Biosinteza aminoacizilor

Dintre aminoacizii cunoscuţi numai un număr de 20 prezintă importanţă pentru biosinteza proteinelor.

Unele forme de viată (plante, bacterii) sunt capabile să sintetizeze toţi cei 20 de aminoacizi din intermediari amfibolici.

Altele, inclusiv mamiferele şi în special omul, pot sintetiza numai o parte din ei, care au fost numiţi aminoacizi neesenţiali.

Cei ce nu pot fi sintetizaţi şi care trebuie suplimentaţi prin dietă sunt numiţi aminoacizi esenţiali.

Exemplu:Aminoacizi esenţiali: arginina, histidina,

izoleucina, leucina, lizina, metionina, fenilalanina, treonina, triptofan, valina.

Aminoacizi neesenţiali: alanina, asparagina, acid aspartic, cisteina, acid glutamic, glutamina, glicina, hidroxiprolina, prolina, serina, tirozina.

Sinteza de aminoacizi neesenţiali din intermediari amfibolici

Alanina se sintetizează din acid piruvic printr-o reacţie de transaminare.

Are rol în sinteza proteică şi de transport a grupării azot de la ţesuturi spre ficat.

H3C C COOH

O

H3C CH COOH

NH2Glu(Asp) KG

transaminaza

Acidul glutamic se formează din acid α-cetoglutaric printr-o reacţie catalizată de L-glutamat dehidrogenază.

Este o reacţie de fixare de azot.

COOH

C O

(CH2)2

COOH

NH4+ H2O

NADPH + H+ NADP+

COOH

CH NH2

(CH2)2

COOH

L_glutamatdehidrogenaza

Acidul aspartic se sintetizează din acid oxalilacetic prin reacţia de transaminare.

COOH

C

CH2

COOH

O

Glu KG

COOH

CH NH2

CH2

COOH

transaminaza

Glutamina se sintetizează printr-o reacţie catalizată de către glutaminsintetază, plecând de la acid L-glutamic.

Reacţia necesită ATP ca şi donor de energie.

COOH

CH NH2

(CH2)2

COOH

+ NH4+

ATP ADP + PMg+2

COOH

CH NH2

(CH2)2

CONH2

glutaminsintetaza

Asparagina se sintetizează printr-o reacţie similară plecând de la acid L- aspartic sub acţiunea aparaginsintetazei ATP trece, în acest caz la AMP şi PP.

COOH

CH NH2

CH2

COOH

COOH

CH

CH2

NH2

CONH2

asparaginsintetaza

În cazul serinei, în ţesutul mamiferelor coexistă două căi de biosinteză.

În ambele cazuri punctul de plecare în sinteză este acidul 3-fosfogliceric, intermediar din glicoliză.

Calea prin intermediul derivaţilor fosforilaţi necesită în prima etapă o dehidrogenază, apoi o transaminază şi o fosforilază.

Calea prin intermediari nefosforilaţi, necesită o fosfatază şi o transaminază.

CH2 OPO3H2

CH OH

COOHH2O P

CH2 OH

CH

COOH

OHNAD+ NADH + H+

CH2 OH

C O

COOH AA KA

CH2 OH

C

COOH

O

NAD+ NADH + H+

CH2 OPO3H2

C O

COOHAA KA

CH2 OPO3H2

CH NH2

COOH H2O

Sinteza glicinei în ţesutul mamiferelor poate să se facă pe mai multe căi.

În citosolul hepatic se găseşte glicintransaminaza care transformă acidul glioxilic şi acizii glutamic şi aspartic în glicină.

La mamifere există două căi importante de sinteză a glicinei -de la -colină

-serină.

În cea de a doua cale- serina suferă o reacţie de hidroximetilare în prezenţa tetrahidrofolatului.

Betaina şi metiltetrafolatul funcţionează ca donori alternativi de metil în conversia homocisteinei la metionină.

sarcozinadimetiglicina

betainabetainaldehidacolina

Metilen H4 folatH4 folat

H2N CH2 COOH

NH2

HOH2C CH COOH

sarcozinoxidaza

CH2O

NH CH2 COOHH3Ctransmetilare dimetilglicinoxidaza

CH2O

(H3C)2N CH2 COOH

CH3

betainaldehiddehidrogenaza (H3C)3N+ CH2 COOH

NADH + H+NAD+

(H3C)3N+ CH2 CHOcolinoxidaza

2[H]

(H3C)3N+ CH2 CH2OH

Glicina este implicată în multe reacţii anabolice( altele decât sinteza proteică)

sinteza bazelor purinice glutationului hemului creatinei serinei

H2C CH2

CH COOH

NH2

CHO

ONADH + H+ NAD+

O

CH

NH2

COOHCH

CH2H2C

H2O NCOOH

NADH + H+NAD+

NCOOH

H

Sinteza de aminoacizi neesenţiali din alţi aminoacizi neesenţiali

La mamifere prolina se sintetizează pornind de la acid glutamic printr-o serie de reacţii reversibile care sunt utilizate şi în catabolismul prolinei.

Hidroxiprolina se sintetizează din prolină prin acţiunea prolin hidroxilazei.

Reacţia necesită oxigen molecular, Fe+2 şi vitamina C.

NCOOH

H HN

COOH

HO

Sinteza de aminoacizi neesenţiali care iau naştere din aminoacizi esenţiali

Cisteina se sintetizează din L-serină şi homocisteină, care provin ca intermediari în metabolizarea metioninei.

În deficientul de folat, homocisteina tinde să se acumuleze.

Acest fapt a fost sugerat ca factor de risc în bolile cardiovasculare.

CH2 SH

CH2

CH NH2

COOH

+

HO CH2

CH NH2

COOH H2O

CH2 S CH2

CH NH2CH2

COOHCH NH2

COOH

H2O

HO CH2 CH2 CH COOH

NH2

+ HS CH2 CH COOH

NH2

L_homocisteina

L_serina

cistationina

L_homoserina L_cisteina

Tirozina se sintetizează din fenilalanină sub acţiunea fenilalaninhidroxilazei.

Mutaţii ale genei enzimei are drept consecinţă imposibilitatea catabolizării fenilalaninei care astfel se acumulează în ficat, ceea ce are ca rezultat procese metabolice minore cum ar fi transaminarea ei la fenilpiruvat.

Reacţia este ireversibilă şi necesită prezenţa de NADPH, oxigen molecular şi tetrahidrobiopterina.

fenilalaninhidroxilaza

II

IHO CH2 CH COOH

NH2

NADP+ NADPH + H+

H2 biopterinaH4 biopterinaNH2

CH2 CH COOH

Complexul fenilalanin hidroxilazei prezintă două activitaţi distincte:

1 – reducerea oxigenului molecular la apă şi a fenilalaninei la tirozină

2 – reducerea dihidrobiopterinei la tetrahidrobiopterină pe seama NADPH.

La fel ca şi prolina, hidroxilizina este prezentă în fibra de colagen.

Hidroxilizina este, însă, absentă din aproape toate proteinele mamiferelor, provine din lizina alimentară prin hidroxilare, dar numai după încorporarea lizinei în legătura peptidică, analog formării hidroxiprolinei din prolină.

Enzima care catalizează această reacţie este lizinhidroxilaza.