12/5/2010

1

Metabolismul proteinelor & amino acizilor

• Digestia proteinelor

• Absorbţia amino acizilor, di-, tri-peptidelor. Patologie

• Preluarea amino acizilor din sânge

• Degradarea proteinelor endogene

• Viteza de reînnoire a proteinelor

• Rezerva de amino acizi

• Catabolismul amino acizilor1. Dezaminare

– prin transaminare

– oxidativă

– neoxidativă

2. Transportul NH3

3. Catabolismul α-cetoacizilor rezultaţi prin dezaminare– Amino acizi gluco-, ceto-, gluco&ceto-formatori

– Exemplificare: amino acizi ramificaţi (Leu, Ile, Val) si aromatici (Phe, Tyr)

– Patologie: boala “urinei cu miros de sirop de arţar”, fenilcetonuria, alcaptonuria

• Sinteza amino acizilor neesentiali

Digestia proteinelor

Proteine exogene

Pepsina

Amino acizi

Flora

bacterianaNH3

Peptide mari

Dipeptidaze

Tripeptidaze

Oligopeptide

Stomac

Amino acizi

PeptidazeLumen intestinal

Amino acizi

Marginea in perie Oligopeptidaze

Dipeptide & Tripeptide

Enterocite

Amino acizi

Intestin

Vena porta

Tripsina

Chimotripsina

Elastaza

Carboxipeptidaze

Difuzie facilitata

(polul latero-bazal al enterocitelor)

12/5/2010

2

Digestia proteinelorEtapă Localizare Agenţi Rezultat

Digestia

gastricăStomac

H+

Pepsină

Denaturare

Peptide mari, Aa

Digestia

intestinală

Lumenul intestinal

Tripsină

Chimotripsină

Elastază

Carboxipeptidază

Oligopeptide

(2-8 aminoacizi)

Amino acizi

Marginea în perie OligopeptidazeDi & Tripeptide

Amino acizi

Absorbţie

Membrana

enterocituluiSisteme transport

Transport în

celulele epiteliale

Citoplasma

enterocitului

Dipeptidaze

Tripeptidaze

Clivare peptide

Aminoacizi

Membrana

contraluminală

a enterocitului

Difuzie facilitatăTransport Aa în

capilare

Proteaze digestive gastrice & pancreatice

Protează Sursă Familia Proenzimă Activare Specificitate

Pepsină

(endo)Stomac Aspartat Pepsinogen

H+

Autoactivare

Tyr, Phe, Trp

Glu

Tripsină

(endo)Pancreas Serină Tripsinogen

Enteropeptidaza

TripsinaArg, Lys

Chimotripsină

(endo)Pancreas Serină Chimotripsinogen Tripsina Trp, Phe, Tyr, Met

Elastază

(endo)Pancreas Serină Proelastază Tripsina Gly, Ser, Ala

Carboxi-

peptidază A

(exo)

Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază A TripsinaTyr, Phe, Trp

Val, Leu, Ile

Carboxi-

peptidază B

(exo)

Pancreas Zinc Pro-carboxipeptidază B Tripsina Arg, Lys

12/5/2010

3

Amino acizi Di-, tri-peptide

Na+

= Difuzie facilitată

= Co-transport Na+-dependent

Amino acizi

Dipeptide, tripeptide

DipeptidazeTripeptidaze

Capilare

3Na+ 2K+ATP

ADP + Pi

= Na+,K+-ATPaza

3Na+2K+

Epiteliul intestinal

Lumenul intestinal

Marginea în perie

Membrana contraluminală

Absobţia Aminoacizilor, Di & Tripeptidelor

Absorbţia Aa & peptide în enterocite

• Tri & dipeptidele au un transportor specializat comun

• Absorbţia amino acizilor se realizează printr-un mecanism

activ cuplat cu transportul ionilor Na+

• Există sisteme de transport individualizate pentru:

a) Amino acizi neutri (alifatici & aromatici)

b) Amino acizi bazici & Cistină

c) Amino acizi acizi (Asp, Glu)

d) Imino acizi (Pro)

12/5/2010

4

Transportul Aa din sânge în celule

• Ciclul γGT (pentru Aa neutri, Met)

• Transportori membranari specifici Cotransportă Na+

consumă ATP

activaţi de insulină

6 tipuri, specifici pentru:• Phe, Tyr, Trp & Ala, Ser, Gly

• Ala, Ser, Cys

• Lys, Arg, Orn, Cistina

• Glu, Asp

• Gln, Asn, His (numai în hepatocite)

