8 Metabolismul proteinelor

  • Published on
    18-Oct-2015

  • View
    55

  • Download
    1

Embed Size (px)

Transcript

  • Metabolismul proteinelor

  • Metabolismul proteinelor

  • Digestia i absorbia proteinelor

    Majoritatea compuilor cu azot ingerai de om sunt proteine. Atunci cnd discutm digestia proteinelor, implicit discutm i digestia compuilor cu azot. Moleculele proteice intacte nu pot fi absorbite ca atare prin tractul gastro-intestinal la animalele adulte, dect n cazuri excepionale i foarte rare. Pentru a putea fi absorbite proteinele sunt hidrolizate la structuri cu molecule mai mici de aminoacizi sau peptide mici. Cu toate c proteinele au structuri complexe, ele sunt formate de un numr redus de aminoacizi (cca. 20) diferii, legai ntre ei prin legturi peptidice.

  • Legtura peptidic se rupe uor conducnd la un amestec de aminoacizi liberi. Teoretic, o singur enzim specific poate asigura scindarea legturilor peptidice i deci digestia proteinelor. n realitate situaia este mai complex, deoarece enzimele digestive prezint a mare specificitate pentru localizarea respectivei polipeptide, localizarea punctului de hidroliz i natura aminoacizilor, care intervin n legtura peptidic respectiv.Cu toate c n alimentaie exist n mod obinuit milioane de proteine, el pot fi digerate de un numr redus de enzime proteolitice, ce pot fi clasificate n 2 mari grupe: exopeptidaze i endopeptidaze.

  • Exopeptidazele au rolul de a ndeprta un aminoacid de la captul lanului prin hidroliza unei legturi peptidice cu obinerea unui aminoacid i a unei polipeptide cu un aminoacid mai puin n molecul. De exemplu: carboxipeptidaza, aminopeptidaza, dipeptidaza, tripeptidaza.Endopeptidazele au rolul de a hidroliza n general legturi peptidice din interiorul lanului, dnd natere unor lanuri polipeptidice mai mici. De exemplu: pepsina, tripsina, chimotripsina, elastina.Proteinele care ajung n tractul digestiv sufer aciunea diferitelor enzime degradndu-se pn la stadiul de aminoacizi, care la rndul lor sunt apoi catabolizai pe ci diferite.

  • O enzim deosebit de important pentru laboratorul clinic, din categoria N-aminoacidpetidazelor este LAP (leucinaminopeptidaza). Nivelul acestei enzime crete mult i specific n afeciunile cilor biliare, dar rmne nemodificat n leziunile parenchimului hepatic. Deasemenea are valoare n diagnosticul diferenial al icterului mecanic fa de cel hepatocelular i cel hemolitic. n ultimele 2 forme de icter, nivelul rmne cel normal.

  • Schema degradrii proteinelor

  • Metabolismul intermediar al aminoacizilor

    Aminoacizii sunt:substanele cele mai importante ale metabolismului azotului n organismele heterotrofe. servesc ca surs de energie n special prin intermediul oxidrii scheletului hidrocarbonat.Metabolismul aminoacizilor se gsete ntr-o stare dinamic, la fel ca i cel al hidrailor de carbon i al lipidelor.

  • Metabolismul aminoacizilor include cteva probleme de interes medical:

    sinteza i degradarea proteinelor conversia scheletului hidrocarbonat al aminoacizilor n intermediari amfibolici sinteza ureei formarea unor compui fiziologici activi adrenalina, noradrenalina, DOPA, dopamina, serotonina, acidul--aminobutiric sau GABA, tirozina, creatina, creatinina, nucleul heminic, bazele purinice.

  • Catabolismul N-aminoacidic

    Cei cca 20 de aminoacizi care intr n structura proteinelor prezint mecanisme: specifice comune de metabolizareCile comune de degradare se refer -gruprilor funcionale, aminice i carboxilice-catenelor ternare, care n aceste etape trec prin transformri comune.

  • Principalele mecanisme generale de transformare ale aminoacizilor sunt:transaminareadecarboxilareadezaminarea aminoacizilor

  • Transaminarea

    n cel puin 12 aminoacizi gruparea -aminic este ndeprtat enzimatic prin transaminare. n aceste reacii, gruparea -aminic este transferat pe atomul de carbon al unui cetoacid, care, de obicei este acidul cetoglutaric cu formarea cetoacidului analog aminoacidului iniial i a acidului L-glutamic.

  • Enzimele care catalizeaz acest tip de reacii se numesc aminotransferaze sau transaminaze.

    Cele mai multe transaminaze folosesc ca acceptor de grupare aminic -cetoglutaratul, fiind astfel specifice pentru substratul -cetoglutarat-L-glutamat.

    Specificitatea pentru donorul de grupri aminice este mai puin strict, dect cea pentru acceptorul de grupri aminice.

  • Totui, enzimele manifest anumite preferine i astfel anumii aminoacizi sunt transaminai mai rapid dect alii. De exemplu: aspartat transaminaza catalizeaz reacia dintre acid aspartic i acid -cetoglutaric cu formare de acid oxalilacetic i acid L-glutamic.Aceast enzim are activitate mai mare atunci cnd donorul de grupri aminice este acidul L-aspartic, dar poate fi folosit i pentru ali aminoacizi ca i donori.

