Cykl mocznikowy

Podsumowanie

Transaminacja to proces, w którym grupy aminowe są usuwane z aminokwasów i przenoszone na akceptorowe kwasy ketonowe w celu wytworzenia ketokwasowej wersji pierwotnego aminokwasu.

Komórki mięśniowe mogą wykorzystywać aminokwasy jako źródła energii, a wątroba może detoksykować grupy aminowe (jako jony amonowe) poprzez cykl mocznikowy. Alanina jest dominującym aminokwasem w większości białek. Może być transportowana w krwiobiegu z tkanek obwodowych do wątroby, gdzie może być przekształcona w glukozę. Alanina jest transaminowana do postaci pirogronianu, a glukoza może być utworzona z pirogronianu w procesie glukoneogenezy. Glukoza może być następnie transportowana do mięśni (w celu wykorzystania energii) poprzez krwiobieg. Ten system odnoszący się do metabolizmu mięśni i wątroby jest znany jako cykl alaninowy.

Transamidacja jest katalitycznym tworzeniem wiązania kowalencyjnego między wolną grupą aminową a grupą gamma karboksyamidową. Transamidynazy katalizują tworzenie wiązań γ-glutamylo-ε-lizyna zaangażowanych w gojenie tkanek. Transamidynazy biorą udział w syntezie aminocukrów (np. glukozamino-6-fosforanu). Enzymy te są również zaangażowane w glikozylofosfatydyloinozytolu zakotwiczenie białek do błon komórkowych.

Deaminacja aminokwasów jest katalizowana przez enzymy liazy amoniakalnej. Przykłady są dehydrataza seryny i dehydrataza treoniny, z których oba mają fosforan pirydoksalu jako koenzym. Dehydrataza serynowa przekształca serynę do pirogronianu i amoniaku, a dehydrataza treoninowa przekształca treoninę do α-ketomaślanu i amoniaku. Innym członkiem tej grupy enzymów jest histydaza (liaza amoniaku histydyny), która usuwa grupę aminową z histydyny, tworząc kwas transurokanowy w wątrobie i skórze. Oksydacyjna deaminacja zachodzi w wątrobie przez dehydrogenazę glutaminianową, w której glutaminian+woda+NAD+ tworzy α-ketoglutaran+amonia+NADH+H+.

Aminokwasy mogą być utleniane przez oksydazę d-aminokwasową znajdującą się w peroksysomach wątroby i nerek. d-Aminokwasy występują w diecie zwłaszcza w pokarmach roślinnych, ponieważ rośliny nie zawierają oksydazy d-aminokwasowej. Produktami katalizy są iminokwas i H2O2. Człowiek posiada również enzym racemazę aminokwasową, która konwertuje d- i l-aminokwasy. Peroksysomy wątroby i nerek zawierają niewielkie ilości oksydazy l-aminokwasowej, która byłaby przydatna, gdy występuje nadmiar l-aminokwasów do biosyntezy białek i do innych szlaków.

l-aminokwasowa racemaza przekształca l-aminokwasy (naturalne formy w białkach) do d-aminokwasów. Enzym ten jest szczególnie ważny w mózgu, ponieważ d-seryna jest obecna w dużych ilościach w ciele modzelowatym i hipokampie.

Dekarboksylaza l-aminokwasów z fosforanem pirydoksalu jako koenzymem usuwa CO2 z aminokwasów, aby uzyskać odpowiednie aminy. Aromatyczna dekarboksylaza l-aminokwasów katalizuje dekarboksylację tryptofanu, 5-hydroksytryptofanu, l-dihydroksyfenyloalaniny, 3,4-dihydroksyfenylseryny, tyrozyny, fenyloalaniny i histydyny.

