ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ Ι ΕΘΝΙΚΟ ΚΑΙ ΚΑΠΟΔΙΣΤΡΙΑΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΑΘΗΝΩΝ ΙΑΤΡΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΒΙΟΛΟΓΙΚΗΣ ΧΗΜΕΙΑΣ Διευθυντhς: ΚαθηγητΗς ΑθανΑσιος Γ. ΠαπαβασιλεΙου ΒΙΟΧΗΜΕΙΑ Ι ΒΙΟΣΥΝΘΕΣΗ ΑΜΙΝΟΞΕΩΝ ΓΕΡΑΣΙΜΟΣ ΣΙΑΣΟΣ MD, MSc, PhD ΑΝΑΠΛΗΡΩΤΗΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ gsiasos@med.uoa.gr

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»)

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

Εισαγωγή

ΤΑ ΦΥΤΑ ΚΑΙ ΤΑ ΒΑΚΤΗΡΙΑ ΣΥΝΘΕΤΟΥΝ ΚΑΙ ΤΑ 20 ΚΟΙΝΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ. ΤΑ ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ ΖΩΑ ΣΥΝΘΕΤΟΥΝ ΠΕΡΙΠΟΥ ΤΑ ΜΙΣΑ (Μη απαραίτητα αμινοξέα) ΤΑ ΥΠΟΛΟΙΠΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΤΩΝ ΘΗΛΑΣΤΙΚΩΝ ΠΡΟΣΛΑΜΒΑΝΟΝΤΑΙ ΑΠΌ ΤΙΣ ΤΡΟΦΕΣ (απαραίτητα αμινοξέα)

Εισαγωγή 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

Βιοσύνθεση των αμινοξέων

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 3) ΑΠΟ ΤΗΝ ΠΟΡΕΙΑ ΤΩΝ ΦΩΣΦΟΡΙΚΩΝ ΠΕΝΤΟΖΩΝ

Βιοσύνθεση προλίνης και αργινίνης Η προλίνη και η αργινίνη παράγονται από το α-κετογλουταρικό μέσω του γλουταμικού Η προλίνη είναι ένα κυκλοποιημένο παράγωγο του γλουταμικού Η αργινίνη συντίθεται από το γλουταμικό μέσω της ορνιθίνης και του κύκλου της ουρίας

Βιοσύνθεση σερίνης και γλυκίνης Αρχικά το 3-φωσφογλυκερικό οξειδώνεται από μια δευδρογονάση Ακολουθεί τρανσαμίνωση από το γλουταμικό και υδρόλυση για σχηματισμό σερίνης Η γλυκίνη (2 άτομα C) παράγεται από την σερίνη (3 άτομα C) με αφαίρεση ενός ατόμου άνθρακα από την υδροξυμεθυλοτρανσφεράση της σερίνης

ΘΗΛΑΣΤΙΚΑ

ΑΜΙΔΙΝΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ ΜΕΘΥΛΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ ΚΙΝΑΣΗ ΚΡΕΑΤΙΝΗΣ

ΑΜΙΔΙΩΣΗ

Βιοσύνθεση τρυπτοφάνης, φαινυλαλανίνης, τυροσίνης Οι αρωματικοί δακτύλιοι δεν είναι διαθέσιμοι στο περιβάλλον, μολονότι ο δακτύλιος του βενζολίου είναι πολύ σταθερός Η τυροσίνη θεωρείται ως υπό όρους απαραίτητο ή μη απαραίτητο αμινοξύ καθώς μπορεί να συντεθεί από το απαραίτητο αμινοξύ φαινυλαλανίνη Πραγματοποιείται δακτυλιοειδής σύγκλειση μιας αλειφατικής πρόδρομης ένωσης την οποία ακολουθεί η σταδιακή προσθήκη διπλών δεσμών

Βιοσύνθεση τρυπτοφάνης, φαινυλαλανίνης, τυροσίνης Αρχικά από το φωσφοενολοπυροσταφυλικό και την 4-φωσφορική ερυθρόζη παράγεται το σικιμικό Το σικιμικό μετατρέπεται σε χορισμικό με προσθήκη επιπλέον τριών ατόμων C από άλλο ένα μόριο φωσφοενολοπυροσταφυλικόυ Το χορισμικό οδηγεί στην παραγωγή είτε τρυπτοφάνης είτε φαινυλαλανίνης και τυροσίνης

