METABOLIZAM AMINOKISELINA MAČVANSKA SREDNJA ŠKOLA METABOLIZAM AMINOKISELINA DEAMINACIJA DEKARBOKSILACIJA TRANSAMINACIJA KLARA KAKUČKA, prof. hemije

PROTEINI U ishrani životinja, proteini zauzimaju veoma značajno mesto. Proteolitičkom razgradnjom hranom unetih složenih peptidnih i proteinskih struktura nastaju aminokiseline, koje nakon resorpcije u probavnom traktu, služe za izgradnju mnogih, organizmu neophodnih strukturnih proteina, kao i nekih drugih biološki važnih molekula, kao što su enzimi, hormoni itd

Nastajanja slobodnih aminokiselina Drugi proces nastajanja slobodnih aminokiselina odvija se kroz razgradnju tkivnih proteina unutar organizma životinja. Aminokiseline nastale na ovaj način takodje imaju ulogu gradivnih jedinica i učestvuju u biosintezi organizmu potrebnih proteina. U organizmu su praktično prisutna dva dimanički uravnotežena procesa: proces katabolizma i proces anabolizma.

Razgradnja proteina Razgradnja proteina vrši se uz katalitičko delovanje enzima proteaza , koje se, prema mestu nalaženja u organizmu životinja, dele na: - proteaze probavnog trakta, - ekstracelularne proteaze (nalaze se u krvi i ekstracelularnim tečnostima) i - intracelularne proteaze (većinom se nalaze u lisozomima).

Proteaze Prema mestu aktivnog napada na polipeptidnom lancu proteaze se dele na: - endopeptidaze (cepaju proteine na tačno odredjenim mestima u sredini lanca) i - egzopeptidaze (cepaju proteinske lance od kraja i to kao kar boksipep tidaze (deluju na karboksilni kraj) i aminopeptidaze (deluje na N-terminalni deo lanca).

Proteaze Za razliku od mnogih drugih enzima, proteaze nisu strogo supstrat specifične i ne deluju specifično na odredjene proteine, već su usmerene na odredjene veze i strukturne karakteristike polipeptidnog lanca. Tako na primer proteaze pepsin) i tripsin katalitički deluju na sve proteine, što je izuzetno značajno u procesima varenja, jer njihovim delovanjem dolazi do denaturacije proteina, koji se lakše hidrolizuju do aminokiselinskih jedinica.

Proteolitički enzimi Peptidaze • Endopeptidaze i egzopeptidaze • Endopeptidaze ili proteaze – Serin proteaze – Cistein proteaze – Aspartat proteaze – Metalo-proteaze • Egzopeptidaze – Karboksipeptidaze – Aminopeptidaze – Dipeptidaze

Uloga proteolitičkih enzima u varenju proteina Varenje u želucu Pepsin Varenje u duodenumu Tripsin Himotripsin Elastaza Karboksipeptidaze A i B Varenje u tankom crevu Endopeptidaze Aminopeptidaze Dipeptidaze Tripsin Himotripsin Elastaza

Varenje u želucu: Pepsini Enzim: Pepsin A (karboksil-proteaza) • Proenzim: Pepsinogen A • Aktivatori: – Autoaktivacija (pepsinogen, pH < 5) – Autokataliza (pepsin) • Specifičnost (R): R1 R2 – Phe CO NHCHCO NHCHCO – Tyr

Varenje u tankom crevu: Pankreasni enzimi Enzim: Tripsin (serin-proteaza) • Proenzim: Tripsinogen • Aktivatori: – Enteropeptidaza – Tripsin Specifičnost (R): – Arg – Lys

Varenje u tankom crevu Enzim: Himotripsin (serin-proteaza) • Proenzim: Himotripsinogen • Aktivator: – Tripsin • Specifičnost (R): – Tyr, Trp, Phe, Met, Leu • Enzim: Elastaza (serin-proteaza) • Proenzim: Proelastaza – Ala, Gly, Ser

Varenje u tankom crevu Enzim: Karboksipeptidaza A Proenzim: Prokarboksipeptidaza A Aktivator: – Tripsin Specifičnost (R): – Val, Leu, Ile, Ala Enzim: Karboksipeptidaza B Proenzim: Prokarboksipeptidaza B – Arg, Lys

Varenje u tankom crevu Endopeptidaze – Endopeptidaza 24.11 (hidrofobne aminokiseline) Aminopeptidaze – Aminopeptidaza A (kisele aminokiseline) – Aminopeptidaza N (neutralne aminokiseline) – Leucin-aminopeptidaza Dipeptidaze

Neaktivni prekursor- zimogen Veći broj proteolitičkih enzima probavnog trakta nastaje u ćelijama želuca ili pankreasa i to prvo u vidu neaktivnih prekursora zimogena . Zimogeni imaju duži proteinski lanac od enzima, pa se tek proteolitičkim cepanjem tog lanca na tačno odredjenom mestu stvara mogućnost formiranja aktivnog enzimskog centra, odnosno nastajanje aktivnih proteaza. Na ovaj način od pepsinogena nastaje pepsin , od tripsinogena tripsin , od himotripsinogena himotripsin itd.

