Yhteenveto
Ureasykliin liittyvää sairautta hyperammonemian muodossa käytetään havainnollistamaan aineenvaihduntasairautta, joka liittyy erityisesti ureasyklin vikaan. Jonkin ureakierron entsyymin puutos johtaa erityiseen tautitilaan, jossa ammoniakkia, joka on toksiini, voi kertyä vereen (hyperammonemia). Kun maksassa tuotetaan liikaa glutamiinia, glutaminaasi muuttaa sen ammoniakiksi. Maksan ureakierto muuttaa ammoniakin ureaksi, joka erittyy virtsaan. TCA-kierron ja ureakierron kokonaisreaktiot voidaan tiivistää:
Glutamiinisyntaasi ja glutaminaasi käyttävät reaktioissaan ammoniumionia ja tuottavat ammoniumionia:
Transaminaatio on prosessi, jossa aminoryhmät irrotetaan aminohapoista ja siirretään akseptoiviin ketohappoihin, jolloin syntyy alkuperäisestä aminohaposta ketohappoversio.
Lihassolut voivat käyttää aminohappoja energianlähteinä, ja maksa voi detoksifioida aminoryhmät (ammoniumioneina) ureakierron kautta. Alaniini on useimmissa proteiineissa vallitseva aminohappo. Se voi kulkeutua verenkierrossa perifeerisistä kudoksista maksaan, jossa se voidaan muuntaa glukoosiksi. Alaniini transaminoituu pyruvaatiksi, ja glukoosia voidaan muodostaa pyruvaatista glukoneogeneesin kautta. Glukoosi voidaan sitten kuljettaa verenkierron kautta lihaksiin (energiakäyttöä varten). Tätä lihaksen ja maksan aineenvaihduntaan liittyvää järjestelmää kutsutaan alaniinikierroksi.
Transamidaatio on vapaan amiiniryhmän ja gammakarboksamidiryhmän välisen kovalenttisen sidoksen katalyyttinen muodostuminen. Transamidinaasit katalysoivat kudosten paranemiseen osallistuvien γ-glutamyyli-ε-lysiinisidosten muodostumista. Transamidinaasit osallistuvat aminosokerien (esim. glukosamiini-6-fosfaatin) synteesiin. Nämä entsyymit osallistuvat myös proteiinien glykosyylifosfatidyylinositoli-ankkurointiin solukalvoihin.
Aminohappojen desaminoitumista katalysoivat ammoniakkilyaasientsyymit. Esimerkkejä ovat seriinidehydraasi ja treoniinidehydraasi, joiden molempien koentsyyminä on pyridoksaalifosfaatti. Seriinidehydraasi muuttaa seriinin pyruviitiksi ja ammoniakiksi, ja treoniinidehydraasi muuttaa treoniinin α-ketobutyraatiksi ja ammoniakiksi. Toinen tähän entsyymiryhmään kuuluva entsyymi on histidaasi (histidiiniammoniakkilyaasi), joka irrottaa histidiinistä aminoryhmän muodostaakseen transurokaanihappoa maksassa ja ihossa. Oksidatiivista deaminointia tapahtuu maksassa glutamaattidehydrogenaasin toimesta, jossa glutamaatti+vesi+NAD+ muodostaa α-ketglutaraatti+ammoniakki+NADH+H+.
Aminohappoja voi hapettaa d-aminohappooksidaasi, joka sijaitsee maksan ja munuaisten peroksisomeissa. d-aminohappoja esiintyy ravinnossa erityisesti kasvisruokavalioilla, sillä kasvit eivät sisällä d-aminohappooksidaasia. Katalyyttiset tuotteet ovat iminohappo ja H2O2. Ihmisellä on myös aminohapporasemaasi-entsyymi, joka muuntaa d- ja l-aminohappoja keskenään. Maksan ja munuaisten peroksisomeissa on pieniä määriä l-aminohappooksidaasia, joka olisi hyödyllinen, kun l-aminohappoja on liikaa proteiinien biosynteeseissä ja muissa reiteissä.
l-aminohapporasemaasi muuntaa l-aminohappoja (proteiinien luonnollisia muotoja) d-aminohapoiksi. Tämä entsyymi on erityisen tärkeä aivoissa, koska d-seriiniä on suuria määriä corpus callosumissa ja hippokampuksessa.
l-Aminohappodekarboksylaasi, jonka koentsyyminä on pyridoksaalifosfaatti, irrottaa hiilidioksidia aminohapoista tuottaakseen vastaavat amiinit. Aromaattinen l-aminohappodekarboksylaasi katalysoi tryptofaanin, 5-hydroksitryptofaanin, l-dihydroksifenyylialaniinin, 3,4-dihydroksifenyyliseriinin, tyrosiinin, fenyylialaniinin ja histidiinin dekarboksylaatiota.