Aminokwasy niezbędne to te, które nie występują w organizmie, lub te, które są syntetyzowane w stopniu niewystarczającym do wzrostu i utrzymania. Są one następujące: metionina, tryptofan, lizyna, fenyloalanina, treonina, walina, leucyna i izoleucyna. Ponadto, histydyna i arginina są niezbędne dla dzieci. Aminokwasy nieistotne to: glutaminian, glutamina, asparagina, asparaginian, alanina, cysteina, tyrozyna, prolina, seryna i glicyna (oraz ornityna). Metionina i tryptofan mają pojedyncze kodony, ale pozostałe aminokwasy mają dwa lub trzy kodony. Większość białek rozpoczyna swoją translację od kodonu startu, AUG. AUG koduje metioninę, która jest N-końcowym aminokwasem wszystkich białek eukariotycznych; możliwe jest jednak usunięcie N-końcowej metioniny poprzez modyfikację potranslacyjną. Homocysteina, która pochodzi z S-adenozylometioniny, może generować cysteinę. Tauryna jest syntetyzowana w następujący sposób: metionina → cysteina → sulfinian cysteiny → hipotauryna → tauryna. Chociaż tauryna jest aminokwasem, nie jest ona włączana do białka. Jest jednak koniugatem z kwasami żółciowymi i jest aktywna jako antyoksydant, modulator sygnalizacji wapniowej, stabilizator błon i inhibitor apoptozy.

Glutation (GSH) jest tripeptydem (glutamylocysteinyloglicyna), ale jest syntetyzowany bez mRNA. Przy dwóch cząsteczkach GSH, cysteiny mogą być utleniane tworząc disulfidy (-S-S-), a ta interkonwersja (2GSH ←→ GSSG) stanowi krytyczny czynnik redoks w komórce. Rodzina enzymów S-transferazy glutationowej chroni komórki przed uszkodzeniem przez ksenobiotyki i niektóre leki, tworząc GSH, który je rozpuszcza, w tym niektóre kancerogeny, i umożliwia ich wydalanie. GSH bierze udział w cyklu γ-glutamylowym, który wspomaga transport aminokwasów z zewnątrz komórki do jej wnętrza. Pierwszym etapem tego cyklu jest przeniesienie grupy γ-glutamylowej GSH do aminokwasu, peptydu lub do wody przez błonową γ-glutamylotranspeptydazę (γ-l-glutamylpeptyd+aminokwas ←→ peptyd+γ-l-glutamyl-aminokwas). Szlak ten bierze udział w syntezie i degradacji GSH, funkcjonując w detoksykacji leków i ksenobiotyków. Leukotrien C4 (LTC4) zawiera GSH, a ten leukotrien ma działanie kurczliwe na tkanki dróg oddechowych.

Tyrozyna jest prekursorem katecholamin (epinefryny i noradrenaliny), jak również głównego pigmentu ciała, melaniny. Tyrozyna może być tworzona z fenyloalaniny przez hydroksylazę fenyloalaniny (PAH) w wątrobie i nerkach. Enzym ten usuwa nadmiar fenyloalaniny. Mutacje (u dzieci znanych jest ponad 400 mutacji genu wyrażającego PAH) w genie dla tego enzymu prowadzą do fenyloketonurii. Synteza amin katecholowych odbywa się w rdzeniu nadnerczy: fenyloalanina+PAH → tyrozyna+hydroksylaza tyrozynowa → DOPA+dekarboksylaza l-aminokwasów aromatycznych → dopamina+dopamina β-hydroksylaza → noradrenalina+S-adenozylometionina (SAM, jako donor metylu)+fenyloetanoloamina-N-metylotransferaza (PNMT) → epinefryna. W reakcji na stres, w korze nadnerczy wytwarzany jest kortyzol. W drodze do krążenia ogólnego kortyzol przepływa przez rdzenia nadnerczy i tam indukuje PNMT, aby zwiększyć produkcję katecholamin, które są również podwyższone w stresie.