  • esuturile animale mai conin pe lng aspartat-transaminaz i alte transaminze, ce folosesc tot -cetoglutaratul ca acceptor de grupri aminice ca : alanin-transaminaza leucin-transaminaza, tirozin-transaminaza ce catalizeaz urmtoarele reacii:

  • Reaciile de transaminare sunt uor reversibile, ele se pot desfura n ambele direcii.

    Glutamatul, produsul final al majoritii transaminrilor, cedeaz apoi gruparea aminic ntr-o serie de reacii final, ce duc la formarea compuilor azotai de excreie.

    Transaminazele se gsesc n: - mitocondrii - citosolul celulelor eucariote.

  • La mamifere, aspartat transaminaza din citosol catalizeaz reaciile de transaminare a diferiilor aminoacizi cu formarea glutamatului.

    Glutamatul format intr apoi n matricea mitocondrial, printr-un sistem specific de transport prin membran.

    Aici, glutamatul este fie dezaminat direct, fie cedeaz gruparea aminic oxalilacetatului, ntr-o reacie catalizat de aspartat transaminaza mitocondrial, cu formarea aspartatului, donorul imediat de grupri aminice n sinteza ureei.

  • Transaminazele au drept coenzim piridoxalfosfatul, care poate fixa aminoacidul formnd o cetimin sau baza Schiff, cu urmtoarea structur:

  • Hidrogenul de la C este eliberat ca proton, ceea ce conduce la restructurarea moleculei, cu deplasarea dublei legturi i a centrului nucleofil la C unde se fixeaz protonul. Acest produs este tot o baz Schiff, care prin hidroliz elibereaz un cetoacid i piridoxalfosfatul, care reintr ntr-un nou ciclu de reacii.

  • Procesul are loc n felul urmtor:

  • Piridoxal-fosfatul, legat foarte strns, dar nu covalent de proteina enzimatic este transportorul de grupri aminice.

    n cursul ciclului su catalitic el sufer tranziii reversibile ntre forma sa liber de aldehid (piridoxal-fosfatul) i forma sa aminat (piridoamin-fosfatul).

    Schema complet cu cei doi timpi ai procesului de transaminare este urmtoarea:

  • 1

    2

  • Piridoxal-fosfatul format poate s reintre ntr-un nou ciclu de transformri.

    Reacia de transaminare este un exemplu de dubl dislocare, cu cinetica ping-pong corepsunztoare.

    n enzima liber, piridoxal-fosfatul se leag de proteina enzimatic nu numai prin azotul din ciclu, ci i prin formarea unei baze Schiff cu gruparea -amino a unei lizine din protein.

  • Aminoacidul substrat disloc gruparea lizil--amino din legtura cu piridoxal-fosfatul, formnd o aldimin substrat-piridoxal fosfat.Acidul glutamic, drept colector universal de grupri aminice joac un rol central n metabolismul aminoacizilor din dou puncte de vedere. -Acesta- poate prelua direct sau indirect gruprile aminice de la majoritatea aminoacizilor -poate regenera, prin dezaminarea oxidativ acidul -cetoglutaric, care devine apt s accepte gruprile aminice.

  • Exemplu:

  • Dezaminarea oxidativ

    Glutamatul format sub aciunea transaminazelor poate fi rapid dezaminat oxidativ sub aciunea glutamat dehidrogenazei, o piridin-enzim prezent att n citosol, ct i n mitocondriile hepatocitului.

  • Gruprile aminice colectate de la diferii aminoacizi de ctre glutamat sunt descrcate sub form de ioni de NH4+ . n aceast reacie are loc i o dehidrogenare. Se presupune c dehidrogenarea glutamatului are loc n dou etape: n prima etap se formeaz -iminoglutaratul, care n a 2-etap este hidrolizat la cetoacid.

  • Enzima care catalizeaz aceast reacie se numete L-glutamat dehidrogenaza.

    -poate folosi ca acceptor de electroni att NAD+ ct i NADP+, preferat fiind NAD+ NADH ul format este oxidat n lanul transportor de electroni.

    - are un rol cheie n dezaminarea aminoacizilor-enzim allosteric- nhibat -ATP -GTP -NADH -stimulat - ADP -GDP.

  • Multe organisme conin aminoacid oxidaze flavin-dependente, care i ele catalizeaz dezaminarea oxidativ a aminoacizilor.

    L-aminoacid oxidaza este specific pentru dezaminarea L-aminoacizilor i catalizeaz reacia:

  • L-aminoacidoxidaza are ca grupare prostetic FMN strns legat de proteina enzimatic. Se gsete n reticulul endoplasmatic - ficat -rinichi. D-aminoacid oxidaza, prezent n ficat i rinichi, care oxideaza D-aminoacizii la -cetoacizii corespunztori.

  • Rolul D-aminoacidoxidazei este de a iniia degradarea D-aminoacizii provenii din degradarea enzimatic a peptidoglicanilor din pereii celulari ai bacteriilor intestinale, care conin acid D-glutamic i ali D-aminoacizi.Formele reduse al L- i D-aminoacidoxidazelor pot reaciona direct cu O2 formnd H2O2 i regenernd enzimele sub forma lor oxidat.

  • Apa oxigenat format este descompus de catalaz la ap i oxigen molecular.

    n celulele eucariote, L-i D-aminoacidoxidazele precum i uratoxidaza sunt localizate n microcorpi. Tot n aceste organite se gsete i catalza. Din acest motiv organitele repective se mai numesc i peroxizomi.