspólny dla przemian: przekształcenie łańcucha bocznego z zachowaniem ugrupowania αaminokwasu, dekarboksylacja, transaminacja do α-ketokwasów, oksydacyjna dezaminacja, rozkład aminokwasów do „aktywnych” kwasów – oksydacja dekarboksylacyjna: przemiana aniliny, waliny, izoleucyny, Ø Ø przemiany aminokwasów pierścieniowych: fenyloalaniny i tyrozyny, przemiany aminokwasów pierścieniowych: tryptofanu ü ü Ø Ø

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Endopeptydazy – rozszczepiają cząsteczki białek na większe fragmenty. v Egzopeptydazy – hydrolizują rozpad większych fragmentów białek do aminokwasów: Ø aminokwasy mogą być zresorbowane do krwiobiegu i są: ü częściowo użyte do budowy nowych cząsteczek białek swoistych dla organizmu, ü częściowo ulegają dalszym przemianom: • przekształcenie łańcucha bocznego z zachowaniem ugrupowanie α-aminokwasowego, • dekarboksylacji, • transaminacji do α-ketokwasów, • oksydacji dezaminacyjnej do α-ketokwasów, Ø w trzech pierwszych reakcjach bierze udział koferment – fosforan pirydoksalu.

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Reakcja z udziałem kofermentem – fosforanem pirydoksalu: Ø etap wspólny dla przekształcenia łańcucha bocznego z zachowaniem ugrupowania α-aminokwasu, dekarboksylacji i transaminacji, Ø powstaje produkt pośredni dla w/w reakcji R – CH – COO- - H 2 O | C | fosforan pirydoksalu | N | H CH 3 OH | - O – CH 2 | | O C | H NH 2 + | | aminokwas | N | CH 3 H produkt pośredni

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Przekształcenie łańcucha bocznego z zachowaniem ugrupowania α-aminokwasu: R – CH – COO- CH 2 – COO- | N H | OH + | H+ OH | - O – CH 2 | | | C | | N H C - O – CH 2 | | - R (CH 3 ) | | N CH 3 N | H H CH 3 H O | C | | + | fosforan pirydoksalu OH | - O – CH 2 N | H CH 3 CH 2 – COO - | NH 2 α-aminokwas + H 2 O

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Dekarboksylacja – powstają aminy biogenne, które wykazują działanie farmakologiczne, lub z których powstają hormony, koenzymy: R – CH – COO- R – CH 2 | N H | C | + H+ | -CO 2 - O – CH 2 | CH 3 H H | | | N OH | | | N H C - O – CH 2 | N | CH 3 H O | C | | fosforan pirydoksalu OH N | H CH 3 + R – CH 2 NH 2 amina 1 o | | | - O – CH 2 + H 2 O

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Transaminacja do α-ketokwasów: v grupa aminowa z fosforanu pirydoksalu może przekazania na inne α-ketokwasy (α-ketoglutarowy, szczawiowooctwowy), R – CH – COO- R – COO- | N H N | | C - | H+ - O – CH 2 | | N OH | OH H 2 C | + H+ | CH 3 N | H CH 3 H NH 2 | H 2 C OH | N | H CH 3 O + R–C - COO α-ketokwas | | | - O – CH 2 | + H 2 O

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Transaminacja do α-ketokwasów cd: Ø grupa aminowa z fosforanu pirydoksalu może przekazania na inny α-ketokwas (α-ketoglutarowy, szczawiowooctowy), Ø powstają odpowiednio kwas glutaminowy i kwas asparaginowy, z których azot aminowy może być przekształcony w mocznik i wydalony, Ø istnieje możliwość przeniesienia grupy – NH 2 z kwasu glutaminowego na inne α-ketokwasy, powstają odpowiednie aminokwasy i kwas α-ketoglutarowy, Ø w tym procesie organizm może syntetyzować niektóre aminokwasy (alaninę z kwasu pirogronowego, serynę z kwasu hydroksypirogronowego) i aminokwasy dwukraboksylowe (glutaminowy i asparaginowy).

