Post on 18-Dec-2015
description
METABOLISM PROTEIC
1
PROTEINE: lb. greac PROTEIOS = cel dinti
Sunt macromolecule de prim rang
Predomin n celule reprezint peste 50% din greutatea uscat
a celulelor de Escherichia coli
Reprezint cea mai complex clas de macromolecule dup
acizii nucleici
Se gsesc n absolut orice celul i esut din organismul viu -
rspndire ubicuitar
Sunt eseniale pentru toate aspectele structurale i funcionale
ale celulei
Din punct de vedere chimic rezult din policondensarea
aminoacizilor, cuprinznd deci n structur o legtur peptidic
NHC
O
2
Legtur peptidic
Reacie de condensare !!
3
Aminoacid 1 Aminoacid 2
Peptid
Reacie de policondensare !!
4
PROTEINE - GENERALITI
Sunt macromolecule de o infinit eterogenitate
S-a demonstrat c la construcia proteinelor particip ~ 20 de
aminoacizi fundamentali, aceiai (cu foarte puine excepii) la
toate vieuitoarele, de la cea mai simpl bacterie pn la om
Prin policondensarea celor 20 de aminoacizi se obin nesfrite
combinaii
Albert Jacquard (1984) face o serie de calcule:
n ipoteza c proteinele ar fi formate din 100 aa, prin
combinarea celor 20 de aminoacizi ar rezulta 10130 proteine !!
5
Albert Jacquard
(1925 2013)
DAR !
Foarte multe proteine cunoscute sunt formate din sute sau mii de
aminoacizi !
Ex. Hemoglobina are ~ 594 aa
Deci n natur exist i mai mult de 10130 proteine teoretic posibile
Jacquard continu s fac i alte speculaii !
Astfel presupune c fiecare combinaie teoretic posibil ocup un
spaiu de 1 mm3
Deci universul nostru ar fi prea mic pentru a cuprinde totalitatea
variantelor teoretic posibile
Ar fi nevoie de miliarde de universuri similare universului nostru
6
Doar o proporie de proteine, cu totul i cu totul neglijabil a fost
supus seleciei naturale
Cu toat multiplicitatea posibilitilor de combinare a aminoacizilor
n lanuri polipeptidice, la un anumit organism, nu se realizeaz
dect anumite secvene.
Care anume ?
- Numai acelea care pot participa la organizarea unei secvene
funcionale compatibile cu actualele scheme de via.
- Numai acelea care sunt specificate de materialul genetic, de ADN-ul
parental.
7
n concluzie,
Lanurile polipeptidice ale proteinelor nu sunt polimeri ntmpltori,
de lungime nedefinit
Acest fapt demonstreaz c restructurarea proteinelor mai poate crea
infinite forme de via fa de cele pe care le cunoatem
8
Proteinele sunt produsul final al unui lung ir de
evenimente extraordinare care ncep cu gena
O gen asigur sinteza unui singur lan polipeptidic
Secvena de aminoacizi (protein)
Secvena de baze azotate din ADN (gen)
ORGANISMUL VIU ESTE UN ANSAMBLU ARMONIOS
AL UNOR NSUIRI CARE CONSTITUIE
CARACTERE:
n constituia diferitelor structuri care condiioneaz
exprimarea caracterelor componentele de baz
sunt proteinele !!!
De exemplu:
- prezena a cinci degete la o mn
- culoarea ochilor
- aspectul neted sau ondulat al prului
- existena Hb n hematii
9
PROTEINELE i ACIZII NUCLEICI SUNT
MACROMOLECULE INFORMAIONALE
PROTEINELE AU PROPRIETI ANTIGENICE
10
Lanurile polipeptidice sunt definite ca peptide, atunci cnd sunt alctuite din mai puin de 50 de aminoacizi.
-Oligopeptidele conin mai puin de 10 aminoacizi -Polipeptidele, mai mult de 100 aminoacizi
Diferena dintre proteine i peptide nu se bazeaz numai pe dimensiunile lor diferite ci i pe modul de biosintez: peptidele pot fi creeate i de chimiti n laborator, in vitro, n timp ce proteinele sunt n mod obligatoriu sintetizate de organismul viu!
n funcie de numrul resturilor de aminoacizi din care sunt constituite, n organismul uman exist di-, tri-, tetra-, penta-, hexa-, etc i polipeptide.