Tryptofan, w szyszynce, jest prekursorem neuroprzekaźników serotoniny (w świetle dziennym) i melatoniny (w ciemności). N-acetylotransferaza konwertuje serotoninę do N-acetyloserotoniny, a hydroksyindol-O-metylotransferaza konwertuje N-acetyloserotoninę do melatoniny. Szyszynka odgrywa rolę we śnie, aktywności lokomotorycznej i wpływa na podwzgórze, przytarczyce i trzustkę. Tryptofan jest przekształcany do kwasu chinolinowego poprzez szlak kyureniny, a kwas chinolinowy może być przekształcany w małych ilościach do niacyny, prekursora koenzymów nukleotydów nikotynamidowych.

Arginina może być przekształcana do kreatyny. Nerki przekształca argininę do kwasu guanidooctowego, który jest przekształcany do kreatyny w wątrobie. Większość kreatyny w organizmie znajduje się w mięśniach szkieletowych, gdzie fosforan kreatyny stanowi rezerwę energetyczną. Przy wysokim zapotrzebowaniu na energię (skurcz mięśni) fosfokinaza kreatynowa z ADP przekształca fosforan kreatyny w kreatynę plus ATP. Fosforan kreatyny spontanicznie ulega cyklizacji do kreatyniny w mięśniach, gdzie utrzymuje się na stałym poziomie. Kreatyna jest wydalana przez nerki bez ponownego wchłaniania, tak więc jej klirens w moczu stanowi miarę filtracji kłębuszkowej nerek. Arginina jest prekursorem tlenku azotu (NO) w reakcji katalizowanej przez syntazę tlenku azotu (NOS). Istnieją trzy formy NOS: iNOS, Enos i nNOS. NO jest biologicznym sygnałem kontrolującym ciśnienie krwi, neurotransmisję, uczenie się i pamięć.

Histydyna, poprzez działanie dekarboksylazy histydyny, jest przekształcana w histaminę. Wydzielanie kwasu żołądkowego jest stymulowane przez histaminę za pośrednictwem receptorów histaminowych H2. Mastocyty uwalniają histaminę w celu pośredniczenia w odpowiedzi alergicznej, generując rozszerzenie naczyń krwionośnych i skurcz oskrzeli poprzez receptory histaminowe H1. Grupa imidazolowa histydyny, która może występować w formie protonowanej lub nieprotonowanej, jest składnikiem miejsc aktywnych wielu enzymów.

Glutaminian generuje glutaminę w reakcji dehydrogenazy glutaminianowej. Bierze również udział w wielu reakcjach transaminaz i jest składnikiem glutationu. Glutaminian tworzy również kwas γ-aminomasłowy (GABA), ważny neuroprzekaźnik hamujący w mózgu. Poprzez działania dehydrogenazy glutaminianowej i transaminazy glutaminianowej, glutaminian jest przekształcany do α-ketoglutaranu, który może być prekursorem proliny, jak również ornityny lub może wejść w cykl TCA do produkcji energii.

Aminokwasy, gdy ich stężenie przekracza wymagania syntezy białek, mogą być metabolizowane do związków, które mogą wejść w cykl TCA w celu produkcji ATP. Aminokwasy, które nie wchodzą w cykl TCA są ketogenne lub glukogenne w tym pierwszym może być przekształcony w kwasy tłuszczowe, a drugi może być przekształcony w glukozę. Aminokwasy o rozgałęzionych łańcuchach nie są katabolizowane przez wątrobę, ale raczej przez mięśnie, tkankę tłuszczową, nerki i mózg. Są one przekształcane do odpowiednich keto kwasów przez aminotransferazę aminokwasów rozgałęzionych. Dehydrogenaza α-ketokwasów o rozgałęzionych łańcuchach przekształca ketokwasy do pochodnych CoA. Jeśli enzym ten jest niefunkcjonalny w wyniku mutacji jego genu, aminokwasy o rozgałęzionych łańcuchach gromadzą się we krwi i moczu, powodując „chorobę syropu klonowego”

.