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Schemat transaminacji alaniny cd. : | H – C - COOH alanina C N | enzym | CH 2 | H 2 C - COOH kwas glutaminowy | C | | | H- C - COOH | | enzym N | H H- C - COOH | CH 2 | H 2 C | | NH 2 enzym | kwas pirogronowy NH 2 | | O CH 2 | | C N | enzym O H | H NH 2 | C - COOH | | H – C - COOH CH 3 | | | CH 3 enzym CH 3 H 2 C - COOH CH 2 N | H- C - COOH | CH 2 | H 2 C - COOH O C - COOH | CH 2 | H 2 C - COOH kwas α-ketoglutarowy

Ważniejsze przemiany aminokwasów v Oksydacyjna dezaminacja: Ø reakcja obok transaminacji prowadzi do powstania α-ketokwasów, Ø w pierwszym etapie reakcji powstaje iminokwas na skutek odszczepienia atomów wodoru od grupy – CH – NH 2 Ø iminokwas ulega hydrolizie do amoniaku i α-ketokwasu: R – CH – COOH | NH 2 -2 H R – COOH N + H 2 O R – COOH O + NH 3 Ø at. H odszczepione od aminokwasu przenoszone są na grupę prostetyczną enzymu (nukleotydu flawinowego) z grupy prostetycznej at. H mogą być przekazane na cząsteczkę O 2 z utworzeniem H 2 O 2, Ø amoniak zostaje zużyty do syntezy mocznika.

Rozkład aminokwasów do „aktywnych” kwasów – oksydacja dekarboksylacyjna v Rozkładowi do „aktywnych” kwasów ulegają aminokwasy: anilina, walina, izoleucyna i leucyna: Ø dwuetapowa reakcja prowadzi do powstania aktywnego kwasu, Ø w przypadku aniliny do aktywnego kwasu octowego acetylo-Co. A, ü w I etapie, w wyniku transaminacji aniliny powstaje α-ketokwas - kwas pirogronowy, ü w II etapie kwas pirogronowy ulega złożonej reakcji dekarboksylacji i jednoczesnemu utlenieniu (oksydacyjna dekarboksylacja α-ketokwasów) z utworzeniem „aktywnego” acetaldehydu, połączonego z atomem węgla w pozycji 2 pierścienia tiazolowego,

Rozkład aminokwasów do „aktywnych” kwasów – oksydacja dekarboksylacyjna Ø rozkład aniliny cd. : ü kofaktorami reakcji jest pirofosforan tiaminy, amid kwasu liponowego i Co. A, ü cząsteczka acetaldehydu zostaje przeniesiona na amid kwasu liponowego z jednoczesnym otwarciem pierścienia dwusiarczkowego kwasu liponowego, ü w wyniku rozpadu aldehydu na grupę H 3 C-CO – oraz atom wodoru (utlenienie przez odwodorowanie) powstaje pochodna kwasu dihydroliponowwego i z aldehydu pochodna kwasu, ü reszta pochodnej kwasu zostaje przeniesiona na Co. A i powstaje „aktywny kwas octowy” (acetylo-Co. A), który wchodzi w dalszy cykl przemiany materii.

Ważniejsze przemiany aminokwasów v TPP – pirofosforan tiaminy: H 3 C | CH 2 – O – | | – S C – CH 3 CH 2 N | OH | | H 3 C | N N NH 2 v kwas liponowy i jego amid : S CH || O CH 2 – CH 2 - C – OH | S S CH ||O (CH 2)4 – C – NH 2 | S

Rozkład aminokwasów do „aktywnych” kwasów – oksydacja dekarboksylacyjna v Schemat rozkładu aniliny: | H – C – NH 2 COOanilina CO 2 | C=O transaminacja | dekarbosylacja COOα-ketokwas / pirogronian HS FAD C – CH 3 CH 2 | OH aktywny acetaldehyd | | HS N N H 3 C | – S + TPP N NH 2 S FADH 2 CH ||O (CH 2)4 – C – NH 2 pochodna kwasu HS dihydroliponowego + HS-Co. A O H 3 C – C ~ S H 3 C – C ~ SCo. A O aktywny kwas octowy S amid kwasu liponowego CH ||O (CH 2)4 – C – NH 2 | | CH 3 | NH 3 | CH 2 – O – | | CH 3 C TPP