Metabolički putevi AK Aminokiseline nastale proteolitičkom razgradnjom proteinskih i peptidnih lanaca imaju različite metaboličke puteve. Tako na primer aminokiseline učestvuju : - u izgradnji novih proteinskih struktura u tkivima životinja , - kao metabolički intermedijeri u biosintetskim reakcijama , pri stvaranju razgradnih aminokiselinskih medjuproizvoda , itd.

Metabolički putevi AK Ovako nastale jedinice učestvuju u biosintezi ugljenih hidrata (glukoze i glikogena ako potiču iz glukogenih aminokiselina) i masnih kiselina preko aceto S - CoA i acetoacetil - S - CoA (ako potiču iz ketogenih aminokiselina). Aminogrupa, odnosno amonijak izdvojen iz aminokiselina, praktično se prevodi u oblik uree (kod sisara), mokraćne kiseline, odnosno njenih soli urata (kod ptica, gmizavca i vodozemaca) ili glutaminsku i alaninsku formu, koje predstavljaju transportni oblik amonijaka putem krvotoka.

Razgradnja aminokiselina Aminokiseline se u organizmu životinja uglavnom razgrađuju reakcijama deaminacije i dekarboksilacije, kao i procesom konačne razgradnje tako nastalih medjuproizvoda, do CO2 i H2O. Treći tip reakcija, koje su prisutne u pojedinim fazama razgradnje aminokiselina, su reakcije transaminacije. U toku odvijanja ovih reakcija dolazi do prenošenja aminogrupe sa jedne aminokiseline (npr. alanina) na ketokiselinu (npr. -ketoglutarat) pri čemu nastaje druga aminokiselina (glutamat).

Deaminacija aminokiselina U reakcijama deaminacije azot, koji je vezan u obliku -aminogrupe, se oslobađa u obliku amonijaka. Imajući u vidu da je amonijak i u malim koncentracijama veoma jak ćelijski otrov, organizam ga posebnim metaboličkim procesima prevodi u oblik koji se potom jednostavno uklanja, pri čemu se na ovaj način detoksikuje.

Deaminacija aminokiselina Oksidativna deaminacija - odvija se uz katalitičko delovanje dehidrogenaza, koje najčešće sadrže kao koenzimsku grupu FAD. Proces deaminacije počinje dehidrogenovanjem pri čemu nastaje iminokiselina, koja u sledećoj reakcionoj fazi daje -ketokiselinu i amonijak. Vodonik koji se izdvaja iz aminokiseline završava u respiratornom lancu gde sa kiseonikom daje konačan proizvod vodu. U mitohondrijama svih tkiva nalazi se enzim glutamat dehidrogenaza (GDH), koja prenosi vodonik na NAD+ prema reakciji : Glutamat + NAD+ GDH α-ketoglutarat + NADH + NH4+

Dekarboksilacija Drugi reakcioni put razgradnje aminokiselina predstavlja dekarboksilacija pri kojoj uz izdvajanje ugljendioksida iz aminokiseline nastaje primarni amin, čija se strukturna formula izvodi iz formule dekarboksilovane aminokiseline. Ovako nastali amini nazivaju se biogeni amini i imaju izrazito farmakološko delovanje, a učestvuju i kao značajni prekursori hormona, koenzima i drugih biološki važnih molekula. Histamin koji nastaje dekarboksilacijom histidina, u prisustvu enzima histidin dekarboksilaze pored ostalih efekata, utiče stimulatorno na lučenje želudačnog soka

Transaminacija aminokiselina Transaminacija predstavlja reakcioni put u toku koga dolazi do prenosa aminogrupe sa jedne aminokiseline na -ketokiselinu pri čemu dolazi do nastajanja neesencijalne aminokiseline. Samim tim ne dolazi do izdvajanja slobodnog amonijaka Ovim procesom praktično se povećava količina neesencijalnih aminokiselina u organizmu koje intenziviraju biosintezu proteina. U procesu transaminacije glutamat predstavlja osnovnog donora aminogrupe, dok se ketoglutarat pojavljuje kao glavni akceptor amino grupe. Enzimi koji katalizuju reakcije transaminacije najčešće imaju kao koenzimsku grupu piridoksalfosfat čija aldehidna grupa ima veoma bitnu ulogu u procesu prenosa aminogrupe.

Transaminacija aminokiselina