1 Proteine Aminoacizi 2015

80
METABOLISM PROTEIC 1

description

ha

Transcript of 1 Proteine Aminoacizi 2015

  • 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