Peptide
11
Tripeptidele glutation (-glutamil-cisteinil-glicina) tiroliberina (TRH- hormonul hipotalamic de eliberare al tirotropinei):
NH
O
NH
CH
N
NH
O
CH2
O
N
NH2
O
C
C
C
Acid piroglutamic
Histidina
Prolinamida
Tiroliberina
Exemple de peptide cu rol biologic deosebit
12
Pentapeptide: endorfinele (peptide opioide) i encefalinele (neurotransmitori inhibitori cu efect analgezic)
Octapeptidele ciclice cu proprieti hormonale: oxitocina (declaneaz contraciile muchilor netezi) i vasopresina, cu efect antidiuretic la nivel renal, ambele secretate de lobul posterior al hipofizei:
NH2
S
S
Gly
Leu
Pro
Cys Asn
Cys Tyr
Ile
Gln
Oxitocina
Nonapeptide: bradikinina, cu aciune asupra musculaturii netede.Decapeptida angiotensina I, constituit din 10 aminoacizi, are o aciune hipertensiv i stimulatorie asupra musculaturii netede.
Asp Arg Val Tir Val His Pro Phe His Leu
Din categoria polipeptidelor fac parte hormonii hipotalamici i hipofizari, hormonii pancreatici insulina i glucagonul, hormonii gastrointestinali (gastrina, colecistokinina, secretina), etc.
13
- Anumite microorganisme sintetizeaz peptide, inhibitori ai sintezei proteice-peptide ciclice avnd n structura lor aminoacizi din seria D- tulpini din genul Bacillus sp. - capabile s sintetizeze oligopeptide ciclice care au aciune antibiotic puternic: gramicidinele. - Bacitracinele sunt polipeptide cu proprieti antibiotice. - Valinomicina este un antibiotic izolat din culturile de Streptomycines flulvissimus.- Penicilina este un dipeptid format din 2 derivai de aminoacizi, cu urmtoarea structur:
NH
O
CH CH
N
O
S
CH
COOH
CH3
CH3
R C
C
C
legturpeptidic
PenicilinR depinde de tulpina de Penicillium
Alte exemple de peptide cu rol biologic deosebit: peptidele antibiotice
14
Structura proteinelor
15
Structura proteinelorSunt definite mai multe nivele de organizare:
1. Structura primar, se refer la scheletul covalent al lanului polipeptidic
i la secvena de aminoacizi componeni. Se specific:
numrul de aminoacizi
felul aminoacizilor
succesiunea n lan
locul punilor -S-S-
2. Structura secundar, rezult din interaciunea gruprilor NH i C=O:
din legtura peptidic;
este reprezentat de structuri ordonate, periodice (repetitive);
legtura NH CO este destul de rigid, capat un caracter parial de
legtur dubl, rotaia liber a atomilor n jurul acestei legturi fiind astfel
mpiedicat;
lanul peptidic i pstrez flexibilitatea prin rotaia liber n jurul
legturilor CH NH i C CH 16
OR1 R2
a
Structur secundar de tip -helix tip - foaie pliat
Se pot forma legturi de hidrogen ntre o grupare NH a unei legturi
peptidice i gruparea C=O aparinnd altei legturi peptidice
N H O=C
exist dou tipuri de structuri secundare:
18
Plecnd de la principiul c aranjamentul cel mai stabil
este acela n care se realizeaz cel mai mare numr de puni de hidrogen, Pauling i Corey
(1951) au postulat dou structuri secundare pentru
lanurile polipeptidice:-elicea i stuctura .
Tipurile de legturi (interacii) fizico-chimice ce determin structura teriar a proteinelor 19
3. Structura teriar a proteinelor
Reprezint structura
funcional ce imprim
proteinei proprieti biologice;
Ea este stabilizat prin:
interacii electrostatice
legturi de hidrogen
interacii de tip hidrofob
puni disulfurice
interacii ntre radicali polari
Formarea punilor disulfurice
Secvena de aminoacizi din insulin
Lanul A este identic la om, porc, cine i iepure.
3. Structura teriar:
nglobeaz structura secundar i definete raporturile dintre segmentele de
-helix i structura , modul de mpachetare a lanului polipeptidic
determin modul de organizare spaial (tridimensional) a uneia sau mai
multor lanuri polipeptidice cu structur primar i secundar bine definite;
determin tipurile de legturi noncovalente stabilite ntre radicalii
aminoacizilor, care pot stabiliza conformaia respectiv;
exist sub forma a dou tipuri:
- structur globular (ghem), cum este cazul albuminei, globulinei, etc
- structur fibrilar, cnd lanurile polipeptidice se rsucesc n superhelix
formnd fibre, cum este cazul colagenului i a keratinei;
21
22
Protein cu structur fibrilar(keratina din firul de pr)
Protein cu structur globular(hemoglobina HbA uman)
Dou lanuri mpletite
Celule
Filamente
intermediare
Protofibrile
Protofilamente
4. Structura cuaternar :
este specific numai anumitor proteine denumite oligomere;
sunt ansamblri non-covalente de subuniti polipeptidice cu structur
teriar (protomeri);
pot lua natere asocieri sub form de: dimeri, trimeri, tetrameri, etc.
