METABOLIZAM AMINOKISELINA

DEAMINACIJADEKARBOKSILACIJATRANSAMINACIJA

KLARA KAKUČKA, prof. hemije

MAČVANSKA SREDNJA ŠKOLA

PROTEINI

• U ishrani životinja, proteini zauzimaju veoma značajno mesto.

• Proteolitičkom razgradnjom hranom unetih složenih peptidnih i proteinskih struktura nastaju aminokiseline, koje nakon resorpcije u probavnom traktu, služe za izgradnju mnogih, organizmu neophodnih strukturnih proteina, kao i nekih drugih biološki važnih molekula, kao što su enzimi, hormoni itd

Nastajanja slobodnih aminokiselina

• Drugi proces nastajanja slobodnih aminokiselina odvija se kroz razgradnju tkivnih proteina unutar organizma životinja.

• Aminokiseline nastale na ovaj način takodje imaju ulogu gradivnih jedinica i učestvuju u biosintezi organizmu potrebnih proteina.

• U organizmu su praktično prisutna dva dimanički uravnotežena procesa: proces katabolizma i proces anabolizma.

Razgradnja proteina

• Razgradnja proteina vrši se uz katalitičko delovanje enzima proteaza , koje se, prema mestu nalaženja u organizmu životinja, dele na:

• - proteaze probavnog trakta, • - ekstracelularne proteaze (nalaze se u krvi i

ekstracelularnim tečnostima) i • - intracelularne proteaze (većinom se nalaze u

lisozomima).

Proteaze

• Prema mestu aktivnog napada na polipeptidnom lancu proteaze se dele na:

• - endopeptidaze (cepaju proteine na tačno odredjenim mestima u sredini lanca) i

• - egzopeptidaze (cepaju proteinske lance od kraja i to kao kar boksipep tidaze (deluju na karboksilni kraj) i aminopeptidaze (deluje na N-terminalni deo lanca).

Proteaze

• Za razliku od mnogih drugih enzima, proteaze nisu strogo supstrat specifične i ne deluju specifično na odredjene proteine, već su usmerene na odredjene veze i strukturne karakteristike polipeptidnog lanca.

• Tako na primer proteaze pepsin) i tripsin katalitički deluju na sve proteine, što je izuzetno značajno u procesima varenja, jer njihovim delovanjem dolazi do denaturacije proteina, koji se lakše hidrolizuju do aminokiselinskih jedinica.

Proteolitički enzimi• Peptidaze• • Endopeptidaze i egzopeptidaze• • Endopeptidaze ili proteaze• – Serin proteaze• – Cistein proteaze• – Aspartat proteaze• – Metalo-proteaze• • Egzopeptidaze• – Karboksipeptidaze• – Aminopeptidaze• – Dipeptidaze

Uloga proteolitičkih enzima u varenju proteina• Varenje u želucu• Pepsin• Varenje u duodenumu• Tripsin• Himotripsin• Elastaza• Karboksipeptidaze A i B• Varenje u tankom crevu• Endopeptidaze• Aminopeptidaze• Dipeptidaze

Himotripsin

Elastaza

Tripsin

Varenje u želucu: Pepsini

• Enzim: Pepsin A (karboksil-proteaza)• • Proenzim: Pepsinogen A• • Aktivatori:• – Autoaktivacija (pepsinogen, pH < 5)• – Autokataliza (pepsin)• • Specifičnost (R): R1 R2• – Phe CO NHCHCO NHCHCO• – Tyr

Varenje u tankom crevu: Pankreasni enzimi

• Enzim: Tripsin (serin-proteaza)• • Proenzim: Tripsinogen• • Aktivatori:• – Enteropeptidaza• – Tripsin• Specifičnost (R):• – Arg• – Lys

Varenje u tankom crevu

• Enzim: Himotripsin (serin-proteaza)• • Proenzim: Himotripsinogen• • Aktivator:• – Tripsin• • Specifičnost (R):• – Tyr, Trp, Phe, Met, Leu• • Enzim: Elastaza (serin-proteaza)• • Proenzim: Proelastaza• • Aktivator:• – Tripsin• • Specifičnost (R):• – Ala, Gly, Ser

Varenje u tankom crevu• Enzim: Karboksipeptidaza A • Proenzim:• Prokarboksipeptidaza A• Aktivator:• – Tripsin• Specifičnost (R):• – Val, Leu, Ile, Ala• Enzim: Karboksipeptidaza B• Proenzim: Prokarboksipeptidaza B• Aktivator:• – Tripsin• Specifičnost (R):• – Arg, Lys

Varenje u tankom crevu

• Endopeptidaze• – Endopeptidaza 24.11 (hidrofobne

aminokiseline)• Aminopeptidaze• – Aminopeptidaza A (kisele aminokiseline)• – Aminopeptidaza N (neutralne aminokiseline)• – Leucin-aminopeptidaza• Dipeptidaze

Neaktivni prekursor- zimogen • Veći broj proteolitičkih enzima probavnog trakta nastaje u

ćelijama želuca ili pankreasa i to prvo u vidu neaktivnih prekursora zimogena .

