Bílkoviny (aminokyseliny)

Nukleové kyseliny (nukleotidy)

Metabolismus dusíkatých látek

Koloběh dusíku v biosféře

Koloběh dusíku v biosféře:

1: působení hlízkovitých bakterií; 2: asimilace pomocí nitrátreduktasy (rostliny a mikoorganismy);

3: rozdělení organismů podle způsobu vylučování dusíku; 4: metabolismus dusíku v organismech,

např. transaminace, biosyntéza purinových a pyrimidinových nukleotidů; MO = mikroorganismy.

Funkční typ Enzym Místo působení Optimum pH Přednostní místo

štěpení

Zymogen Vzniká v

buňkách

endopeptidasy

(proteinasy)

aspartátové pepsin A žaludek 1,3-3 Tyr↓,↓ Phe↓ pepsinogen A žaludeční sliznice

pepsin C

(gastricin)

žaludek 3 – 3,5 - „ - pepsinogen C žaludeční sliznice

chymosin žaludek dětí 4,8 Phe↓Met- (kasein) prochymosin žaludeční sliznice

kathepsin D lysosomy 3 – 4,5 ↓Tyr↓,↓Phe↓ prokathepsin D tkání

serinové trypsin dvanáctník 7,5 – 8,5 Arg↓, Lys↓ trypsinogen pankreatu

chymotryp-sin

A,B,C

dvanáctník 7 - 8 Tyr↓, Trp↓, Phe↓,

Leu↓

chymotrypsino-gen A,B,C pankreatu

elastasa dvanáctník 10 X↓** proelastasa pankreatu

cysteinové kathepsin B lysosomy 5,6 Arg↓, Lys↓, Phe-X↓ *

prokathepsin B různých tkání

metallo-proteinasy kolagenasa (Ca2+,

Zn2+)

tenké střevo 7 - 8 Gly↓Ile kolagenu prokolagenasa různých tkání

exopeptidasy

metallo-peptidasy karboxypep-tidasy

A, B

tenké střevo 7 - 8 C-koncové zbytky* prokarboxypep-tidasa

A,B

pankreatu

(Zn2+) amino-peptidasy střevní epitel,

vnitrobuněčně

7 - 8 N-koncové zbytky* proaminopep-tidasa různých tkání

Nejdůležitější trávicí enzymy člověka (trávení bílkovin)

NH3 - CH - COO-

R Dekarboxylace

Biogenní aminy

Odstranění

dusíkaté části

ketokyseliny Individuální osud

uhlíkatých koster

ketogenní glukogenní

Odbourání aminokyselin

Odbourání proteinů - trávení - proteasy

AK esenciální: organismus je není schopen synthetisovat (nebo v nedostatečném množství)

Pro člověka: Arg*, Phe, His, Ile, Leu, Lys, Met, Thr, Try, Val

Zdroj – Slovník biochemických pojmů:

http://vydavatelstvi.vscht.cz/knihy/uid_es-002_v1/hesla/aminokyseliny_glukogenni_a_ketogenni.html

Aminokyseliny glukogenní a ketogenní {2}

rozdělení kódovanných aminokyselin podle katabolického osudu jejich uhlíkaté

kostry. Glukogenní aminokyseliny při odbourávání poskytují meziprodukty, z nichž

lze metabolickou cestou vybudovat sacharidy (resp. glukosu); do této skupiny patří

např. Ala (deaminací vzniká pyruvát), Asp a Asn (oxalacetát) nebo Glu, Gln a Pro

(2-oxoglutarát).

Ketogenní aminokyseliny poskytují při odbourávání pouze takové meziprodukty,

z nichž lze biosynthesou získat mastné kyseliny, ne však sacharidy. Těmito

meziprodukty jsou zejména acetyl-CoA a acetoacetát (kyselina 3-oxobutanová,

keton, proto ketogenní).

Některé aminokyseliny poskytují jak glukogenní, tak ketogenní meziprodukty.

Aminokyseliny jako prekurzory biosyntézy dusíkatých látek

Dekaroboxylací AK – vznik biogenních aminů

Příklady biogenních aminů

-do fosfatidátů jsou zabudovávány jak biogenní aminy ethanolamin a cholin, tak i

aminokyselina serin (fosfatidylserin)

-hormony štítné žlázy trijodtyronin a thyroxin - biosynteticky odvozeny od tyrosinu; dvě

aromatická jádra a na nich tři nebo čtyři atomy jodu.

-kreatin je neproteinogenní aminokyselina, obsažená ve svalech. Může být reverzibilně

fosforylován (za katalýzy kreatinkinasou, ATP:kreatin-N-fosfotransferasa):

kreatin + ATP kreatinfosfát + ADP.