23
24
Rolul proteinelor
25
ROLUL PROTEINELOR
1. Au rol structural major:
intr n toate structurile celulare: membrane celulare i
membrane ale organitelor celulare;
intr n structurile intercelulare ale esuturilor i organelor
(matricea extracelular);
proteinele exist ntr-o varietate molecular i
macromolecular foarte mare asigurnd diversitatea i
specificitatea de form a tuturor fiinelor vii.
2. Exercit aciuni catalitice:
enzimele sunt proteine care asigur o varietate infinit de
reacii biochimice
3. Au rol esenial n asigurarea motilitii vieuitoarelor:
proteinele contractile (actina, miozina) cu care organismele
ndeplinesc activitatea contractil i locomotorie.
26
4. Sunt factori de reglare a unor activiti intracelulare, prin intermediul:
- hormonilor - polipeptide sau proteine mici
- receptorilor membranari - glicoproteine
5. Particip la procesul vederii
6. Particip la procesul de hemostaz (coagularea sngelui); factorii
de coagulare
7. ndeplinesc funcii de transport i depozitare a unor compui
chimici: ioni metalici, vitamine, oxigen, CO2, lipide, glucide.
8. Au rol n sistemul imunitar: anticorpii (imunoglobuline) - proteine
nalt specializate care mediaz reacii imunologice
9. Reprezint o rezerv nutritiv i energetic: Ex. cazeina,
ovalbumina, gliadina (protein solubil din seminele cerealelor),
glutenul
10. Pot avea i funcii mai puin obinuite: fibroina (secretat de
pianjen), proteinele din gogoile de mtase
11. Unele proteine sunt toxice:
- ricina din seminele de ricin
- gosipina din seminele de bumbac 27
Clasificarea proteinelor. Tipuri de proteine
Proteinele = polipeptide cu mai mult de 50-100 de aminoacizi, sunt
clasificate n dou grupe principale I. HOLOPROTEINE
II. HETEROPROTEINE
Clasificarea proteinelor n funcie de compoziia i structura chimic
28
I. HOLOPROTEINE (proteine simple)
1. PROTEINE GLOBULARE
PROTAMINE: - gr. molec. mici ( ~ 1000 D);
- caracter bazic (datorit prezenei n structura lor a aminoacizilor
diaminomonocarboxilici (lizina, arginina i histidina);
- foarte solubile n ap;
- ncrcare electric pozitiv;
- nu coaguleaz la cald;
- prezente n celulele germinale;
- localizare la nivel nuclear, formeazcomplexe nucleoproteice mpreun cu ADN i ARN (cromatina).
HISTONE: - gr. molec. mai mari (~ 10.000 D);
- caracter bazic;
- ncrcare electric pozitiv;
- pot coagula la cald;
- prezente n celulele germinale;
- se gsesc numai n nucleul celulelor eucariote (nucleoproteine) i nsngele vertebratelor (n globina din hemoglobin). 29
ALBUMINELE:
- gr. molec. mari (zeci de mii de Daltoni);
- constituia n aa este foarte variat;
- sunt foarte solubile n ap;
- coaguleaz la cald;
- pot fi asociate cu lanuri glucidice;
- sunt precipitate n soluie de sulfat de amoniu
- au o rspndire foarte larg
Exemple: Lactalbumina
Serum albumina
~ 601 resuri de aminoacizi
GM = 60.000 Daltoni
- pHi = ~ 5
- la pH fiziologic ncrcat negativ
- reprezint ~ 55% din proteinele serice
- rol nutritiv i transportor pentru substane insolubile 30
GLOBULINELE:
- gr. molec. foarte mare (~ 1 milion Daltoni)
- solubile n soluii saline diluate;
- pot fi asociate cu lanuri glucidice;
- precipit n soluie semisaturat de sulfat de amoniu;
- au o rspndire larg
Exemple: Ovoglobulina
Lactoglobulina
Serum globuline: ~ 45% din proteinele serice
- prin electroforez se separ n mai multe fraciuni: a1, a2, ,
- Rol trasportor:
- metale: transferina (Fe)
ceruloplasmina (Cu)
- lipide: a i lipoproteine
31
32
- Rol n sistemul imunitar: gamma- globulinele (20%) din proteinele serice
- 5 clase de imunoglobuline (anticorpi), produse de limfocitele B
tetrameri (4 lanuri, 2 cte 2 identice - H i L)
Ig G, Ig A, Ig M, Ig D, Ig E
C domeniu constantV domeniu variabilH, L lanuri heavy i light
Structura IgG
2. PROTEINE SIMPLE FIBRILARE
Caracteristici generale:
-insolubile n ap;
-nu se hidrolizeaz enzimatic;
-reprezint ~ 50% din totalul proteinelor din organism;
-intr n structurile de susinere ale organelor, n oase, articulaii i tendoane.