Βιοσύνθεση τρυπτοφάνης Αρχικά το χορισμικό μετατρέπεται σε αθρανιλικό Το αθρανιλικό συμπυκώνεται με πυροφωσφορική φωσφοριβόζη (PRPP) Η τελική αντίδραση καταλύεται από τη συνθάση της τρυπτοφάνης

Βιοσύνθεση φαινυλαλανίνης, τυροσίνης

Φαινυλαλανινη Τυροσίνη Ταννίνες Αλκαλοειδή Κινναμικό Μοσχοκάρυδο Γαρύφαλλο Βανίλια Πιπέρι καγιέν κ.ά Γεύση κανέλλας

Βιοσύνθεση ιστιδίνης Η ιστιδίνη προέρχεται από τρεις πρόδρομες ενώσεις Η PRPP συνεισφέρει 5 άτομα C Ο δακτύλιος του ATP ένα άτομο αζώτου και ένα άτομο C Η γλουταμίνη το δεύτερο άτομο αζώτου του δακτυλίου 1ο βήμα: Συμπύκνωση ATP και PRPP

Ρύθμιση της σύνθεσης των αμινοξέων Αλλοστερική ρύθμιση: ανάδρομη αναστολή της πρώτης αντίδρασης από το τελικό προϊόν της οδού συνήθως η πρώτη αντίδραση δεν είναι αντιστρεπτή και καταλύεται από ένα αλλοστερικό ένζυμο πχ σύνθεση ισολευκίνης από θρεονίνη

Ρύθμιση της σύνθεσης των αμινοξέων Συνδιασμένη αναστολή: σύνολο αλλοστερικών ελέγχων σε ένα ένζυμο από πολλαπλά προϊόντα που λειτουργούν ως αρνητικοί ανάδρομοι αναστολείς του ενζύμου Οι συνολικές επιπτώσεις υπερβαίνουν το άθροισμα των επιπτώσεων του καθενός ξεχωριστά

Ρύθμιση της σύνθεσης των αμινοξέων Ενζυμική πολλαπλότητα: Εμποδίζει ένα βιοσυνθετικό τελικό προϊόν να αναστέλλει κρίσιμα βήματα μιας οδού όταν χρειάζονται άλλα προϊόντα της ίδιας οδού Διαδοχική ανάδρομη αναστολή: πολλαπλή, επικαλυπτόμενη αρνητική ανάδρομη ρύθμιση

Σύνθεση πορφυρινών Οι πορφυρίνες έχουν ιδαίτερη κλινική σημασία Στους ευκαριώτες η γλυκίνη αντιδρά με ηλεκτρυλο-CoA αποδίδοντας α-αμινο-β-κετοαδιπικό το οποίο αποκαρβοξυλιώνεται προς δ-αμινολεβουλινικό

Σύνθεση πορφυρινών 8 μόρια δ-αμινολεβουλινικού θα σχηματίσουν την αίμη (βασικό συστατικό της αιμοσφαιρίνης και των κυτοχρωμάτων )

(κόκκινα ούρα-φθορισμός οδόντων) Πορφυρίες Οξύ κοιλ.άλγος Νευρολ.διαταραχές ΟΥΡΟΠΟΡΦΥΡΙΝΟΓΟΝΟ – Ι (κόκκινα ούρα-φθορισμός οδόντων) Ανεπάρκεια ενζύμων της βιοσυνθετικής οδού από τη γλυκίνη στις πορφυρίνες προκαλεί συσσώρευση ειδικών πρόδρομων ενώσεων των πορφυρινών στα ερυθροκύτταρα, τα σωματικά υγρά και το ήπαρ Πιο συχνή η οξεία διαλείπουσα πορφυρία

Αίμη-χολοχροστικές Η αίμη που απελευθερώνεται από τα καταστραμμένα ερυθροκύτταρα του σπλήνα υποδομείται αποδίδοντας Fe και χολερυθρίνη Ο Fe δεσμεύεται στη φερριτίνη Διαταραχή της ηπατικής λειτουργίας και αναστολή στην έκκριση της χολής προκαλεί διαρροή της χολής από το ήπαρ στο αίμα : ίκτερος εκχυμώσεις Κιτρινο χρώμα ούρων Καφέ χρώμα κοπράνων

