ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΜΕΤΑΒΟΛΙΣΜΟΣ ΑΖΩΤΟΥ

Εισαγωγή Το άζωτο είναι το τέταρτο συχνότερο στοιχείο στη μάζα των έμβιων όντων, μετά τον άνθρακα, το υδρογόνο και το οξυγόνο Το μεγαλύτερο μέρος του αζώτου περιέχεται σε αμινοξέα και νουκλεοτίδια Η πιο σημαντική πηγή αζώτου είναι ο αέρας, ο οποίος κατά 4/5 συνίσταται σε μοριακό άζωτο N2 Λίγα είδη μπορούν να μετατρέψουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε μορφές χρήσιμες για τους ζωντανούς οργανισμούς Οι μεταβολικές διεργασίες διαφορετικών ειδών λειτουργούν συντονισμένα ώστε να διασώζουν και να ξαναχρησιμοποιούν το βιολογικώς διαθέσιμο άζωτο σε ένα τεράστιο κύκλο αζώτου

Κύκλος αζώτου Αρχικά το ατμοσφαιρικό άζωτο δεσμεύεται από αζωτοδεσμευτικά βακτήρια για την παραγωγή αμμωνίας Τα βακτήρια του εδάφους οξειδώνουν την αμμωνία αρχικά σε νιτρικά και τελικά σε νιτρώδη («νιτροποίηση») Τα φυτά και πολλά βακτήρια ανάγουν με την δράση ορισμένων αναγωγασών τα νιτρώδη σε αμμωνία η οποία ενσωματώνεται σε αμινοξέα από τα φυτά

Κύκλος του Αζώτου 1 Δέσμευση 2 3 6 5 4 Οξείδωση αμμωνίας σε Νιτρώδη (νιτροποίηση) Τα νιτροποιητικά βακτήρια τη μετατρέπουν σε νιτρικά και νιτρώδη Παραγωγή αμμωνίας (ΝΗ4+) 3 6 5 Αμμωνία ενσωματώνεται σε αμινοξέα των φυτών Όταν πεθαίνουν οργανισμοί, τα μικρόβια διασπούν τις πρωτείνες, η αμμωνία επιστρέφει στο έδαφος 4 Χρησιμοποίηση φυτών από τα ζώα ως πηγή αμινοξέων

Κύκλος αζώτου Το πρώτο προϊόν της δέσμευσης του αζώτου είναι η αμμωνία Η αμμωνία μπορεί να χρησιμοποιηθεί από όλους τους οργανισμούς είτε άμεσα είτε αφού προηγουμένως μετατραπεί σε άλλες διαλυτές ενώσεις όπως νιτρικά, νιτρώδη ή αμινοξέα

Ενσωμάτωση αμμωνίας σε βιομόρια Η αμμωνία ενσωματώνεται στα βιομόρια μέσω του γλουταμικού και της γλουταμίνης τα οποία παρέχουν το κρίσιμο σημείο εισόδου Το αμιδικό άζωτο της γλουταμίνης είναι η πηγή αμινομάδας σε ευρύ φάσμα βιοσυνθετικών διεργασιών Το ένζυμο που καταλύει την αντίδραση μεταξύ γλουταμικού και αμμωνίας για παραγωγή γλουταμίνης ονομάζεται συνθετάση της γλουταμίνης

Ενσωμάτωση αμμωνίας σε βιομόρια Εκτός από το σημαντικό ρόλο της ενσωμάτωσης της αμμωνίας στα βακτήρια, παίζει κεντρικό ρόλο στο μεταβολισμό των αμινοξέων στα θηλαστικά, καθώς μετατρέπει την τοξική ελεύθερη αμμωνία σε γλουταμίνη προς μεταφορά στο αίμα

Ενσωμάτωση αμμωνίας σε βιομόρια

ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ 10

Εισαγωγή Τα περισσότερα βακτήρια και φυτά μπορούν να συνθέσουν και τα 20 αμινοξέα Τα θηλαστικά μπορούν να συνθέσουν τα μισά («μη απαραίτητα αμινοξέα») Τα υπόλοιπα πρέπει να τα λαμβάνουν με τη δίαιτα («απαραίτητα αμινοξέα») 11

