Wykład 5.
Białka
¬ Rzadko występują jako materiał zapasowy (wyjątkiem nasiona niektórych roślin)
ü nasiona zbóż – białka typu glutenom
ü soja – glikoproteina 7s (magazyn aminokwasów i azotu)
¬ U zwierząt nie występują jako materiał zapasowy, pobierają za to duże ich ilości wraz z pokarmem roślinnym i właśnie te białka są katabolizowane.
¬ Wewnątrz komórkowe (informacyjne, regulacyjne, enzymatyczne, strukturalne) podlegają obrotowi metabolicznemu – są syntetyzowane i rozkładane równocześnie.
ü - okres półtrwania -> określa obrót metaboliczny poszczególnych białek (połowa cz. białka ulega degradacji)
ü Obrót metaboliczny związany jest z rozkładem białek na aminokwasy(AA).
¬ Hydroliza wiązań peptydowych (rozcinanie białek do aminokwasów poprzez dołączenie wody)
ü proteazy/proteinazy – działają na natywne(?) białka.
ü peptydazy – działają na pewne fragmenty peptydowe uzyskane w wyniku zapoczątkowanej wcześniej hydrolizy.
ü Enzymy są ogromną rodziną i nie wszyscy trzymają się tego podziału.
Klasyfikacja enzymów
¬ Uczestniczących w hydrolizie białek pokarmowych jak i b. wewnątrzkom.
¬ Często charakteryzują się dużą specjalizacją np.: enzymy występujące w przewodzie pokarmowym, produkowane przez trzustkę:
ü Duża specyficzność -> dużo enzymów w przewodzie pokarmowym.
ü Podział enzymów ze względu na miejsce nacięć w łańcuchu:
¨ karboksypeptydaza – odszczepia kolejno od C końca pojedyncze reszty aminokwasowe.(?)(aktywuje cz. nukleofilu np.: wody oraz polaryzuje gr. karbonylową)
¨ aminopeptydazy – rozszczepiają kolejno wiązania od N końca.
¬ Enzymów proteolitycznych jest bardzo wiele.
¬ Proteoliza w komórkach zachodzi w proteosomach, które są jakimś odpowiednikiem rybosomów; są to złożone struktury w skład, których wchodzi wiele różnych białek, w tym enzymów proteolitycznych.
¬ Hydroliza białek do aminokwasów katalizowana przez proteinazy lub peptydazy jest procesem, w którym wydziela się dość dużo energii ale zbyt mało żeby mogła towarzyszyć jej synteza ATP lub innych związków wysokoenergetycznych; więc podobnie jak w przypadku cukrowców i lipidów, ta faza hydrolityczna jest jałowa energetycznie. (powstała E wydzielana jest w postaci ciepła)
¬ Powstałe aminokwasy mogą być dalej katabolizowane.
¬ W białku występuje 20 kodowanych aminokwasów, oprócz tego występują jeszcze AA niekodowane, które powstają w wyniku potranslacyjnej modyfikacji pewnych reszt aminokwasowych, np.: część reszt lizyny może być hydroksylowana w wyniku czego powstaje 5-hydroksylizyna, część proliny może być przekształcona w 4-hydroksyprolinę. Po hydrolizie białek często uzyskujemy więcej niż 20 AA.
¬ Pierwszym etapem katabolizmu białek/AA jest deaminacja.(?)
Deaminacja białek i aminokwasów
¬ Usunięcie gr. aminowej w postaci amoniaku (w kom. występuje on w postaci jonów amonowych)
¬ Może zachodzić na początku (alanina, kw. glutaminowy) lub po pewnych przekształceniach (prolina przekształca się w kw. glutaminowy i dopiero ulega deaminacji)
¬ Może zachodzić na różnych etapach katabolizmu poszczególnych AA.
¬ Niektóre AA w wyniku utraty gr. aminowej mogą przekształcić się w pirogronian, niektóre w acetylo-CoA, a inne w różne metabolity cyklu Krebsa,
np.: kw. -ketoglutarowy, szczawiooctan, bursztynian.(są włączane w różne etapy katabolizmu złożonych cukrowców, niepotrzebna reszta zostaje degradowana do amoniaku)
¬ Ważną grupą enzymów biorącą udział w usuwaniu gr. Aminowych są aminotransferazy.
Katabolizm aminokwasów
¬ Transaminacja (aminotransferazy):
Reakcje katalizowane przez:
a) Aminotransferazę asparaginową
b) Aminotransferazę alaninową
¬ Jest bardzo dużo różnych aminotransferaz, które katalizują reakcję transaminacji.