Rozkład aminokwasów do „aktywnych” kwasów – oksydacja dekarboksylacyjna v Schemat przemiany waliny, izoleucyny i leucyny: CH – COOH NH 2 izoleucyna H 3 C O CH-CH 2 -C-COOH H 3 C O O CH-CH 2 -C – SCo. A | NH 2 leucyna H 3 C | | H 3 C CH-CH 2 -CH–COOH O CH – C – SCo. A | | | H 5 C 2 | | | H 3 C | | CH – COOH H 3 C O H 5 C 2 H 3 C O CH – C – SCo. A | NH 2 walina CH – COOH | | H 3 C | CH – COOH | H 3 C | | H 3 C

Przemiany aminokwasów pierścieniowych v Fenyloalanina i tyrozyna są aminokwasami ketogennymi: Ø fenyloalanina w pierwszym etapie przechodzi w tyrozynę, przy udziale oksygenazy zostaje wprowadzona grupa – OH w pozycji para (p) pierścienia benzenowego przy udziale tlenu cząsteczkowego, Ø przemiana fenyloalaniny w tyrozynę jest zahamowana przy w przypadku dziedziczonego zaburzenia przemiany materii, ü fenyloalanina po transaminacji przechodzi w kwas fenylopirogronowy i kwas fenylooctowy, kwasy wydalane są z moczem (fenyloketonuria – objawia się chorobą umysłową), Ø tyrozyna pochodząca bezpośrednio z hydrolizy białek i powstała z fenyloalaniny, może być metabolizowana różnymi drogami,

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø pod względem ilościowym najistotniejszą przemianą jest przemiana do kwasu acetooctowego i fumarowego, Ø z tyrozyny powstają również ciemne barwniki skóry i włosów (melaniny), również hormony (adrenalina i tyroksyna) COOH | | CH 2 | H 2 N | + O 2 oksygenza C–H | CH 2 | H 2 N | | C–H | | H 2 N COOH melanina C–H | CH 2 hydrogenaza tyrozynowa | | fenyloalanina | H OH tyrozyna HO | | OH L-dopa / amina ketocholowa adrenalina

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tyrozyny cd. : ü transaminacja tyrozyny prowadzi do powstania kwasu p-hydroksyfenylopropionowego, ü utlenienie kwasu p-hydroksyfenylopropionowego do chinolu z wewnętrznym przegrupowaniem (przesunięcie łańcucha bocznego) prowadzi do powstania pochodnej o dwóch grupach hydroksylowych w poz. para ü oksydacyjna dekarboksylacja pochodnej prowadzi do powstania kwasu homogentyzynowego, ü kwas może być wydalany z moczem przy dziedzicznej anomalii – alkaptonuria, mocz w kontakcie z tlenem ciemnieje w wyniku utlenienia chinonu i jego kondensacji do ciemnego barwnika),

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø schemat przemiany tyrozyny: COOH C–H | C=O transaminacja | C=O CH 2 utlenienie HO | | CH 2 | tyrozyna | | | CO 2 przegru-powanie || kwas p-hydroksychinol O OH -fenylopirogronowy HO O = O OH C C CH COOH | 2 CH 2 COOH utlenienie | OH | | + O 2 || CH 2 COOH | NH 3 | i oksydacyjna dekarboksylacja oksygenaza | | OH kwas homogentyzynowy OH | | H 2 N | COOH

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tyrozyny cd. : ü utlenienie kwasu homogentyzynowego w obecności oksygenazy – zerwanie podwójnego wiązania w pierścieniu aromatycznym i przyłączenie do obu atomów węgla atomów tlenu, ü produktem jest enolowa forma kw. maleiloacetooctowego o konformacji cis ü forma cis może przejść w formę trans – kwas fumaryloacetooctwy w obecności enzymu i kofaktora reakcji – glutationu), ü rozpad hydrolityczny kwasu fumaryloacetoctowego na kwas fumarowy i kwas acetooctowy, ü kwasy mogą ulec dalszemu metabolizmowi do H 2 O i CO 2.