COLAGEN; ELASTIN; KERATIN
33
COLAGENUL:
-prezent n toate esuturile conjunctive;
-reprezint ~ 25% din totalul proteinelor;
-cea mai important protein din punct de vedere cantitativ;
-localizare extracelular;
-insolubil n ap;
-se mbib n ap;
-la cald se transform n gelatin;
-poate fi hidrolizat de pepsin;
-structur fibrilar ordonat;
-locul de sintez fibroblaste;
-lan ~ 1000 aa din care 33% glicin
20 25% hidroxiprolin i hidroxilizin.
34
35
Structura colagenului a) secvena repetitiv Gly-Pro-4-Hyp genereaz o structur secundar unic;
b) Modelul space-filling;c) 3 helixuri identice rsucite spre dreapta;d) Modelul ball-and-stick al ansamblului de
3 helixuri. Glicina (rou) se gsete la zona de contact a celor 3 lanuri.
36
Structura fibrilelor de colagen
Cele 3 lanuri -helix (tripluhelix) rsucite pot conine aprox. 1000 aminoacizi.
Alinierea i gradul de cross-linkare variaz n funcie de esut i produce striaii specifice, vizibile la microscopul electronic.
37
ELASTINELE:
-prezente n esutul elastic, de susinere,
pereii vaselor de snge;
-insolubile n ap;
-NU se mbib cu ap;
-NU se transform n gelatin;
-NU pot fi digerate de pepsin;
-structur fibrilar haotic, cu
legturi ncruciate de tip special;
-conin 30% glicocol; 10% prolin.
Fibre de
elastin
Fibre de
colagen
Nuclei de
fibroblaste
KERATINELE:
-prezente n esuturi de susinere TARI
(pr, unghii, ln, etc)
-NU sunt solubile n ap;
-NU sufer hidroliz enzimatic;
-formate din lanuri tip -helix i foaie pliat;
-caracter bazic
38
II. HETEROPROTEINE (PROTEINE CONJUGATE)
FOSFOPROTEINE: conin H3PO4 legat la gruprile OH ale serinei i treoninei;
Rol n nutriie i n procesul de transport prin membrane.
Exemple: Cazeina din lapte
Ovovitelina din glbenuul de ou
GLICOPROTEINE: conin > 5% glucide
Roluri:
- protecie fa de agresiuni termice sau mecanice;
- proteine care difereniaz grupele sangvine;
- intr n structura receptorilor membranari.
LIPOPROTEINE:
-intr n constituia membranelor celulare
-lipoproteinele serice: transportul lipidelor (HDL, LDL, VLDL, chilomicroni)
39
40
CROMOPROTEINE: conin grupri prostetice colorate,
cromofore
Exemple:
- pigmentul respirator: hemoglobina
- pigmenii vizuali: rodopsina i iodopsina
- proteine cu rol n procese redox: citocromi, flavoproteine
- proteina muscular: mioglobina
Digestia i absorbia proteinelor alimentare
Digestia ingerarea, prelucrarea i
dezintegrarea alimentelor complexe n
principii alimentare simple, care pot fi
utilizate la nivelul esuturilor i
organelor n scop structural, energetic
i funcional.
Absorbia = procesul de trecere a
substanelor din intestin prin peretele
intestinal n capilarele din snge, i
apoi n vena port
41
n cavitatea bucal procese
mecanice, de sfrmare i
amestecare cu saliv
(masticaia)
42
n stomac pepsina
- endopeptidaz, secretat
sub form de pepsinogen
sub aciunea HCl;
- la pH-ul acid al stomacului
i sub aciunea
autocatalitic a pepsinei,
pepsinogenul se transform
n pepsin activ;
- pepsina scindeaz
legturile peptidice la care
particip aminoacizi
aromatici i dicarboxilici,
rezultnd peptide cu ~ 6 7
aminoacizi.
43
n intestinul subire acioneaz
enzimele pancreatice + enzimele intestinale
- Enzimele pancreatice sunt:
tripsina
chimotripsina
carboxipeptidaza44
tripsina + chimotripsina sunt secretate sub form inactiv de
tripsinogen i chimotripsinogen;
tripsina + chimotripsina = endopeptidaze
TRIPSINA - scindeaz legturi la care particip un aminoacid
diaminomonocarboxilic (lizin, arginin) i un aa aromatic
(tirozin, fenilalanin);
CHIMOTRIPSINA scindeaz legturi la care particip aa aromatici
CARBOXIPEPTIDAZELE scindeaz aminoacizii C- terminali =
exopeptidaze
Sub aciunea lor combinat rezult polipeptide cu numr mic de aminoacizi
45
ENZIMELE PANCREATICE
- Enzimele secretate de mucoasa intestinal:
aminopeptidaze (scindeaz aminoacizii N- terminali)
dipeptidazele (acioneaz asupra dipeptidelor)
tripeptidazele (acioneaz asupra tripeptidelor)
n sucul pancreatic i cel intestinal se mai gsesc i enzime specifice:
leucin aminopeptidaza i protaminaza care elibereaz leucina i arginina
din lanurile polipeptidice denaturate de tripsin.
n urma aciunii combinate a acestor enzime, proteinele sunt
scindate pn la aminoacizi.