¬ Określony aminokwas oddaje gr. aminową na ketokwas, którym najczęściej jest a-ketoglutaran; w wyniku tego z aminokwasu powstaje odpowiedni a-ketokwas, a a-ketoglutaran ulega aminacji i powstaje glutaminian.
¬ Procesy transamincji nie prowadzą do całkowitej deaminacji – jeden AA zmieniany jest na inny (asparaginian / alanina na glutaminian)
¬ Oznaczenie aktywności tych enzymów w otoczeniu jest ważnym narzędziem diagnostycznym: obie te aminotransferazy wys. wew.-kom. np.: w mięśniu sercowym, wątrobie. Każdy narząd charakteryzuje się pewnym stosunkiem aktywności jednego enzymu do drugiego – jeśli w osoczu pojawia się podwyższony poziom transferaz oznacza to, że narząd uległ uszkodzeniu.
¬ Koenzym aminotransferaza jest pochodną pirydyny: fosforan pirydoksalu (PLP), który w komórkach ssaczych wytwarzany jest z witaminy B6 (pirydoksyny); żeby mogła się ona przekształcić w PLP to gr. alkoholowa 1° musi się utlenić do gr. aldehydowej i inna gr. musi ulec fosforylacji.
ü Witamina jest wykorzystywana jako element budulcowy do syntezy koenzymu, substancji która uczestniczy w procesie katalitycznym.
¬ Fosforan pirydoksalu, w trakcie procesu transaminacji, przejściowo jest w stanie przyjąć gr. aminową aminokwasu, powstający fosforan pirodoksyny (PMP) oddaje tę gr. aminową na odpowiedniego biorcę (najczęściej jest nim a-ketoglutaran)
¬ Transaminacja: AA reaguje z enzymem zawierającym jako koenzym fosforan pirydoksalu (PLP); w drugim etapie reakcji a-ketokwas reaguje z fosforanem pirydoksaminy, w wyniku czego powstaje aminokwas.
aminokwas + E – PLP D a-ketokwas +E – PMP
a-ketokwas + E – PMP D aminokwas + E – PLP
aminokwas+ a-ketokwas D aminokwas + a-ketokwas
ü Schemat transaminacji:
¬ Mechanizm transaminacji:
¬ Odpowiedni enzym (aminotransferaza) zawiera kowalencyjnie związany fosforan pirydoksalu, przyłączony do gr. e-aminowej (epsilon) lizyny wchodzącej w skład łańcucha peptydowego enzymu, tworząc w ten sposób zasadę Schifa. Zasada Schifa b. łatwo powstaje kiedy mamy do czynienia z aminą i zw. Karboksylowym – w wyniku eliminacji cząsteczki wody powstaje (zasada Schifa). Grupa aldehydowa PLP tworzy w stanie podstawowym zasadę Schifa z grupą aminową lizyny. Lizyna jest AA zasadowym, który zamiast gr. a_aminowej zawiera E-aminową grupę w łańcuchu bocznym, która jest związana z PLP.
¬ Jeśli pojawi się właściwy AA to następuje wyparcie PLP, powstaje np.: …………………... ………………………………………………………………………………………………..………………………………………………………………………………………………..………………………………………………….....(źle skserowane, nie dało się odczytać)
¬
¬ Zewnętrzna aldoimina w wyniku odprotonowania i protonacji w inny sposób prowadzi do powstania struktury zwanej ketoiminą, a następnie w wyniku przyłączenia cząsteczki wody do podwójnego wiązania następuje rozpad na a-ketokwas i fosforan pirydoksaminy, który może reagować z innym a-ketokwasem np.: z a-ketoglutaranem – zachodzi odwrotny ciąg reakcji (wszystkie te reakcje są odwracalne), w wyniku czego odtwarza się aldoimina i może zajść następująca reakcja (także odwracalna): zewnętrzna aldoimina rozpada się na AA i powstaje kowalencyjne połączenie fosforanu pirydoksalu z enzymem.
¬ Innym ważnym procesem związanym z katabolizmem AA jest oksydacyjna deaminacja.
¬ Oksydacyjna deaminacja:
¬ Najważniejszym enzymem z gr. katalizujących tego typu reakcje jest dehydrogenaza glutaminianowa, która działa na glutaminian jako substrat.
¬ Cz. glutaminianu jest utleniana (utleniaczem może być: NADi NADP), przy udziale cz. Wody następuje rozpad utlenianego intermediatu do ketoglutaranu i jonu amonowego, a z NAD/ NADPjest tworzona zredukowana postać: MADH i NADPH
¬ Prosty mechanizm reakcji: przy udziale odpowiedniego utleniacza odbierane są 2 atomy wodoru w wyniku czego powstaje podwójne wiązanie i imina; przyłączenie wody do podwójnego wiązania daje a-ketokwas.
