CURSUL 13

III. METABOLISMUL PROTIDELOR1. DIGESTIE l ABSORBIE. TRANSPORT I DEPOZITARE2. METABOLISMUL AMINOACIZILOR

2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR2.2. CATABOLISMUL AMINOACIZILOR2.3. METABOLISMUL AMONIACULUI2.4. CICLUL ORNITINIC

ROLUL SUBSTANELOR PROTEICE N ORGANISM

Sunt substane PLASTICE Au rol funcional activ n dirijarea proceselor metabolice Determin proprietile biologice ale microorganismelor i

caracterele imunologice

Au rol ENERGETIC mai puin important

Au rol FIZICO-CHIMIC nsemnat, mai ales pentru meninerea echilibrului acido-bazic i al presiunii osmotice.

Formeaz un sistem tampon important n celule i esuturi ndeplinesc rol de schimbtori de ioni

Organismele au capacitatea de a menine un echilibruntre aportul i eliminarea de proteine, numit echilibruazotat

Proteinele din organismele vii se rennoiesc permanent

i au specificitate de specie, organ, esut.

Metabolismul proteinelor este abordat la dou nivele Metabolismul aminoacizilor Metabolismul proteinelor propriu-zis

METABOLISMUL AMINOACIZILOR

Proteine

Aminoacizi Nucleoproteide

Acid piruvic

Acetil CoA

Ciclul Krebs

Coenzime reduseFADH2, NADH

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR

2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR

SURSE DE AMINOACIZI

Proteinele ALIMENTARE (ORIGINE EXOGEN)-digestie

Proteinele proprii (ORIGINE ENDOGEN)- hidroliz (catepsine)

Biosinteza proprie (LIMITAT LA CEI NEESENIALI, cei eseniali

sunt procurai din hran)

AMINARE REDUCTIV

TRANSAMINARE

Proteinele exogene (ALIMENTARE) sunt degradate treptat, sub aciunea proteazelor, transformndu-se n peptide, i n cele din urm n aminoacizi.

Digestia macromoleculei proteice ncepe n STOMAC sub aciunea pepsinei, elaborat de mucoasa gastric. este apoi continuat n INTESTINUL SUBIRE sub aciunea tripsinei i

chimotripsinei, elaborate de PANCREAS. principala form de absorbie a proteinelor o constituie aminoacizii. Dar i

peptide mai mici pot strbate mucoasa intestinal, fiind ns repede hidrolizate n aminoacizi de peptidazele existente n celulele peretelui intestinal.

n mod similar sunt degradate i proteinele proprii organismului (proteinele endogene)

Dup absorbia lor prin peretele intestinal, aminoacizii sunt vehiculai prin circulaia sanguin spre FICAT i apoi n toate celelalte organe, formnd n totalitatea lor aa-numitul fond metabolic sau depozit melabolic.(conine toi aminoacizii i st n permanen la dispoziia organismului)

DIGESTIE l ABSORBIE. TRANSPORT I DEPOZITARE

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR

2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR

Se realizeaz prin

transaminare

aminare reductiv,

Se afl sub control feed back , sub aciunea enzimelor

reglatoare

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR

1.TRANSAMINAREA -rol nformarea ureei, glucogenoneogenezmetabolismul aminoacizilor.

Transaminarea = o reacie reversibil ntre un aminoacid i un a-cetoacid (a-cetoacidul devine aminoacid, iar aminoacidul devine a-cetoacid).Enzime transaminaze (aminotransferaze)Localizare n ficat i rinichi.Cetoacizi folosii, de preferin, acizii a-cetoglutaric i a-cetosuccinic

Cu ajutorul acestor reacii, organismul poate SINTETIZA orice aminoacid al crui lan de carbon poate fi biosintetizat sub form de cetoacid. Acest lucru nu este posibil n cazul aminoacizilor eseniali care trebuie de aceea procurai, prin aport extern, prin hrana