Βιοσύνθεση νευροδιαβιβαστών από αμινοξέα Η τυροσίνη αποδίδει τις κατεχολαμίνες ντοπαμίνη, νορεπινεφρίνη και επινεφρίνη Το GABA είναι ανασταλτικός νευροδιαβιβαστής Η ισταμίνη είναι ισχυρή αγγειοδιασταλτική ουσία που εκλύεται στην αλλεργική αντίδραση Ανεπάρκεια GABA ΕΠΙΛΗΨΙΑ Ανεπάρκεια ντοπαμίνης Νόσος Parkinson

ΣΥΝΘΑΣΗ ΝΟ(ΔΙΜΕΡΕΣ+ΤΕΤΡΑΥΔΡΟΒΙΟΠΤΕΡΙΝΗ+FMN+FAD+ΑΙΜΗ) ΝΟ=ΑΣΤΑΘΕΣ.ΔΙΕΓΕΙΡΕΤΑΙ ΑΠΟ ΣΥΝΘΑΣΗ ΝΟ+ ΣΥΜΠΛΟΚΟ Ca-ΚΑΛΜΟΔΟΥΛΙΝΗΣ

Μεταβολική οδός οξειδίου του αζώτου Η ενδοθηλιακή δυσλειτουργία είναι το κύριο φαινόμενο που συμβάλλει στην έναρξη και εξέλιξη της αθηροσκλήρυνσης.Στο σχήμα αυτο φαινεται η βιοχημική δράση της L-αργινίνης στον κύκλο παραγωγής ΝΟ, διάφορα ερεθίσματα ενεργούν στην μεμβράνη των ενδοθηλιακών κυττάρων και μέσω της G-πρωτεΐνης, ενεργοποιούν την φωσφολιπάση C (PLC) παράγοντας τριφωσφορική ινοσιτόλη (IP3), η οποία στη συνέχεια προκαλεί αύξηση του ενδοκυττάριου ασβεστίου, το οποίο συνδεόμενο με τη πρωτεΐνη καλμοδουλίνη ενεργοποιεί τη δομική συνθάση του ΝΟ (ΝΟS). Η υδροξυλίωση του αζώτου της τελικής γουανιδο-ομάδας της L-αργινίνης οδηγεί στην παραγωγή ΝΟ και L-κιτρουλίνης, η οποία ανακυκλώνεται σε L-αργινίνη με ενσωμάτωση ενός ατόμου αζώτου μέσω του κύκλου της ουρίας. Η παραπάνω αντίδραση καταλύεται από το ένζυμο συνθετάση του ΝΟ (ΝΟS). Το ΝΟ είναι ένα βραχύβια ελεύθερη ρίζα σε αέρια φάση που διαχέεται στο περιβάλλοντα χώρο και δρώντας στο μέσο χιτώνα ενεργοποιεί τη διαλυτή γουανυλική κυκλάση των μυϊκών κυττάρων. Η γουανυλική κυκλάση διασπά το GTP σε cGMP, το οποίο μέσω της κινάσης G προκαλεί ελάττωση του ενδοκυττάριου ασβεστίου και αγγειοδιαστολή. Siasos G, Tousoulis D, Stefanadis C. Int J Cardiol. 2006

Δράσεις του ΝΟ Προκαλεί χαλάρωση των λείων μυϊκών κυττάρων Μειώνει την απόπτωση των ενδοθηλιακών κυτάρων Αναστέλλει τον πολλαπλασιασμό των λείων μυικών κυττάρων Μειώνει την έκφραση των μορίων προσκόλλησης Μειώνει την παραγωγή οξειδίων Αναστέλλει την προσκόληση των λευκοκυττάρων Αναστέλλει την συσσώρευση των αιμοπεταλίων Μειώνει την απελευθέρωση της ενδοθηλίνης-1 Tousoulis D, Siasos G, .. Stefanadis C. Nature Reviews Cardiology 2007

ΠΡΟΠΥΛΑΜΙΝΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ Ι ΠΡΟΠΥΛΑΜΙΝΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ ΙΙ ΠΟΛΥΑΜΙΝΕΣ-DNA ΑΠΟΚΑΡΒΟΞΥΛΑΣΗ adoMet ΑΠΟΚΑΡΒΟΞΥΛΑΣΗ ΟΡΝΙΘΙΝΗΣ ΠΡΟΠΥΛΑΜΙΝΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ Ι ΠΡΟΠΥΛΑΜΙΝΟΤΡΑΝΣΦΕΡΑΣΗ ΙΙ