• Leu, Ile, Val (independent de pompa de Na+)

Cistinuria = Defect al transportului Lys, Arg, Orn, cistinei

Imposibilitatea reabsorbţiei renale a cistinei

Precipitarea cistinei → Calculi renali

Diagnostic = excreţia urinară excesivă a Lys, Arg,Orn

Boala Hartnup = Defect al transportorilor Aa monoamino monocarboxilici neutri

Imposibilitatea reabsorbţiei renale a aminoacizilor respectivi

Semne neurologice, tulburari psihice, erupţii cutanate fotosensibile

• Patologie

Degradarea proteinelor endogene

• Proteoliza citoplasmatică– Activă mai ales în miocite

– Catalizată de proteazom = complex de proteaze

– Sunt degradate doar proteinele endogene marcate prin ubiquitinilare

(condensare a H2N-Lys-Proteină cu HOOC-Ub, cu consum de ATP)

– Timpul de înjumătăţire (t1/2 ) al proteinei depinde de natura Aa N-terminal

• Ser => t1/2 > 20 ore

• Asp => t1/2 = 3 minute

sau de prezenţa secvenţei Pro-Glu-Ser-Thr (PEST) => degradare rapidă

• Proteoliza lizozomală– Activă mai ales în hepatocite şi celulele sistemului reticulo-endotelial

– Catalizată de proteaze acide (catepsine)

12/5/2010

5

Proteoliza citoplasmatică

Viteza de reînnoire (“turnover”) a proteinelor

• Majoritatea proteinelor sunt constant sintetizate şi apoi degradate ceeace permite îndepărtarea proteinelor anormale sau inutile

• Concentraţia, la un moment dat, a unei proteine poate fi influenţată prin

reglarea sintezei, degradarea având un rol minor (proteine inductibile)

reglarea degradării, sinteza fiind relativ constantă (proteine constitutive)

• În cazul unui individ sănătos cantitatea totală de proteine este constantă=> viteza de degradare = viteza de sinteză

• Viteza de reînnoire (turnover) diferă de la o proteină la alta, t1/2 poate fi:

Minute → ore (proteine reglatoare, proteine împachetate greşit)

Zile → săptămâni (majoritatea proteinelor celulare)

Luni → ani (proteine structurale, metabolic stabile, de exemplu colagen)

12/5/2010

6

Reglarea echilibrului Sinteză ↔ Degradare

• Postprandial & Perioada de creştere

=> ↑[Insulină] & [Gln, Glu, Leu (cu rol de semnale)]

=> ↑Biosinteza & ↓Degradarea proteinelor

• Inaniţie prelungită

=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]

=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)

• Stres (stare hipercatabolică) ex. infecţie, traumatisme, arsuri

=> ↑[Adrenalină] & [Cortizol]

=> ↑Degradarea proteinelor (muşchi)

Rezerva de Amino acizi“amino acid pool”

Digestia

proteinelor exogene

100g/zi

Proteoliza

proteinelor endogene

400g/zi

Sinteza

Aa neesenţiali

variabilă

REZERVA DE AMINOACIZI (100g)

Sinteza de novo a

proteinelor endogene

400g/zi

Catabolism

variabil

CO2

Glucoză

Glicogen

Corpi cetonici

Acizi graşi

Steroizi

Sinteza compuşilor

cu rol biologic

30g/zi

Porfirine

Creatină

Neuromediatori

Purine

Pirimidine

Alţi compuşi cu N

12/5/2010

7

Catabolismul amino acizilor

Etape

I. Dezaminare prin

Transaminare

Dezaminare oxidativă

Dezaminare neoxidativă

II. Catabolizarea catenei hidrocarbonate

Catabolismul aminoacizilorEtapa I = Dezaminare

1. Transaminare (citoplasmă)

Catalizată de aminotransferaze (PALPO dependente) larg distribuite

Cele mai importante transaminaze: GOT şi GPT

Toţi aminoacizii, cu excepţia Lys & Thr, pot fi dezaminaţi prin transaminare

Majoritatea reacţiilor de transaminare au loc în ficat (Tyr transaminaza este exclusiv hepatică)

Transaminarea Val, Leu, Ile are loc exclusiv în muschi

2. Dezaminare oxidativă (mitocondrie)

Dezaminarea Glu, catalizată de glutamat dehidrogenază (NAD+& NADP+ dependentă)

Dezaminarea Gly, catalizată de “complexul de scindare” (NAD+, H4F, PLP) => NH3 + CO2