Välttämättömät aminohapot ovat sellaisia, joita elimistöstä puuttuu tai joita syntetisoidaan niin paljon, että ne eivät riitä kasvuun ja ylläpitoon. Ne ovat seuraavat: metioniini, tryptofaani, lysiini, fenyylialaniini, treoniini, valiini, leusiini ja isoleusiini. Lisäksi histidiini ja arginiini ovat lapsille välttämättömiä. Ei-välttämättömät aminohapot ovat seuraavat: glutamaatti, glutamiini, aspartaatti, asparagiini, alaniini, kysteiini, tyrosiini, proliini, seriini ja glysiini (ja ornitiini). Metioniinilla ja tryptofaanilla on yksi koodoni, mutta muilla aminohapoilla on kaksi tai kolme koodonia. Useimmat proteiinit aloittavat translaationsa aloituskodonilla AUG. AUG koodaa metioniinia, joka on kaikkien eukaryoottisten proteiinien N-terminaalinen aminohappo; N-terminaalinen metioniini on kuitenkin mahdollista poistaa posttranslationaalisella modifikaatiolla. Homokysteiini, joka on peräisin S-adenosyylimetioniinista, voi tuottaa kysteiiniä. Tauriini syntetisoituu seuraavasti: metioniini → kysteiini → kysteiinisulfinaatti → hypotauriini → tauriini. Vaikka tauriini on aminohappo, se ei sisälly proteiineihin. Se on kuitenkin konjugaattina sappihappojen kanssa ja toimii antioksidanttina, kalsiumsignaalin modulaattorina, kalvojen stabiloijana ja apoptoosin estäjänä.
Glutationi (GSH) on tripeptidi (glutamyylikysteinyyliglysiini), mutta se syntetisoidaan ilman mRNA:ta. Kahdella GSH-molekyylillä kysteiinit voivat hapettua muodostaen disulfidin (-S-S-), ja tämä interkonversio (2GSH ←→ GSSG) edustaa kriittistä redox-agenttia solussa. Glutationi-S-transferaasi-entsyymiperhe suojaa soluja ksenobioottien ja tiettyjen lääkkeiden aiheuttamilta vaurioilta muodostamalla GSH:ta, joka liuottaa ne, mukaan lukien tietyt karsinogeenit, ja mahdollistaa niiden erittymisen. GSH osallistuu γ-glutamyylisykliin, joka tehostaa aminohappojen kuljetusta solun ulkopuolelta solun sisälle. Tämän syklin ensimmäinen vaihe on GSH:n γ-glutamyyliryhmän siirtyminen aminohappoon, peptidiin tai veteen solukalvon γ-glutamyylitranspeptidaasin toimesta (γ-l-glutamyylipeptidi+aminohappo ←→ peptidi+γ-l-glutamyyliaminohappo). Tämä reitti on osa GSH:n synteesiä ja hajoamista, joka toimii lääkkeiden ja ksenobioottien detoksifikaatiossa. Leukotrieeni C4 (LTC4) sisältää GSH:ta, ja tällä leukotrieenillä on supistavaa vaikutusta hengitysteiden kudoksiin.
Tyrosiini on katekoliamiinien (adrenaliini ja noradrenaliini) sekä kehon pääpigmentin, melaniinin, esiaste. Tyrosiiniä voidaan muodostaa fenyylialaniinista fenyylialaniinihydroksylaasin (PAH) avulla maksassa ja munuaisissa. Tämä entsyymi poistaa ylimääräisen fenyylialaniinin. Tämän entsyymin geenin mutaatiot (lapsilla tunnetaan yli 400 PAH:ta ilmentävän geenin mutaatiota) johtavat fenyyliketonuriaan. Katekoliamiinit syntetisoituvat lisämunuaisytimessä: fenyylialaniini+PAH → tyrosiini+tyrosiinihydroksylaasi → DOPA+aromaattinen l-aminohappojen dekarboksylaasi → dopamiini+dopamiinin β-hydroksylaasi → noradrenaliini+S-adenosyylimetioniini (SAM, metyylin luovuttajana)+fenyylietanoliamiini-N-metyylitransferaasi (PNMT) → adrenaliini. Stressireaktiossa kortisolia tuotetaan lisämunuaiskuoressa. Matkalla yleiseen verenkiertoon kortisoli virtaa lisämunuaisytimen medullan läpi ja indusoi siellä PNMT:tä, jotta se lisäisi katekoliamiinien tuotantoa, joka on myös koholla stressissä.