COOH

CH2CH2

COOHCOOH

+

COOH

CH2

CH

COOH

OC

CH2

Acid

+

a-cetoglutaric

R

CH NH2

oricarea-aminoacid

NH2 OC

a-cetoacidoricare

R

COOHAcid glutamic

Acid asparticCOOH

R

oricarea-cetoacid

C ONH2

a-aminoacidoricare

NH2CH

R

a-cetosuccinic

+

Acid

CH2

C O

COOH

CH

CH2

COOH

+

COOH COOH

COOH

Reaciile generale de transaminare pentru acizii a-cetoglutaric i a-cetosuccinic

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR

Transaminarea una din cile de conexiune ntre metabolismul protidelor i al glucidelor

Acceptori de grupri amino acid piruvic, acid cetoglutaric, acid oxalilacetic

Donori de grupri amino acid glutaric, acid aspartic. Aceti compui sunt considerai componentele cheie n metabolismul aminacizilor. Prin intermediul acestora se pot sintetiza toi aminoacizii neesentiali

R1 CH COOH

NH2

R2 C COOH

O

+

P Pir CO

H

O

COOHC R2NH2

COOHCHR1 +

Aminoacid Cetoacid AminoacidCetoacid

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR 2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR Transaminazele au drept coenzim piridoxalfosfat i piridoxamin (vit B6) Mecanismul decurge n dou faze

+

O

NH2

+Aminoacid Cetoacid

NH2

COOHCHR1H2OH2O+

R CH COOH

N

PPir

CH CH2Pir P

NCOOHCR1

transpozitieprototropic +H2O

H2OR1 C COOH

PPir

CH2

Piridoxaminfosfat

OC

Pir PH

Piridoxalfosfat

baz Schiff I baz Schiff II

I

R2

+

R2

NH2+

AminoacidNH2

COOHCHH2OH2O+

CH COOH

N

PPir

CHCH2Pir P

NCOOHC

transpozitieprototropic +H2O

H2O

PPir

CH2

Piridoxaminfosfat

OC

Pir PH

Piridoxalfosfat

baz Schiff Ibaz Schiff II

IICetoacid

O

COOHCR2 R2

2 . METABOLISMUL AMINOACIZILOR 2.1. BIOSINTEZA AMINOACIZILOR

CH3

C O

COOHAcid piruvic

+NH3 + NADH + H+

H2N CH

CH3

COOH

+ NAD+

Alanina

-H2O

CH2

C O

COOHAcid oxalilacetic

+NH3 + NADH + H+

H2N CH

CH2

COOH

+ NAD+

Acid aspartic

-H2O

COOH COOH

CH2CH2

COOHCOOH

-H2ONAD++

COOH

CH2

CHH2N

+NH3 + NADH + H+

COOH

OC

CH2

Acid glutaric Acid glutamic

2.AMINAREA REDUCTIV se realizeaz n dou etapeI. condensarea acetoacidului cu amoniacul

iminoacidII. reducerea iminoacidului n prezena de NADH +H

aminoacid

-Cetoacizii principali care contribuie la formare de aminoacizi sunt acidul piruvic, acidul oxalilacetic, acidul a cetoglutaric

Acid a ceto glutaric

Glucoz

Acid fosfoenolpiruvic

Acid lactic

Acid piruvic

Acid oxalilacetic

Ciclul Krebs

Acid a-cetoglutaric

Acid succinic

Protein

AlaninSterin

Acid aspartic

IzoleucinValinAcid glutamicProlinOxiprolinHistidinOrnitinArginin

Prin transaminarea aminoacizilor rezult cetoacizi care stabilesc o legtura direct cumetabolismul glucidelor.

Alanina acidul piruvic,Acidul glutamic acidul a-cetoglutaric,Acidul aspartic acidul oxalilacetic

Cetoacizii rezultai n ciclul Krebs fac legatura cu metabolismul protidic. Acidul piruvic,a-cetoglutaric, oxalilacetic pot fi transformai prin aminare reductiv sau transaminaredirect n alanin, acid glutamic, acid aspartic.

Aminoacizii GLUCOFORMATORI

Serina

Exist 20 de aminocizi eseniali.