Dezaminarea L-aminoacizilor, catalizată de L-aminoacid oxidază (FMN)

Dezaminarea D-aminoacizilor, catalizată de D-Aminoacid oxidază (FAD)

3. Dezaminare neoxidativă (citoplasmă)

Dezaminarea Ser & Thr, catalizată de dehidratază = > NH4+ + piruvat & α-cetobutirat

Dezaminarea Gln, catalizată de glutaminază => Glu + NH3

12/5/2010

8

1. Dezaminare prin transaminare

AcceptorDonor

Soarta Glu – în muşchi

+ +

Glutamat

Piruvat Alanina

-CetoglutaratForma de

transport a NH3

din muşchi → ficat

12/5/2010

9

Ciclul alanină ↔ glucoză

Soarta Glu – în majoritatea ţesuturilor

Forma de transport a NH3

din majoritatea ţesuturilor → ficat

12/5/2010

10

Glutamin sintetaza – Reglare

• Allosterică • Prin adenilare / deadenilare

Soarta Gln preluată de ficat & rinichi

12/5/2010

11

Soarta Glu rezultat din Gln – în ficat (rinichi)

Glutamat

dehidrogenaza

(mitocondrie)

În aminarea reductivă Glutamat DH este

NADPH dependentă !

În dezaminarea oxidativă Glutamat DH este

NAD+ dependentă !

Glutamat dehidrogenaza - Reglare

12/5/2010

12

Transportul NH3 din ţesuturi→ficat

Forma de transport NH3

de la ţesuturi → ficat

Forma de transport NH3

de la muşchi → ficat

Catabolismul amino acizilorEtapa II – Degradarea catenei hidrocarbonate

• Amino acizii glucoformatori formează:

- piruvat (Ala, Ser, Cys, Gly, Thr,Trp)

- propionil CoA (Val, Ile, Met, Thr) convertibil in succinil CoA

- fumarat (Asp, Phe, Tyr)

- oxalacetat (Asp, Asn)- α-cetoglutarat (Pro, His, Arg, Gln, Glu)

• Amino acizii cetoformatori formează:

- acetil-CoA (Ile, Thr)

- acetoacetil-CoA (Trp, Lys)

- HMG-CoA (Leu)

- Acetoacetat (Phe, Tyr)

• Amino acizi atât glucoformatori cât şi cetoformatori

- Ile, Thr, Phe, Tyr, Trp

Exclusiv glucoformatori Exclusiv cetoformatori

12/5/2010

13

Amino acizi gluco & cetoformatori

Glucoformatori Gluco & Cetoformatori Cetoformatori

Alanina

Arginina*

Asparagina

Aspartat

Cisteina

Glutamat

Glutamina

Glicina

Histidina*

Prolina

Serina

Tirozina

Metionina

Valina

Fenilalanina

Izoleucina

Triptofan

Treonina

Leucina

Lizina

Es

en

ţia

liN

ee

se

nţi

ali

În funcţie de:

soarta catenei hidrocarbonate: gluco-, ceto-, gluco- & ceto-formatori

capacitatea organismului de a-i sintetiza: neesenţiali, esenţiali (exclusiv exogeni)

Clasificarea amino acizilor

* Semiesenţiali

12/5/2010

14

Catabolismul Aa ramificaţi

Catabolismul Phe & Tyr

Oxidaza

12/5/2010

15

Fenilcetonuria

Boala genetică determinată de absenţa & anormalitatea enzimelor:

fenilalanin hidroxilază

dihidrobiopterin reductază

=> catabolizarea Phe pe calea alternativă, catalizată de Phe transaminază

Catabolismul Phe – Calea alternativă

Acumulare în ficat→ sânge → urină

=> encefalopatie, retard mental

= “Idioţia fenilpiruvică”

Urină

12/5/2010

16

Alcaptonuria• Deficienţa oxidazei acidului homogentizic (vezi catabolismul Phe &Tyr)

=> acumularea acidului homogentizic care polimerizează

=> pigmenţi care colorează ţesutul conjunctiv (ocronoză), se depun pe discurile

intervertebrale (artropatie ocronotică) şi colorează urina.

Sinteza Aa neesenţiali

• Din precursori cetoacizi prin transaminare

- piruvat → alanină

- oxalacetat → aspartat

• Din precursori aminoacizi prin amidare

- Glu → Gln

- Asp → Asn

• Din precursori amino acizi prin hidroxilare

- Phe → Tyr