Tryptofaani on käpyrauhasessa serotoniinin (päivänvalossa) ja melatoniinin (pimeässä) välittäjäaineiden esiaste. N-asetyylitransferaasi muuntaa serotoniinin N-asetyyliserotoniiniksi ja hydroksiindoli-O-metyylitransferaasi muuntaa N-asetyyliserotoniinin melatoniiniksi. Käpyrauhasella on merkitystä uneen ja liikuntaelimistön toimintaan, ja se vaikuttaa hypotalamukseen, lisäkilpirauhaseen ja haimaan. Tryptofaani muuttuu kinoliinihapoksi kyureniinireitin kautta, ja kinoliinihappo voidaan muuttaa pieninä määrinä niasiiniksi, joka on nikotiiniamidi-nukleotidikoentsyymien esiaste.
Arginiini voidaan muuttaa kreatiiniksi. Munuaiset muuttavat arginiinin guanidoetikkahapoksi, joka muunnetaan maksassa kreatiiniksi. Suurin osa elimistön kreatiinista on luurankolihaksessa, jossa kreatiinifosfaatti on energiavarastona. Kun energiantarve on suuri (lihassupistus), kreatiinifosfokinaasi muuntaa ADP:n kanssa kreatiinifosfaatin kreatiiniksi ja ATP:ksi. Kreatiinifosfaatti syklisoituu spontaanisti kreatiniiniksi lihaksessa, jossa se pysyy vakiotasolla. Munuaiset erittävät kreatiniinia ilman, että se imeytyy uudelleen, joten sen puhdistuma virtsassa mittaa munuaisten glomerulussuodatusta. Arginiini on typpioksidin (NO) esiaste typpioksidisyntaasin (NOS) katalysoimassa reaktiossa. NOS:ää on kolme muotoa, iNOS, Enos ja nNOS. NO on biologinen signaali, joka säätelee verenpainetta, neurotransmissiota, oppimista ja muistia.
Histidiini muuttuu histidiinidekarboksylaasin vaikutuksesta histamiiniksi. Histamiini stimuloi mahahapon eritystä histamiini H2-reseptorien kautta. Mastosolut vapauttavat histamiinia välittämään allergista vastetta synnyttääkseen vasodilataatiota ja bronkokonstriktiota histamiini H1-reseptorien kautta. Histidiinin imidatsoliryhmä, joka voi olla protonoituneessa tai protonoimattomassa muodossa, on monien entsyymien aktiivisten paikkojen komponentti.
Glutamaatti tuottaa glutamiinia glutamaattidehydrogenaasireaktion kautta. Se osallistuu myös moniin transaminaasireaktioihin ja on glutationin komponentti. Glutamaatti muodostaa myös γ-aminovoihappoa (GABA), joka on tärkeä estävä välittäjäaine aivoissa. Glutamaattidehydrogenaasin ja glutamaattitransaminaasin vaikutuksesta glutamaatti muuttuu α-ketoglutaraatiksi, joka voi olla proliinin ja ornitiinin esiaste tai siirtyä TCA-kiertoon energian tuotantoa varten.
Seriinistä voi syntyä glysiiniä seriinihydroksimetyylitransferaasireaktion kautta, jossa hyödynnetään tetrahydrofolaattikoentsyymiä.
Aminohapot, kun niiden pitoisuudet ylittävät proteiinisynteesin vaatimukset, voidaan metaboloida yhdisteiksi, jotka voivat siirtyä TCA-kiertoon ATP:n tuotantoa varten. Aminohapot, jotka pääsevät TCA-kiertoon, ovat ketogeenisiä tai glukogeenisiä siinä mielessä, että ensin mainitut voidaan muuntaa rasvahapoiksi ja jälkimmäiset glukoosiksi. Haaraketjuisia aminohappoja ei kataboloida maksassa vaan lihaksissa, rasvassa, munuaisissa ja aivoissa. Haaraketjuisten aminohappojen aminotransferaasi muuttaa ne vastaaviksi ketohapoiksi. Haaraketjuinen α-ketohappodehydrogenaasi muuttaa ketohapot CoA-johdannaisiksi. Jos tämä entsyymi ei toimi sen geenin mutaation vuoksi, haaraketjuiset aminohapot kertyvät vereen ja virtsaan ja aiheuttavat ”vaahterasiirappitautia”
.