• Zimogeni imaju duži proteinski lanac od enzima, pa se tek proteolitičkim cepanjem tog lanca na tačno odredjenom mestu stvara mogućnost formiranja aktivnog enzimskog centra, odnosno nastajanje aktivnih proteaza.

• Na ovaj način od pepsinogena nastaje pepsin , od tripsinogena tripsin , od himotripsinogena himotripsin itd.

Metabolički putevi AK

• Aminokiseline nastale proteolitičkom razgradnjom proteinskih i peptidnih lanaca imaju različite metaboličke puteve.

• Tako na primer aminokiseline učestvuju : • - u izgradnji novih proteinskih struktura u tkivima

životinja , • - kao metabolički intermedijeri u biosintetskim

reakcijama , pri stvaranju razgradnih aminokiselinskih medjuproizvoda , itd.

Metabolički putevi AK

• Ovako nastale jedinice učestvuju u biosintezi ugljenih hidrata (glukoze i glikogena ako potiču iz glukogenih aminokiselina) i masnih kiselina preko aceto S - CoA i acetoacetil - S - CoA (ako potiču iz ketogenih aminokiselina).

• Aminogrupa, odnosno amonijak izdvojen iz aminokiselina, praktično se prevodi u oblik uree (kod sisara), mokraćne kiseline, odnosno njenih soli urata (kod ptica, gmizavca i vodozemaca) ili glutaminsku i alaninsku formu, koje predstavljaju transportni oblik amonijaka putem krvotoka.

Razgradnja aminokiselina

• Aminokiseline se u organizmu životinja uglavnom razgrađuju reakcijama deaminacije i dekarboksilacije, kao i procesom konačne razgradnje tako nastalih medjuproizvoda, do CO2 i H2O.

• Treći tip reakcija, koje su prisutne u pojedinim fazama razgradnje aminokiselina, su reakcije transaminacije.

• U toku odvijanja ovih reakcija dolazi do prenošenja aminogrupe sa jedne aminokiseline (npr. alanina) na ketokiselinu (npr. -ketoglutarat) pri čemu nastaje druga aminokiselina (glutamat).

Deaminacija aminokiselina

• U reakcijama deaminacije azot, koji je vezan u obliku -aminogrupe, se oslobađa u obliku amonijaka.

• Imajući u vidu da je amonijak i u malim koncentracijama veoma jak ćelijski otrov, organizam ga posebnim metaboličkim procesima prevodi u oblik koji se potom jednostavno uklanja, pri čemu se na ovaj način detoksikuje.

Deaminacija aminokiselina• Oksidativna deaminacija - odvija se uz katalitičko delovanje

dehidrogenaza, koje najčešće sadrže kao koenzimsku grupu FAD. • Proces deaminacije počinje dehidrogenovanjem pri čemu

nastaje iminokiselina, koja u sledećoj reakcionoj fazi daje -ketokiselinu i amonijak.

• Vodonik koji se izdvaja iz aminokiseline završava u respiratornom lancu gde sa kiseonikom daje konačan proizvod vodu.

• U mitohondrijama svih tkiva nalazi se enzim glutamat dehidrogenaza (GDH), koja prenosi vodonik na NAD+ prema reakciji :

• Glutamat + NAD+ GDH α-ketoglutarat + NADH + NH4+

Dekarboksilacija • Drugi reakcioni put razgradnje aminokiselina predstavlja

dekarboksilacija pri kojoj uz izdvajanje ugljendioksida iz aminokiseline nastaje primarni amin, čija se strukturna formula izvodi iz formule dekarboksilovane aminokiseline.

• Ovako nastali amini nazivaju se biogeni amini i imaju izrazito farmakološko delovanje, a učestvuju i kao značajni prekursori hormona, koenzima i drugih biološki važnih molekula.

• Histamin koji nastaje dekarboksilacijom histidina, u prisustvu enzima histidin dekarboksilaze pored ostalih efekata, utiče stimulatorno na lučenje želudačnog soka

Transaminacija aminokiselina• Transaminacija predstavlja reakcioni put u toku koga dolazi do

prenosa aminogrupe sa jedne aminokiseline na -ketokiselinu pri čemu dolazi do nastajanja neesencijalne aminokiseline.

• Samim tim ne dolazi do izdvajanja slobodnog amonijaka Ovim procesom praktično se povećava količina neesencijalnih aminokiselina u organizmu koje intenziviraju biosintezu proteina.

• U procesu transaminacije glutamat predstavlja osnovnog donora aminogrupe, dok se ketoglutarat pojavljuje kao glavni akceptor amino grupe.

• Enzimi koji katalizuju reakcije transaminacije najčešće imaju kao koenzimsku grupu piridoksalfosfat čija aldehidna grupa ima veoma bitnu ulogu u procesu prenosa aminogrupe.

Transaminacija aminokiselina