AVANTAJE :
se nltur riscul de apariie a reaciilor de sensibilizare pe care le
pot da proteinele;
se asigur fondul de aminoacizi din care se vor sintetiza
proteinele proprii ale organismului.
Intracelular, catepsinele acioneaz asupra proteinelor celulare,
biosintetizate. 46
Localizarea proceselor
de digestie a proteinelor
alimentare de-a lungul
tractului digestiv
47
ABSORBIA PROTEINELOR
Sub form de:
aminoacizi
dipeptide
peptide mici
- Transportul aminoacizilor prin membrane este un proces
activ, realizat prin dou mecanisme:
1. Mecanism major care este Na+- dependent (pompa Na+/K+)
2. Mecanism care necesit participarea glutationului, prin restul
glutamil de la acidul glutamic.
48
49
R CH
COOH
NH2SH
Aminoacid
Gly-Cys- -Glutamil
Glutation redus (GSH)
+
-Glutamil-transpeptidaza
-Glutamil-aminoacid
SH
Gly-Cys
Dipeptidaza
Glicocol + Cisteina
Difuzeaza in plasma
R CH
COOH
NH2
Aminoacid
Membrana
celulei
intestinale
FICATVena port
NH
COOHO
Acid piroglutamic
ATPADP + Pi
COOH
CH2
CH2
CH
COOH
NH2
Acid glutamic
ATP
ADP + Pi
Ciclul glutationului n procesul de absorbie a aminoacizilor
TRANSPORTUL AMINIOACIZILOR
Dup absorbie prin peretele intestinal aminoacizii ajung la
FICAT (prin vena port), unde sunt reinui n proporie
variabil (20 80%).
n continuare, aminoacizii pot urma diferite ci:
1. ncorporai n molecule proteice;
2. Degradai pe diferite ci;
sau
3. Rmn nemetabolizai n fondul metabolic celular.
50
AMINOACIZI
51
Aminoacizi Simbol Simboluri
prescurtate
Aminoacizi Simbol Simboluri
prescurtate
Alanin Ala A Leucin Leu L
Arginin * Arg R Lizin Lys K
Asparagin Asn N Metionin Met M
Acid
aspartic
Asp D Fenilalanin Phe F
Cistein Cys C Prolin Pro P
Glutamin Gln Q Serin Ser S
Acid
glutamic
Glu E Treonin
(1935)
Thr T
Glicin Gly G Triptofan Trp W
Histidin * His H Tirozin Tyr Y
Izoleucin Ile I Valin Val V
Cu litere bolduite: aminoacizii eseniali* aminoacizi indispensabili numai la copii
Aminoacizii care intr n structura proteinelor din organismul uman
52
Din cei 300 de aminoacizi evideniai pn n momentul de fa n natur,
numai aproximativ 20 22 intr n compoziia proteinelor din organismul
uman, ultimul - treonina - fiind caracterizat, n anul 1935;
Pentru sinteza proteinelor care i sunt indispensabile, fiecare specie are
nevoie de un aport constant de aproximativ 20 de aminoacizi principali.
Plantele pot sintetiza aminoacizi prin fotosintez, plecnd de la azot,
dioxid de carbon i ali compui chimici;
Organismele superioare nu pot sintetiza dect o parte dintre acetia.
53
Aminoacizii sunt: eseniali organismul uman nu i poate
sintetiza, depinznd de aportul lor din alimente i neeseniali se pot
sintetiza n organismul uman.
Cei 8 aminoacizi considerai eseniali pentru om sunt:
leucina, izoleucina, lizina, metionina, fenilalanina, tirozina,
triptofanul, i valina;
Proteinele de origine animal sunt superioare celor vegetale prin
coninutul lor de aminoacizi!
La acetia se pot aduga aminoacizii eseniali pe care organismul i
sintetizeaz n cantitate mic: arginina i histidina, care sunt
indispensabili pentru nou-nscui i copii (aminoacizi semieseniali).
Aminoacizii eseniali trebuie inclui n raia alimentar pentru: a asigura creterea optim a organismele imature a menine balana azotat echilibrat la organismele adulte
54
Q: How many amino acids are there?
a
Seria L !