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tyrozyny – schemat cd. : O C CH 2 COOH | | CH | | HOOC | O O C C CH COOH 2 | HO kwas fumaryloacetooctowy / OH forma enolowa | | OH | | HOOC | C=C | H HO - H O kwas fumaryloacetooctowy / forma ketonowa H | CH | HOOC O C CH 2 COOH | COOH kwas fumarowy O H 3 C – CH 2 – COOH kwas acetooctowy

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tryptofanu: ü w pierwszym etapie dochodzi do rozerwania pierścienia indolowego pod wpływem pirolazy tryptofanu (grupą prostetyczną jest żelazoporfiryna), ü otwarcie oksydacyjne pierścienia – rozerwanie podwójnego wiązanie i wysycenie dwoma atomami tlenu prowadzi do powstania N-formylokinureniny, ü N-formylokinurenina ulega hydrolizie i powstaje kinurenina i kwas mrówkowy, Ø Schemat przemiany: tryptofan N-formylokinurenina + kwas mrówkowy na kolejnym slajdzie

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø Schemat przemiany tryptofanu: | - COOH C CH 2 – CH | NH 2 O | CH 2 – CH - COOH | + O 2 NH 2 piroliza N | H tryptofanu N | H C O | H N-formylokinurenina + H 2 O | COOH | N droga boczna przemiany kwas kinurenowy - COOH C CH 2 – CH | NH 2 O + H - COOH | OH NH 2 kinurenina kwas mrówkowy następne przemiany na kolejnych slajdach

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tryptofanu : kinurenina kwas nikotynowy cd. : Ø kinurenina przy udziale tlenu cząsteczkowego ulega utlenieniu do 3 -hydroksykinureniny, która ulega rozpadowi na kwas 3 -hydroksyantranilowy i alaninę, ü równolegle przebiega reakcja prowadząca do powstania kwasu kinurenowego lub kwasu ksanturenowego (transaminacja z zamknięciem pierścienia), ü kwas 3 -hydroksyantranilowy ulega oksydacyjnemu rozerwaniu pierścienia w sąsiedztwie grupy hydroksylowej, ü powstający nienasycony aldehyd jest nietrwały i łatwo ulega kondensacji z grupą aminową z jednoczesnym zamknięciem pierścienia pirydynowego, ü powstający dwukarboksylowy kwas chinolinowy ulega dekarboksylacji i powstaje kwas nikotynowy, który stanowi składnik koenzymów nikotynamidoadenionowych

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø Schemat przemiany tryptofanu kinureniny cd. : - COOH C CH 2 – CH | NH 2 O | | - COOH C CH 2 – CH | + O 2 NH 2 O NH 2 | OH OH | N droga boczna przemiany COOH | | 3 -hydroksykinurenina NH 2 kinurenina OH kwas ksanturenowy CH 2 – CH - COOH + | OH kwas 3 -hydroksyantranilowy NH 2 | NH 2 anilina następne przemiany na kolejnym slajdzie

Przemiany aminokwasów pierścieniowych Ø przemiana tryptofanu 3 -hydroksykinureniny kwasu 3 hydroksyatranilowego cd. : COOH + O 2 HC | OH kwas 3 -hydroksyantranilowy C COOH O NH 2 „amino-aldehyd” | NH 2 N COOH kwas chinolinowy - CO 2 COOH HC O produkt kolejnych przemian: izomeryzacja C = O do iminy, hydroliza do ketonu, β-oksydacja, COOH dalsze przemiany nie są dobrze poznane N COOH kwas nikotynowy