Prin succesiunea acestora, moleculei peptidice formate ii sunt imprimate diferite caracteristici

specifice

Proteine EXOgene

Aminoacizi

Proteine necesare

Compui care conin azot

UreeComponenta ternar

Acetil CoA

Acid piruvic,acizi din ciclul Krebs

ATP

eliminare

NH3

METABOLISMUL AMINOACIZILOR

Amide

TransaminareAminare reductiva

a Ceto aciziProteine ENDOgene

CO2 + H2O

Degradarea aminoacizilor total CO2, H2O i NH3

parial metabolii intermediari

Degradarea scheletului carbonic al aminoacizilor are loc n dou faze.

Prima faz specific fiecrui aminoacid acetil-CoA. A doua faz de degradare const n trecerea acestui metabolit prin ciclul Krebs i catena de respiraie CO2 i H2O

Cile de degradarea ale aminoacizilor :1.Dezaminarea2.Transaminarea3. Decarboxilarea

2.2. CATABOLISMUL AMINOACIZILOR

1. DEZAMINAREA (nlturarea gruprii

aminice din molecul) se poate realiza pe

cale oxidativ (rezult cetoacid), hidrolitic(rezult oxiacid), reductoare ( rezult acid saturat) ,desaturant (rezult acid nesaturat).

2.2. CATABOLISMUL AMINOACIZILOR

a-aminoacid

NH2CH

R

CH2

COOH

COOH

CH2

R

CH

NH3C O

+

a-cetoacid

COOH

CH2

R

CH

a-hidroxiacid

OH+ NH3

NH3+

CH

R

CH2

COOH

CH2

acid gras

acid nesaturatCOOH

CH2

R

+ NH3

oxidativ

hidrolitic

reductoare

desaturant

+1/2 O2

+H2O

+H2

dezaminare

Transformri ale componentei ternare-degradare n CO2 i ap-sinteza de glucide, acizi grai, glicerol-obinere de aminoacizi prin transaminare-transf. prin decarboxilare n ali acizi

2. TRANSAMINAREA (a fost prezentat la biosinteza aminoacizilor)

3. DECARBOXILAREA (procesul ireversibil prin care aminoacizii trec n amine corespunztoare, care poart i denumirea de amine biogene)Enzime aminoaciddecarboxilaze

Rolul aminelor rezultate din decarboxilare farmacodinamic (histamina, serotonina), punct de plecare n sinteza unor compui biologici

importani (acid g-aminobutiric, etanolamin) Interconexiunea cu metabolismul alcaloizilor substane toxice (putresceina, cadaverina).

2.2. CATABOLISMUL AMINOACIZILOR

a-aminoacid

NH2CH

R

COOH

-CO2R

CH2 NH2

amin

Decarboxilarea aminoacizilor -Obinerea de toxine

-Obinere de substane heterociclice (din putrescein rezult pirolidona, pirol iar din cadaverin rezult piperidin, piridina)

CH2

CH2CH2CH2

NH2NH2

NH3 CH2

CH2H2C

H2CNH

Dehidro-genare CH

CHHC

HCNH

PirolPirolidinPutrescein

CH2

CH2 CH2

CH2

CH2

NH2NH2

NH3

H2C

H2CN

CH2

CH2

CH2

H

Dehidro-genare

N

Cadaverin Piperidin Piridin

CH COOHNH2 NH2

CH2CH2 CH2 CH2NH2

CH2 CO2NH2

CH2CH2

Ornitin Putrescein

CH COOHNH2 NH2

CH2 CH2NH2

(CH2)3 CO2NH2

CH2(CH2)3

Lizin Cadaverin

Transformrile aminelor biogene- Degradare (enzime monooxidaze, diaminooxidaze) n aldehide- Sinteza de alcaloizi prin metilarea aminelor biogene rezult hordeina (ORZ NCOLIT), betaina, nicotina. -Obinere de substane heterociclice(din putrescein rezult pirolidona, pirol, iar din cadaverin rezult piperidin, piridina)

AMINELE BIOGENE stabilesc conexiunea dintre metabolismul protidelor i a alcaloizilor n plante

2.2. CATABOLISMUL AMINOACIZILOR

a-aminoacid

NH2CH

R

COOH

-CO2R

CH2 NH2

amin

oxidare

ciclizare

metilare

ALDEHIDE

SUBSTANEHETEROCICLICE

ALCALOIZI

2.3. METABOLISMUL AMONIACULUI

DESTINAIA AMONIACULUI

FIXAT sub form de AMIDE ale aminoacizilor (glutamina-org. animale, asparagina- plante)

FIXAT sub form de UREE i ELIMINAT

CREATIN, CRETININ

2.3. METABOLISMUL AMONIACULUI

n esuturile vegetale, amoniacul rezultat din dezaminarea aminoacizilor i a altor substane poate fi captat i pstrat n organism sub form de sruri de amoniu, glutamin, substane netoxice.