SURSE DE AMINOACIZI N CELULA ANIMAL
- Sursa exogen (alimentar) care este cea mai important
-Sursa endogen din degradarea proteinelor tisulare (proteine structurale,
enzimatice, oligo- i polipeptide) sub aciunea enzimelor proteolitice
intracelulare denumite catepsine (catepsine A, B, C, D, E) cu pH optim = 6
Aminoacizii rezultai din aceste hidrolize mpreun cu cei obinui din
alimentaie alctuiesc FONDUL COMUN DE AMINOACIZI, prezeni n
lichidele extracelulare, de unde celulele i extrag cantitile necesare.
O parte din aminoacizi sunt folosii pentru biosinteza proteinelor
specifice
Cantitatea de proteine rmne constant de la o zi la alta (homeostazie)
Bilanul azotat al organismului = un raport constant ntre aport i
degradarea aminoacizilor
n perioada de cretere bilanul azotat este pozitiv.
57
MECANISME GENERALE DE BIOSINTEZ A AMINOACIZILOR
(numai pentru aminoacizi neeseniali !!)
I. Aminare DIRECT
II. TRANSAMINAREA -cetoacizilor (intermediari ai ciclului Krebs)
V. Hidroxilarea fenilalaninei i a prolinei
IV. Transferul gruprii SH (formarea cisteinei din serin)
III. Transferul gruprilor cu un singur atom de carbon
58
O reacie fundamental n biosinteza gruprilor amino din aminoacizii neeseniali o reprezint biosinteza acidului glutamic, prin aminarea direct (reductiv) a acidului cetoglutaric, n prezena enzimei glutamat dehidrogenaza.
n esuturile extrahepatice are loc reacia de aminare reductiva, iar n FICAT are loc reacia invers, de dezaminare a acidului glutamic!
Aminare DIRECT
59
CH
CH2
CH2
COOH
NH2
COOH
NH3
C
CH2
CH2
COOH
O
COOHNAD(P)+
NAD(P)H+H+
Acid L-glutamic Acid a-cetoglutaric
glutamat-DH (EC: 1.4.1.3)+
H2O
CH
CH2
H3N
CH2
O
O
CH3
CH3
H3N
O
CH2
CH2
CH2
CH2
H3N
Citrat
Izocitrat
a -Cetoglutarat
Succinil-CoA
Succinat
Fumarat
Malat
Oxalilacetat
COO -
COO -+
COO-
COO-
C
a -cetoglutarat
GluL-Aspartat
GOT
Acetil-CoA
Piruv at
COO -
C
COO -
CH
+
L-Alanina
Glu
a -cetoglutarat
GPT
COO -
C
COO -
Oxalilacetat
C
COO -COO -
COO -
+
L-Glutamat
H
Aspartat
GOT
Formarea aminoacizilor din intermediari aiciclului acizilor tricarboxilici
Pe baza acidului glutamic se pot sintetiza ali aminoacizi, prin transferul de grupri amino de la acidul glutamic pe diferii cetoacizi acceptori provenii din ciclul Krebs sau din metabolismulglucidic.
ac glutamic + ac oxalilacetic rezult acid aspartic ac glutamic + ac piruvic rezult alanina
TRANSAMINARE
60
61
III. Transferul gruprilor cu un singur atom de carbon
COOH
NH2
COOH
NH2OH
H2C
Glicocol
+ N5- N10- CH2 - FH4
+ PLP+ H2O
(-CH2OH)HCH2C
Serinserin-hidroximetiltransferaza
Interconversia GLICOCOL-SERIN
Din punct de vedere al capacitii lor de a participa la procese de
biosintez aminoacizii (AA) se mpart n:
AA glucoformatori scheletul ternar se transform n glucide
glicocolul, serina, alanina, treonina, valina, ac glutamic, ac aspartic,
prolina, HO-prolina, histidina, arginina, metionina, cisteina, triptofanul;
AA cetoformatori generatori de acetoacetil-CoA sau direct de
acetil-CoA, care prin condensare conduc la formarea de corpi cetonici
leucina;
AA care pot fi concomitent gluco- i cetoformatori- izoleucina, lizina,
fenilalanina, tirozina.
METABOLISMUL COMPONENTEI TERNARE
(a lanului hidrocarbonat)
R CH COOH
NH2
componenta ternar
62
63
AA pot fi grupai pe baza produilor finali rezultai din principalele ci de degradare.
- Cile catabolice converg spre formarea unorprodui intermediaridiferii, n funcie de condiiile metabolice existente n celul.
