Ciclul ureei

Rezumat

Transaminarea este un proces în care grupările amino sunt îndepărtate din aminoacizi și transferate la cetoacizii acceptori pentru a genera versiunea cetoacidă a aminoacidului original.

Celulele musculare pot utiliza aminoacizii ca surse de energie, iar ficatul poate detoxifia grupările amino (sub formă de ioni de amoniu) prin intermediul ciclului ureei. Alanina este un aminoacid predominant în majoritatea proteinelor. Ea poate fi transportată în fluxul sanguin de la țesuturile periferice la ficat, unde poate fi transformată în glucoză. Alanina este transaminată pentru a forma piruvat, iar glucoza poate fi formată din piruvat prin gluconeogeneză. Glucoza poate fi apoi transportată către mușchi (pentru utilizarea energiei) prin fluxul sanguin. Acest sistem de relaționare a metabolismului muscular și hepatic este cunoscut sub numele de ciclul alaninei.

Transamidarea este formarea catalitică a unei legături covalente între o grupare amină liberă și o grupare gamma-carboxamidă. Transamidinazele catalizează formarea legăturilor γ-glutamil-ε-lizină implicate în vindecarea țesuturilor. Transamidinazele sunt implicate în sinteza aminozaharurilor (de exemplu, glucozamina-6-fosfat). Aceste enzime sunt, de asemenea, implicate în ancorarea glicozilfosfatidilinositol a proteinelor la membranele celulare.

Deaminarea aminoacizilor este catalizată de enzimele amoniac lipaze. Exemple sunt serina dehidrataza și treonina dehidrataza, ambele având ca și coenzimă fosfatul de piridoxal. Serina deshidrataza transformă serina în piruvat și amoniac, iar treonina deshidrataza transformă treonina în α-cetobutirat și amoniac. Un alt membru al acestui grup de enzime este histidază (histidină amoniac liază) care elimină grupa amino din histidină pentru a forma acid transurocanic în ficat și piele. Deaminarea oxidativă are loc în ficat de către glutamatul dehidrogenază în care glutamatul+apă+NAD+ formează α-cetilglutarat+amoniac+NADH+H+.

Aminoacizii pot fi oxidați de către d-aminoacizii oxidază localizați în peroxizomii din ficat și rinichi. d-Aminoacizii apar în alimentație în special în alimentele vegetale, deoarece plantele nu conțin d-aminoacizi oxidază. Produsele catalitice sunt un iminoacid și H2O2. Omul are, de asemenea, enzima aminoacid racemază care interconvertește d- și l-aminoacizii. Peroxizomii din ficat și rinichi conțin cantități mici de oxidază a l-aminoacizilor care ar fi utilă atunci când există un exces de l-aminoacizi pentru biosinteza proteinelor și pentru alte căi.

l-Aminoacid racemază convertește l-aminoacizii (formele naturale din proteine) în d-aminoacizi. Această enzimă este deosebit de importantă în creier, deoarece d-serina este prezentă în cantități mari în corpul calos și hipocampus.

l-Aminoacid decarboxilază cu fosfat de piridoxal ca și coenzimă elimină CO2 din aminoacizi pentru a obține aminele corespunzătoare. L-aminoacidul decarboxilaza aromatică catalizează decarboxilarea triptofanului, 5-hidroxitriptofanului, l-dihidroxifenilalaninei, 3,4-dihidroxifenilserinei, tirozinei, fenilalaninei și histidinei.

Aminoacizii esențiali sunt cei care sunt absenți în organism sau cei care sunt sintetizați într-o măsură insuficientă pentru creștere și întreținere. Aceștia sunt următorii: metionina, triptofanul, lizina, fenilalanina, treonina, valina, leucina și izoleucina. În plus, histidina și arginina sunt esențiale pentru copii. Aminoacizii neesențiali sunt următorii: glutamat, glutamină, aspartat, asparagină, alanină, cisteină, tirozină, prolină, serină și glicină (și ornitină). Metionina și triptofanul au un singur codon, dar ceilalți aminoacizi au doi sau trei codoni. Majoritatea proteinelor își încep traducerea cu codonul de start, AUG. AUG codifică metionina care este aminoacidul N-terminal al tuturor proteinelor eucariote; cu toate acestea, este posibil să se elimine metionina N-terminală prin modificare posttranslațională. Homocisteina, care derivă din S-adenozilmetionină, poate genera cisteină. Taurina este sintetizată după cum urmează: metionină → cisteină → cisteină sulfinat → hipotaurină → taurină. Deși taurina este un aminoacid, ea nu este încorporată în proteine. Cu toate acestea, este un conjugat cu acizii biliari și este activă ca antioxidant, modulator al semnalizării calciului, stabilizator al membranelor și inhibitor al apoptozei.

Glutationul (GSH) este o tripeptidă (glutamilcisteinilglicină), dar este sintetizat fără ARNm. În cazul a două molecule de GSH, cisteinele pot fi oxidate pentru a forma o disulfură (-S-S-), iar această interconversie (2GSH ←→ GSSG) reprezintă un agent redox critic în celulă. Familia de enzime glutation S-transferază protejează celulele împotriva daunelor provocate de xenobiotice și de anumite medicamente prin formarea de GSH care le solubilizează, inclusiv anumiți agenți cancerigeni, și permite excreția lor. GSH este implicat în ciclul γ-glutamil care îmbunătățește transportul aminoacizilor din afara celulei către interiorul acesteia. Prima etapă a acestui ciclu este transferul grupei γ-glutamil a GSH către un aminoacid, o peptidă sau către apă de către γ-glutamiltranspeptidaza membranei celulare (γ-l-glutamylpeptide+aminoacid ←→ peptide+γ-l-glutamyl-aminoacid). Această cale face parte din sinteza și degradarea GSH care funcționează în detoxifierea medicamentelor și a xenobioticelor. Leucotrienul C4 (LTC4) conține GSH, iar acest leucotrien are activitate contractilă asupra țesuturilor căilor respiratorii.