- tvoří ve svalech pohotovostní zásobu

vysoce energetického fosfátu

Oxidační deaminace: oxidasy aminokyselin

Transaminace:

AK1 + 2-oxokyselina2 2-oxokyselina1 + AK2

Glutamátdehydrogenasová reakce

(významná u savců)

Katalyzována: L-glutamát:NAD+-oxidoreduktasa (deaminující)

HOOC-CH2-CH2-CH-COOH + NAD(P)+ + H2O HOOC-CH2-CH2-CO-COOH + NAD(P)H + H+ + NH4+

NH2

L-GLU + NAD(P)+ + H2O 2-OG + NAD(P)H + H+ + NH4+

2-oxoglutarát :

- možnost začlenění do TCA

- použití v transaminačních reakcích

Metabolický osud amonného iontu

Amoniak (resp. amonný ion): zdrojem N pro syntézy x toxický => (Pozn. o toxicitě; obrácení g. deh. reakce => snížení hl. 2 OG => zbrždění TCA => málo ATP)

- zakonzervovat do molekul použitelných pro biosyntézy

- „nadbytečný“ amoniak z organismu vyloučit

-zásobní formou reaktivního N - např. Gln; vzniká z Glu ligasovou reakcí za katalýzy

glutaminsynthetasou – syst. L-glutamát:amoniak-ligasa (ADP-tvořící):

Glu + NH3+ ATP => Gln + ADP + Pi

-karbamoyl fosfát (v mitochodrii do močovinového cyklu – vyloučení; pozn. o cytosolu synt. zdr. Gln )

katalýza amoniak-ligasou (ADP-tvořící, karbamát fosforylující):

NH4+ + CO2 + 2ATP => NH2-CO-O-PO3

2- + 2ADP + Pi

Rozdělení živočichů z hlediska způsobu vylučování N

amonotelní (ryby) ureotelní (savci) urikotelní (ptáci)

NH4+

Močovinový (Ornithinový) cyklus

Lokalizace: především jaterní buňky

Intracelulární lokalizace: mitochondrie/cytosol

Zdrojem jednoho N v močovině je volný amoniak, zdrojem druhého je aspartát:

HCO3- + NH4

+ + aspartát => NH2-CO-NH2 + fumarát + H2O

+ energie z ATP

Močovinový (Ornithinový) cyklus

Kontrolní otázka:

Jaké jsou esenciální aminokyseliny pro pampelišku (Taraxacum officinale)? Samozřejmě žádné,

protože jako každá správná zelená (autotrofní) rostlina si umí syntetizovat vše, co potřebuje.

Syntéza aminokyselin

Autotrofové

- schopny syntetizovat vše tedy i AK;

syntéza uhlíkaté kostry AK (s 2-oxo),

pak transaminace.

Heterotrofové -umějí syntetizovat

jen některé AK (neesenciální).

Metabolismus stavebních jednotek nukleových kyselin

DNA i RNA při trávení (jako ostatní biopolymery) - hydrolytické štěpení na monomery

- pankreatická RNasa, štěpící fosfodiesterové vazbyRNA(13,7 kDa)

- cytosolové RNasy způsobují, že buněčná RNA (zejména mRNA) má relativně

krátký biologický poločas

Produktem úplného rozštěpení RNA jsou nukleotidy a nukleosidy.

Podobně i Dnasy v trávicím ústrojí i v buňkách (v lysosomech);

(Pozn. tzv. restrikční endonukleasy (prokaryotické) využití v genovém inženýrství)

- z nukleotidů, vzniklých hydrolýzou NK se pomocí nukleotidas odštěpuje

fosfátová skupina;

- nukleosidy jsou pak hydrolyzovány na (deoxy)ribosu a bazi

Prvním řádek - odbourávání cytosinu a uracilu

Druhý ř. - odbourávání thyminu

Třetí ř. - biosyntéza základní kostry pyrimidinových nukleosidů

Odbourávání a biosyntéza pyrimidinových basí

Odbourávání a biosyntéza purinových basí

Nedostatek dusíku a rostliny Symbióza s bakteriemi

Některé rostliny (např. bobovité, motýlokvěté) hostí totiž tyto bakterie rodu Rhizobium ve

speciálních hlízkách ve svých kořenech. Symbiotické bakterie mají schopnost přijímat N2

z atmosféry a přeměnit na využitelnou formu

Redukce trojné vazby v N2 vznik amonných iontů

- střídání plodin

https://www.youtube.com/watch?v=qF9QjIvM9nU

Zvláštnosti metabolismu N-látek

- nejsou součástí energetického metabolismu (ale ne bez nákladů)

-nejsou skladovány (ale – rostliny, alkaloidy)

- odbourávání i biosynthesa mají individuální charakter

-intermediáty jejich metabolismu jsou součástí ostatních metabolických drah