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

Struktura aminokyselin

Dvacet proteinogenních (standardních) aminokyselin

Metabolismus aminokyselin PROTEINY Z POTRAVY NEBÍLKOVINNÉ DERIVÁTY Porfyriny Puriny Pyrimidiny Neurotransmitery Hormony Složené lipidy Aminocukry TĚLESNÉ PROTEINY Proteosyntéza Odbourávání AMINOKYSELINY Trávení Transaminace GLUKÓZA CO2 KETOLÁTKY ACETYL CoA MOČOVINA NH3 ulíkové kostry Přeměna 250 – 300 g/den GLYKOLÝZA KREBSŮV CYCLUS

Enzymy štěpící proteiny Endopeptidasy Žaludeční - pepsin Pankreatické - trypsin, chymotrypsin, elastasa Exopeptidasy (tenké střevo) aminopeptidasy, karboxypeptidasy, dipeptidasy Pepsin (pH 1.5 – 2.5) – štěpí peptidovou vazbu před Tyr, Phe, mezi Leu, Glu Trypsin (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Lys a Arg Chymotrypsin (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidovou vazbu mezi Phe a Tyr Pankreatická elastasa (pH 7.5 – 8.5) – štěpí peptidvou vazbu za Ala, Gly a Val Hydrolyzují polypetidy na oligopetidy a až na aminokyseliny. Aminokyseliny jsou absorbovány střevní sliznicí, transportovány k cílovým tkáním. 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 a esenciální aminokyseliny Semiesenciální* Alanin Asparagin Aspartát Glutamát Serin Fenylalanin Histidin Isoleucin Leucin Lysin Methionin Threonin Tryptofan Valin Arginin Cystein Glutamin Glycin Prolin Tyrosin *pouze v určitém období růstu a během nemoci.

Odbourání aminokyseliny + C O R COO- + NH4+ deaminace transaminace C O R COO- CH NH2 R COO- CH NH2 R COO- oxidativní dekarboxylace CH2 NH3+ R CO2 +

Odbourání aminokyseliny

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

Všechny transaminasy obsahují koenzymem pyridoxal-5´-fosfát (PLP). + CH3 OH H2C O -2O3PO 1 2 3 4 5 6 4´ 5´ Pyridoxal-5´-fosfát (PLP) N H + CH3 OH H2C HO Pyridoxin Vitamin B6

Pyridoxamin-5´-fosfát PLP je pevně vázán na enzym přes imino vazbu (Schiffova báze) na e-aminoskupinu Lys. Pyridoxamin-5´-fosfát (PMP) přenáší aminoskupinu na a-ketokyselinu. N H + CH3 O- C H2C 2-O3PO Enzym Pyridoxal-5´-fosfát navázaný na apoenzym Lysin Interní Schiffova báze N + O H C 3 2 P 2- Pyridoxamin-5´-fosfát (PMP)

Sled reakcí při transaminaci

Transaminasy Transaminasy důležité v klinické praxi 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

L-Glutamátdehydrogenasa Glutamát uvolňuje svoji aminoskupinu v játrech jako amoniak L-Glutamátdehydrogenasa hromadění glutamátu v játrech z transaminačních reakcí oxidativní deaminace glutamátu (glutamátdehydrogenasovou reakcí) a uvolnění NH3 (mitochondrie) glutamátdehydrogenasa - jediná z enzymů schopna využívat NAD+ i NADP+ jako akceptory redukujících ekvivalentů kombinované působení aminotransferasy a glutamátdehydrogenasy se nazývá transdeaminace. 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 NH3 se v mitochondriích hepatocytů uvolní za pomoci glutaminasy, glutamin se mění zpět na glutamát. NH3 se v močovinovém cyklumění na močovinu. Obrázek převzat z učebnice: Devlin, T. M. (editor): Textbook of Biochemistry with Clinical Correlations, 4th ed. Wiley‑Liss, Inc., New York, 1997. ISBN 0‑471‑15451‑2

A. Glutamátdehydrogenasa Vzájemná přeměna mezi glutamátem, glutaminem a a-ketoglutarátem NH3 NH3 a-ketoglutarát glutamát glutamin NH3 NH3 A. Glutamátdehydrogenasa glutamát + + NAD+ H2O a-ketoglutarát + NH3 + NADH z transaminačních reakcí přímo do močovin. cyklu B. Glutaminsyntetasa (játra) ATP ADP + glutamin glutamát NH3 C. Glutaminasa (ledviny) + + glutamin H2O glutamát NH3

A. Oxidativní deaminace B. Neoxidativní deaminace Deaminace aminokyselin aminokyselina FMN H2O + E a-ketokyselina FMNH2 NH3 oxidasa L-aminokyselin A. Oxidativní deaminace H2O2 O2 katalasa B. Neoxidativní deaminace serin pyruvát threonin a-ketoglutarát Serin-threonin dehydratasa Oxidasa L-aminokyselin tvoří amoniak a a-ketokyselinu přímo, za přítomnosti FMN jako kofaktoru.

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

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

Ketogenní aminokyseliny Acetyl CoA nebo acetoacetát Lysin Leucin

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

Aminokyseliny s C3 alanin serin cystein threonin Pyruvát

Aminokyseliny s C4 asparagová k. asparagin Oxalacetát

Aminokyseliny s C5 glutamin a-ketoglutarát prolin arginin histidin

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 (H4folate) 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 CH3 vzniká S-adenosylhomocystein (SAH). Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

Biosyntéza cysteinu z methioninu Regenerace Met za přítomnosti N5-methyl- tetrahydrofolátu (vitaminy: folát + B12) SAM se přes SAH mění na homocystein. Homocystein kondenzuje se serinem na cystathion. Cystathionasa rozštěpí cystathion na cystein a a-keto-glutarát. * Celá rerakce se nazývá transsulfurace *nefunkční enzym vede ke vzniku homocystinurii. Převzato z http://themedicalbiochemistrypage.org/amino-acid-metabolism.html

V moči je vysoká koncentrace homocysteinu a methioninu. 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 NADH-dependentní dihydropteridinreduktasou. Chybějící nebo defektní fenylalaninhydroxylasa způsobuje hyperfenylalaninemie (koncentrace Phe > 120 mM).

Neléčený stav vede k mentální retardaci. Fenylketonurie Vrozená porucha metabolismu Phe, geneticky podmíněná defektem enzymu fenylalaninhydroxyláza. Nahromaděný Phe (1000 mM 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 leucin a-ketoglutarát glutamát (transaminace) a-ketoisovalerát a-keto-b-methylbutyrát a-ketoisokaproát oxidativní dekarboxylace dehydrogenasa a-ketokyselin* CO2 NAD+ NADH + H+ isobutyryl CoA a-methylbutyryl CoA isovaleryl CoA Dehydrogenasový komplex rozvětvených a-ketokyselin propionyl CoA acetyl CoA 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 tRNA 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 B1 (thiamindifosfát) oxidativní dekarboxylace a-ketokyselin RIBOFLAVIN B2 (flavinmononukleotid FMN, flavinadenindinukleotid FAD) oxidasa a-aminokyselin NIACIN B3 – kyselina nikotinová, (nikotinamidadenindinukleotid NAD+ Nikotinamidadenindinukleotidfosfát NADP+) dehydrogenasy, reduktasy PYRIDOXIN B6 (pyridoxalfosfát) transaminační reakce a dekarboxylace KYSELINA LISTOVÁ (tetrahydrofolát) enzymy metabolismu aminokyselin KYSELINA ASKORBOVÁ odbourání tyrosinu syntéza kolagenu