Plante bogate acizi organici (plante acide sau amoniacale) mcriul (Rumex acetosella), reventul (Rheum officinale), begonia (Begonia sp) Acestea fixeaz o cantitate nsemnat de amoniac sub form de SRURI DE AMONIU.

GLUTAMINA FIXEAZ, PSTREAZ i TRANSPORT azotul n organism n form netoxicAtunci cnd organismele au nevoie de azot, se produc degradrile aminoacizilor i amidelor, se elibereaz amoniac

n ciclul glutamic, amoniacul este fixat sub form de AMID

2.3. METABOLISMUL AMONIACULUI

Acid glutamic

Glutamin

Acid glutamic

Acid -cetoglutaric

+NH3 +NH3

+NH3+NH3

NH3 NH3

NH3NH3

2.3. METABOLISMUL AMONIACULUI

n organismele animale amoniacul rezultat n organism din dezaminarea aminoacizilor i din aciunea florei intestinale asupra proteinelor alimentare, este un TOXIC puternic pentru sistemul nervos central.

Pentru a se apra de aciunea toxic a amoniacului, organismul dispune de mecanisme rapide i eficiente de neutralizare i eliminare a acestui metabolit, unul dintre ele fiind formarea ureei.

Formarea ureei se desfoar sub forma ciclului ureogenetic (ornitinic), (aminoacidul cheie din acest ciclu).

CORELAII cu procese metabolice-Prin formarea acidului fumaric, ciclul ureogenetic stabilete legtura cu ciclul Krebs ,de oxidare terminal a glucidelor, lipidelor i protidelor

-Prin participarea acidului aspartic la ciclul ureogenetic exist posibilitatea ca toi aminoacizii transaminabilis poat participa la acest ciclu.

-Corelaie ntre ciclul ureogenetic i sinteza bazelor pirimidinice, componente ale acizilor nucleici

2.4. CICLUL ORNITINIC (formarea ureei)

CO2

NH3

CNH2O

O P

H2NC O

H2C NH

H2C

H2C

H C NH2

COOHCitrulina

CH2 NH2

CH2

CH NH2COOHOrnitina

COOH

CH2

H2N CH

COOH

COOH

CH2

CH2 NH C

NH2N C H

COOHCH2

CH NH2COOHAcid argininsuccinic

H2C NH C

NH

NH2H2C

H2C

H C NH2COOH

Arginina

Uree

NH2C O

NH2

H COOHC

CHOOC H

Acid fumaric

~

Acid aspartic

CH2CH2Ciclul

ureogenetic

Comparativ cu hidrolizarea proteinelor, care se realizeaz relativ uor, procesul invers, cel de sintez , este foarte complex i se realizeaz numai cu participarea acizilor nucleici.Unitile structurale ale proteinelor sunt aminoacizii, care pot fi sintetizai direct din compuii anorganici, de ctre plante i unele microorganisme. Animalele pot sintetiza proteine n fiecare esut i organ, cu excepia proteinelor plasmatice, sintetizate n ficat i n sistemul reticuloendoplasmatic.Formarea proteinelor din aminoacizii endogeni sau exogeni se realizeaz permanent i cu vitez mare n organismele tinere sau adulte.Biosinteza se realizeaz numai din aminoacizi liberi, peptidele rezultate prin hidroliza proteinelor neputnd fi ncorporate n cele nou sintetizate. Procesul biosintetic se realizeaz n special n organele care au un metabolism intens: ficat, pancreas, mucoasa intestinului subire. Mecanismul biosintezei a fost pus la punct dup descoperirea genelor, care sunt segmente din ADN cromozomial i care ndeplinesc un rol important n transmiterea caracterelor ereditare

2.4. BIOSINTEZA PROTEINELOR