Tirosina este precursorul catecolaminelor (epinefrina și norepinefrina), precum și al principalului pigment al corpului, melanina. Tirozina poate fi formată din fenilalanină de către fenilalanina hidroxilază (PAH) în ficat și rinichi. Această enzimă elimină orice exces de fenilalanină. Mutațiile (se cunosc peste 400 de mutații ale genei care exprimă HAP la copii) în gena pentru această enzimă duc la fenilcetonurie. Catecolaminele sunt sintetizate în măduva suprarenală: fenilalanină+PAH → tirozină+tirozină hidroxilază → DOPA+decarboxilază aminoacizi aromatici l-amici → dopamină+dopamină β-hidroxilază → norepinefrină+S-adenozilmetionină (SAM, ca donator de metil) +feniletanolamină-N-metiltransferază (PNMT) → epinefrină. Într-o reacție la stres, cortizolul este produs în cortexul suprarenal. În drumul său spre circulația generală, cortizolul trece prin măduva suprarenale și acolo induce PNMT astfel încât să crească producția de catecolamine care sunt, de asemenea, ridicate în caz de stres.

Triptofanul, în glanda pineală, este precursorul neurotransmițătorilor serotonină (la lumina zilei) și melatonină (la întuneric). N-acetiltransferaza transformă serotonina în N-acetilserotonină, iar hidroxindolul-O-metiltransferaza transformă N-acetilserotonina în melatonină. Glanda pineală are un rol în somn, în activitatea locomotorie și are impact asupra hipotalamusului, paratiroidei și pancreasului. Triptofanul este transformat în acid chinolinic prin calea kireninei, iar acidul chinolinic poate fi transformat în cantități mici în niacină, un precursor al coenzimelor nucleotidelor nicotinamidice.

Arginina poate fi transformată în creatină. Rinichiul transformă arginina în acid guanidoacetic care este transformat în creatină în ficat. Cea mai mare parte a creatinei din organism se află în mușchii scheletici, unde fosfatul de creatină este o rezervă de energie. Atunci când cererea de energie este mare (contracție musculară), creatin-fosfokinaza cu ADP transformă fosfatul de creatină în creatină plus ATP. Fosfatul de creatină se ciclicizează spontan în creatinină în mușchi, unde este menținut la un nivel constant. Creatinina este excretată de rinichi fără a fi reabsorbită, astfel încât clearance-ul său în urină oferă o măsură a filtrării glomerulare renale. Arginina este un precursor al oxidului nitric (NO) într-o reacție catalizată de oxidul nitric sintetază (NOS). Există trei forme de NOS, iNOS, Enos și nNOS. NO este un semnal biologic care controlează tensiunea arterială, neurotransmisia, învățarea și memoria.

Histidina, prin acțiunea histidină decarboxilazei, este transformată în histamină. Secreția de acid gastric este stimulată de histamină prin intermediul receptorilor H2 ai histaminei. Mastocitele eliberează histamină pentru a media răspunsul alergic pentru a genera vasodilatație și bronhoconstricție prin intermediul receptorilor H1 ai histaminei. Grupa imidazol a histidinei care poate exista în forme protonate sau neprotonate este o componentă a situsurilor active ale multor enzime.

Glutamatul generează glutamină prin reacția glutamat dehidrogenazei. Participă, de asemenea, la multe reacții de transaminază și este o componentă a glutationului. Glutamatul formează, de asemenea, acidul γ-aminobutiric (GABA), un important neurotransmițător inhibitor în creier. Prin acțiunea glutamatului dehidrogenazei și a glutamatului transaminazei, glutamatul este transformat în α-cetoglutarat care poate fi un precursor al prolinei, precum și al ornitinei sau poate intra în ciclul TCA pentru producerea de energie.

Serina poate da naștere la glicină prin reacția de hidroximetiltransferază a serinei care utilizează coenzima tetrahidrofolat.

Aminoacizii, atunci când concentrațiile lor depășesc cerințele sintezei proteice, pot fi metabolizați în compuși care pot intra în ciclul TCA pentru producerea de ATP. Aminoacizii care intră în ciclul TCA sunt cetogeni sau glucogeni, în sensul că primii pot fi transformați în acizi grași, iar cei din urmă pot fi transformați în glucoză. Aminoacizii cu lanț ramificat nu sunt catabolizați de ficat, ci mai degrabă de mușchi, adipoase, rinichi și creier. Aceștia sunt transformați în cetoacizii corespunzători de către aminotransferaza aminoacizilor cu lanț ramificat. Dehidrogenaza α-cetoacidului cu lanț ramificat transformă cetoacizii în derivați CoA. Dacă această enzimă este nefuncțională prin mutația genei sale, aminoacizii cu lanț ramificat se acumulează în sânge și urină și produc „boala siropului de arțar”

.