ΡΟΛΟΣ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΔΟΜΙΚΕΣ ΜΟΝΑΔΕΣ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ ΠΗΓΗ ΑΖΩΤΟΥ ΓΙΑ ΤΟ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΩΝ ΠΗΓΗ ΑΖΩΤΟΥ ΓΙΑ ΝΕΥΡΟΔΙΑΒΙΒΑΣΤΕΣ:ΚΑΤΕΧΟΛΑΜΙΝΕΣ, ΣΕΡΟΤΟΝΙΝΗ,ACH, GABA,κτλ. ΝΕΥΡΟΔΙΑΒΙΒΑΣΤΕΣ (γλυκίνη, γλουταμικό, ασπαρτικό) ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΙΜΗΣ (πορφυρίνες) ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΜΟΝΟΞΕΙΔΙΟΥ ΑΖΩΤΟΥ Η ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΓΙΝΕΤΑΙ ΣΤΟ ΗΠΑΡ ΓΙΑ ΤΑ 11 ΜΗ-ΑΠΑΡΑΙΤΗΤΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΤΑ ΥΠΟΛΟΙΠΑ ΠΡΟΣΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΜΕ ΤΗΝ ΤΡΟΦΗ 13

Όλα τα αμινοξέα προέρχονται από ενδιάμεσα της γλυκόλυσης, του κύκλου του κιτρικού οξέος ή της οδού των φωσφορικών πεντοζών Το άζωτο εισέρχεται στις οδούς αυτούς μέσω του γλουταμικού και της γλουταμίνης 14

Βιοσύνθεση των αμινοξέων 15

Η αμμωνία ενσωματώνεται σε βιομόρια μέσω γλουταμικού και γλουταμίνης Το ανηγμένο άζωτο (υπό μορφή ΝΗ4+) ενσωματώνεται σε αμινοξέα και έπειτα σε άλλα αζωτούχα βιομόρια Το γλουταμικό και η γλουταμίνη αποτελούν το κρίσιμο σημείο εισόδου (κύρια αμινοξέα για καταβολισμό αμμωνίας και οξείδωση αμινοξέων) Ρυθμιστικό ένζυμο: συνθετάση της γλουταμίνης – καταλύει την ενσωμάτωση αμμωνίας στο γλουταμικό για παραγωγή γλουταμίνης - υπάρχει σε όλους τους οργανισμούς, βακτήρια, φυτά, θηλαστικά

Βιολογικοί συμπαράγοντες βιοσύνθεσης αμινοξέων Φωσφορική πυριδοξάλη – απαραίτητη σε αντιδράσεις τρανσαμίνωσης Τετραϋδροφυλλικό οξύ: αντιδράσεις μεταφοράς μονοανθρακικών ομάδων S-Αδενοσυλομεθειονίνη: αντιδράσεις μεταφοράς μονοανθρακικών ομάδων (μεθυλομάδων)

ΣΥΝΟΨΗ ΤΗΣ ΣΥΝΘΕΣΗΣ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΑΜΙΝΙΚΗΣ ΟΜΑΔΑΣ (-ΝΗ2) 1) ΚΑΘΗΛΩΣΗ ΑΖΩΤΟΥ (αναγωγή Ν2 σε ΝΗ3 στα βακτήρια) 2) ΕΝΣΩΜΑΤΩΣΗ ΤΟΥ ΝΗ4+ ΣΤΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ (καθοριστικός ρόλος του γλουταμινικού και της γλουταμίνης) Το γλουταμικό και η γλουταμίνη είναι δότες αμινο-ομάδων 3) ΚΑΘΟΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΣΤΕΡΕΟΧΗΜΕΙΑΣ ΤΩΝ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΣΧΗΜΑΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΙΚΟΥ ΣΚΕΛΕΤΟΥ 1) ΑΠΟ ΤΟΝ ΚΥΚΛΟ ΤΟΥ ΚΙΤΡΙΚΟΥ ΟΞΕΟΣ 2) ΑΠΟ ΕΝΔΙΑΜΕΣΑ ΤΗΣ ΓΛΥΚΟΛΥΣΗΣ 18

Σύνοψη βιοσύνθεσης αμινοξέων Όλα τα αμινοξέα προέρχονται από: γλυκόλυση, κύκλο του κιτρικού, οδό φωσφορικών πεντοζών Το άζωτο εισέρχεται σε αυτές τις οδούς μέσω γλουταμικού ή γλουταμίνης 10 αμινοξέα παράγονται μέσα σε λίγα βήματα από τον κοινό μεταβολίτη

Μόρια που προέρχονται από αμινοξέα Τα αμινοξέα αποτελούν πρόδρομες ενώσεις πολλών βιομορίων: Ορμόνες Συνένζυμα Νουκλεοτίδια Αλκαλοειδή Πορφυρίνες Αντιβιοτικά Χρωστικές Νευροδιαβιβαστές

Τέλος