Schema general a CATABOLISMULUI aminoacizilor
MECANISME GENERALE DE DEGRADARE A
AMINOACIZILOR
1. Transaminarea
2. Decarboxilarea
3. Dezaminarea
64
1. TRANSAMINAREA
- Aminotransferazele (EC: 2.6.1) sunt enzime care transfer gruparea amino
de la un aminoacid la un -cetoacid;
- aceste enzime se gsesc n toate esuturile, att n mitocondrii ct i n faza
solubil a citoplasmei celulelor din diferite esuturi (ficat, miocard, muchi
scheletic, creier);
- au drept cofactor piridoxalfosfatul (PLP)
- cel mai important -cetoacid acceptor de grupri amino (-NH2) este acidul
-cetoglutaric;
- ali cetoacizi, cum sunt acidul piruvic sau acidul oxalilacetic, pot funciona
ca acceptori de grupri amino transformndu-se n alanin i respectiv acid
aspartic;
- aminoacizii rezultai transfer gruparea amino acidului -cetoglutaric, care
are deci rolul de acceptor final i universal de grupri amino.
- n urma reaciilor de transaminare NU se formeaz amoniacul ca produs
secundar, se formeaz noi aminoacizi.
65
Reacii de transaminare
66
COOH
CH
CH2
COOH
CH2
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
COOH
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
COOH
CNH2 NH2
+
AST (GOT)
+
Acid L-aspartic Acid a-cetoglutaric Acid L-glutamic
H
Acid oxalilacetic
PLP
CH2
CH2
COOH
COOH
C O
CH3
C
COOH
O
CH2
CH2
COOH
COOH
CHCHNH
2
CH3
COOHNH
2
+
ALT (GPT)+
L-Alanina Acid a-cetoglutaric Acid piruvic Acid L-glutamic
PLP
Aspartat aminotransferaza (AST) sau glutamat-oxaloacetat transaminaza (GOT)
Alanin aminotransferaza (ALT) sau glutamat-piruvat transaminaza (GPT)
2. Decarboxilarea aminoacizilor
-Are loc sub aciunea decarboxilazelor piridoxalfosfat (PLP) dependente (liaze)- Toi aminoacizii se decarboxileaz => amine biologic active i biomolecule importante pentru celul
CH COOH
NH2 CO
2
CH2
NH2
RRaminoacid decarboxilaz
PLP
Aminoacid
Amin
"biologic activ"
Aminoacidul Produsul de decarboxilare Funcia biologic
Acid glutamic
Dihidroxifenilalanina
(DOPA)
Triptofanul
5-Hidroxitriptofanul
Tirozina
Histidina
Serina
Arginina
Lizina
Ornitina
Treonina
Acid aspartic
Cisteina
-Aminobutiric (GABA)
Dopamina
Triptamina
Serotonina
Tiramina
Histamina
Etanolamina
Agmatina
Cadaverina
Putresceina
Propanolamina
-Alanina
Cisteamina
Neuromediator
Neuromediator
Neuromediator
Neuromediator
Neuromediator
Hormon tisular
Constituent al fosfolipidelor *
Produs de putrefacie
Produs de putrefacie
Produs de putrefacie
Constituent al vitaminei B12
Constituent al coenzimei A i al ACP
Constituent al coenzimei A i al ACP67
3. Dezaminarea oxidativ a aminoacizilor => NH3
R CH
NH2
COOH R C COOH
NH
R C COOH
NH
R C
O
COOH
R CH
NH2
COOH R C COOH
O
NH3
Aminoacid Iminoacid
Iminoacid
+ HOH
Cetoacid
+
+ O2
O2
+ H2O2
H2O2 H2O + 1/2 O2Catalaza
Reactia global: + 1/2 O2+ NH3
Aminoacid Cetoacid
+ Enz FMN
Enz FMNH2 Enz FMN
Enz FMNH2+
Dezaminarea oxidativ: L-aminoacid-oxidaza i D-aminoacid oxidaza
68
Dezaminri deshidratante i desulfurante => amoniac i acid piruvic
CH
COOH
CH2
OH
NH2 CH
3 C
O
COOHSerin dehidrataza
NH3 L-SerinaAcid piruvic
PLPH2O
H2O
a
CH
COOH
CH2
SH
NH2 CH3 C COOH
O
L-cistein hidrogen
sulfid liaza (EC 4.4.1.15)
PLPH2O
NH3
Acid piruvic
L-Cisteina H2S
a
69
n strile de inaniie, cnd celula utilizeaz
aminoacizii pentruproducerea de energie
Dezaminri oxidative particulare:
a) Dezaminarea acidului glutamic (n FICAT)
CH
CH2
CH2
COOH
NH2
COOH
NH3
C
CH2
CH2
COOH
O
COOHNAD(P)+
NAD(P)H+H+
Acid L-glutamic Acid a-cetoglutaric
glutamat-DH (EC: 1.4.1.3)+
H2O
70
Comentarii:
1. n afar de faptul c intr n constituia proteinelor, aminoacizii sunt utilizai de celul ca precursori n biosinteza unor importante molecule azotate: hem, nucleotide, glutation, amine biologic active, etc
2. Excesul de aminoacizi proveni din diet NU sunt stocai sau excretai ca atare, ci sufer un proces de dezaminare oxidativ, fiind transformai n diferii -cetoacizi: acid piruvic, acid oxalilacetic sau acid -cetoglutaric.