¬ AA może oddać gr. aminową (przy udziale aminotransferazy) na a-ketoglutaran, w wyniku czego a aminokwasu wyjściowego powstaje a-ketokwas, a a-ketoglutaran ulega aminacji do glutaminianu.
¬ Dehydrogenaza glutaminianowa prowadzi właściwą deaminację powstającego glutaminianu w rozlicznych procesach transaminacji rozkładając glutaminian na a-ketoglutaran i amoniak (jon amonowy); potrzebny jest utleniacz bo reakcja ma charakter red-ox, dlatego też NADi NADPmogą również uczestniczyć (powstaje odpowiednia zredukowana forma)
¬ Aminotransferazy współdziałają z dehydrogenazą glutaminianową prowadząc do deaminacji różnych AA.
Usuwanie amoniaku
¬ Amoniak jest toksyczny dla komórek więc muszą się go jak najszybciej pozbyć, nie może dojść do sytuacji gdy stężenie amoniaku będzie zbyt wysokie; u zwierząt wodnych sytuacja jest prosta, można się go pozbyć także przez skórę, u ryb przez skrzela na drodze dyfuzji (zwierzęta amonioteliczne); u zwierząt lądowych sytuacja jest bardziej skomplikowana, są problemy z usunięciem amoniaku. Jest to różnie rozwiązane: u ssaków amoniak przekształcany jest w mocznik, który następnie jest wydalany z organizmu z moczem; u ptaków amoniak przekształcany jest w kwas moczowy i również usuwany wraz z moczem.
¬ Przekształcenia amoniaku w mocznik dzieją się w cyklu mocznikowym ze zużyciem pewnej ilości energii, ale pozwala to na zagospodarowanie i pozbycie się toksyny.
¬ Cykl mocznikowy zachodzi w kom. wątroby: częściowo w mitochondriach, a częściowo w cytoplaźmie. Następnie mocznik wydzielany jest do krwi, która jest filtrowana w nerkach; powstały mocz zostaje wydalony z organizmu.
ü Organizmy urynoteliczne – amoniak przekształcany jest w mocznik.
ü Organizmy urykoteliczne – amoniak przekształcany jest w kwas moczowy.
(omawiamy tylko syntezę mocznika w cyklu mocznikowym)
¬ Cykl mocznikowy (cykl Krebsa - Henseleita): Zlokalizowany w wątrobie!
¬ Wszystko zaczyna się w mitochondrium: w matrix z CO i amoniaku (jonów amonowych) karbamoilofosforan; żeby mógł powstać potrzebne jest ATP (2 cz. ATP do syntezy 1 cz. karbamoilofosforanu – reakcja b. kosztowna energetycznie); w matrix powstaje bardzo dużo CO w cyklu Krebsa, a na drodze fosforylacji oksydacyjnej masowo syntetyzowany jest ATP – daje to szczególnie korzystne warunki dla kosztownej energetycznie syntezy karbamoilofosforanu
¬ Karbamoilofosforan (pochodna kw. karbamowego) ma wiązanie typu mieszany bezwodnik z resztą kw. ortofosforowego, więc jest to zw. wysokoenergetyczny; posiada wysoki potencjał transportu reszt kw. karbamowego (-CONH) na AA nie występujący w białkach – ornitynę(podobna do lizyny ale ma o jeden atom C krótszy łańcuch). Ornityna oprócz a-aminowej gr. zawiera w łańcuchu bocznym dodatkową gr. aminową.
¬ Resta karbamoilowa jest przenoszona na gr. aminową ornityny i daje inny aminokwas – cytrulinę. Cytrulina dzięki obecności specjalnego nośnika migruje z mitochondrium do cytoplazmy, w której zachodzi reszta reakcji cyklu.
¬ Z asparaginianu (dikarboksylowy aminokwas) i cytruliny następuje synteza argininobursztynianu.
¬ Argininobursztynian w kolejnej reakcji przekształca się w argininę (AA występujący m.in. w białkach), a jako poboczny produkt powstaje fumaran (kw. fumarowy).
¬ Arginina ulega hydrolitycznemu rozpadowi w wyniku czego, przy udziale enzymu zwanego arginazą, powstaje cz. mocznika i odtwarza się cz. ornityny, która może wnikać do mitochondrium, gdzie zostanie wykorzystywana jako biorca kolejnej reszty karbamolowej.
¬ Mocznik zawiera dwie gr. NH...
dora_doris