3. n celula animal, aminoacizii sufer degradri oxidative n urmtoarele situaii:
- n cursul degradrilor normale ale proteinelor celulare;- n cazul unei diete bogat n proteine;- n cursul inaniiei prelungite i n lipsa unui aport de glucide (in diabetul
zaharat), cnd proteinele celulare sunt utilizate ca substrat energetic.Deci aminoacizii sunt, de asemenea, precursori n biosinteza glucozei (prin gluconeogenez), a acizilor grai i a corpilor cetonici, ei putnd fi utilzai ca substrat energetic n creier, muchi scheletic i alte esuturi.
72
METABOLISMUL UNOR AMINOACIZI
INDIVIDUALI
Aminoacizi cu sulf: cistein, cistin, metionin
Aminoacizi aromatici: fenilalanin, tirozin
73
AMINOACIZI CU SULF
COOH
NH2SH
COOH
NH2
S SCH
NH2
HOOC H2N
COOH
S
(CH2)2
HCH2C
HCH2CCH2
Cistein
Cistin
L- Metionin
CH3
aminoacid semiesential aminoacid esential
CH
74
I. Biosinteza CISTEINEI
din ali aminoacizi
H2N
COOH
S
(CH2)2
N
NN
N
NH2
S
H2N
COOH
(CH2)2
ATP
O
OH OH
"CH3"
H2N
COOH
(CH2)2
SH
CH
CH3
+
H2C
CH3
CH
+
Pi + PPi
Sulf-adenozilmetionin (SAM)
Sulf-adenozinhomocistein
L- Metionin
AdenozinCH
L- Homocistein
S-adenozilmetioninsintetaza
75
H2N
COOH
(CH2)2
SH
HO
H2N
COOH
CH2
H2N
COOH
CH2 S
NH2
COOH
CH2
H2N
COOH
CH2
SH
H2N
COOH
CH2
OHCH2
CH
L - Homocistein
+ CH
L - Serin
H2O
CH
Cistationin
HC
cistationinaza
CH
L - Cistein
+ H2O
CH
L - Homoserin
cistationinsintetaza
PLP
PLP
Aminoacid semiesenial
reacie de condensare
Marker de disfuncie endotelial
( )2
76
II. Transformrile CISTEINEI
1) Dezaminare desulfurant
COOH
CH2
SH
O
COOH
CH3
OH2N
COOH
CH2
SHNH3
PLPcistein
desulfhidraza
+ H2O C
Acid -mercaptopiruvic
H2S
C
Acid piruvic
MetabolismGLUCIDIC
(aminoacid glucoformator)
CH
L - Cistein
DEGRADRILE:
77
2) Decarboxilare
NH2
CH2
SH
CH2
H2N
COOH
CH2
SH
CO2
PLP
Cisteamin
ACP
HSCoACH
L - Cistein
3) Oxidare blnd: 2 CISTEIN CISTIN
NH2
COOH
NH2
COOH
CHCH2
CHCH2
S
S
NH2
COOH
H
CH2
SH C
Acyl Carrier Protein
-2H
+2H
-n celulele tinere: -SH-n celulele senescente: -S-S-
78
H2N
COOH
CH2
SO2H
H2N
COOH
CH2
SO3H
NH2
CH2
SO3H
CH2
H2N
COOH
CH2
SH
Acid L-cistein sulfinic
oxidareCH
oxidareCH
Acid L-cisteic
CO2
Taurina
+ Colil~SCoAACID TAUROCOLIC
CH
L - Cistein
4) Oxidare intens: formarea TAURINEI
+ acid GLICOCOLIC
Acizi biliari conjugai
Taurina - Larg rspndit n esuturi, se gsete n bil, esenial pentru funcia CV, nervoas, se
gsete n fructele de mare
(ac. 2-amino-
etansulfonic)
79
5) Cisteina GLUTATION
6) CISTEINA i CISTINA Rol plastic stabilizarea moleculei
proteice
Structura a numeroase polipeptide i proteine (insulin,
scleroproteine, fibrinogen)
7) CISTEINA Structura a numeroase enzime -
centrul catalitic
8) n reacii de DETOXIFIERE:
Sub form de N-acetilcistein n procesul de detoxifiere al
derivailor aromatici halogenai (genereaz acizi mercapturici)
9) n reacii de TRANSFER al gruprilor SULFAT ( surs de SO42-
pentru sulfotransferaze)
80
Deficienele n metabolismul metioninei pot avea consecine mult mai severe n sinteza proteic dect oricare alt aminoacid
prin forma sa activ SAM