ODBOURÁNÍ AMINOKYSELIN

Transkript

1 DBURÁNÍ AMINKYSELIN

2 ÚVD dbourávání proteinů Deaminace aminokyselin rnithinový (močovinový) cyklus sud uhlíkaté kostry aminokyselin

3 Metabolismus proteinů a aminokyselin

4 Metabolismus proteinů a aminokyselin

5 dbourávání proteinů

6 dbourávání proteinů Délka existence proteinů se pohybuje od několika minut k týdnům a déle. Buňky kontinuálně odbourávají proteiny na aminokyseliny a syntetizují proteiny. Důvodem obměny proteinů je: 1. Proteiny jako skladovatelná energie (?!). V čase metabolické potřeby se odbourávají a uhlíkatá kostra se využívá např. k syntéze glukosy (svalové proteiny). 2. dstranění abnormálních proteinů jejichž přítomnost v buňce by buňku vyřadila z činnosti. 3. Realizace regulačních mechanismů v buňce odstraněním některých enzymů nebo jejich regulátorů.

7 Poločasy existence některých proteinů krysích jater Enzymy s krátkou dobou existence rnithindekarboxylasa 0,2 RNA polymerasa I 1,3 Tyrosinaminotransferasa 2,0 Serindehydratasa 4,0 Fosfoenolpyruvátkarboxylasa 5,0 Enzymy s dlouhou dobou existence Aldolasa 118 Glyceraldehydfosfátdehydrogenasa 130 Cytochrom b 130 Laktátdehydrogenasa 130 Cytochrom c 150 Poločas (h)

8 Trávení a absorpce proteinů Žaludek Kyselé prostředí denaturace proteinů Poté pepsin nespecifická proteinasa Lumen tenkého střeva Proteinasy pankreatu trypsin, chymotrypsin (sekrece ve formě zymogenů) Vznikají volné aminokyseliny, zčásti di a tripeptidy Aminopeptidasy N štěpení od N konce Směs aminokyselin a krátkých peptidů vstupuje z lumen do buněk tenkého střeva a poté do krve.

9 Degradace proteinů a aminokyselin Volné aminokyseliny mají původ, buď z degradace buněčných proteinů, nebo z potravy. Žaludeční proteasa pepsin a pankreatické proteasy trypsin, chymotrypsin a elastasa a řada další endo a exopeptidas hydrolyzují polypetidy na oligopetidy a posléze až na aminokyseliny. Aminokyseliny jsou absorbovány střevní sliznicí a transportovány krevním řečištěm do dalších tkání. dbourávání aminokyselin probíhá intracelulárně.

10 Degradace proteinů a aminokyselin

11 LYSSMYlysosomální degradace LYSSMY Jsou kulovité organely nacházející se v cytosolu eukaryotních buněk, od něhož jsou odděleny jednou (dvojvrstevnou) membránou. V rostlinných buňkách se lyzozomy nevyskytují a jejich úlohu přejímají vakuoly. Vznikají zpravidla oddělením se z hladkého endoplazmatického retikula či Golgiho komplexu. V mrtvých nebo poškozených buňkách dochází k narušení lyzozomů a následnému natrávení struktur celé buňky, tzv. autolýza buňky.

12 LYSSMY lysosomální degradace Primární lyzozomy (předlyzozomy) váčky obsahující hydrolasy, ale nikoliv materiál k trávení Sekundární lyzozomy větší a obsahují hydrolasy spolu s materiálem k trávení. Vznikají splynutím primárního lyzozomu s tzv. fagozomem (váčkem obsahujícím materiál určený k hydrolýze). Vzniklé jednoduché molekuly (např. monosacharidy) jsou transportovány z lumen lyzozomu do cytosolu. Terciární lyzozomy (postlyzozomy, reziduální tělíska) obsahují zbytky materiálu, který již nelze rozložit. Jejich obsah může být pomocí exocytózy posléze vyloučen z buňky a terciární lyzozom tak zanikne. Nestrávený materiál se ale může hromadit v buňce.

13 LYSSMYlysosomální degradace Uvnitř lyzozomů se nachází vhodné prostředí k degradaci mnoha různých typů organických látek, jako jsou cukry, tuky, bílkoviny i nukleové kyseliny. bsahují 50 různých druhů enzymů a navíc i výrazně kyselé prostředí (p 5). U dobře živených buněk je lysosomální degradace neselektivní. U hladovějících je degradace selektivní zachovávají se důležité enzymy a regulační proteiny. dbourávají se proteiny obsahující pentapeptidovou sekvenci LysPheGluArgGln (KFERQ). S lysosomální degradací je spojena např. rheumatoidní arthritida

14 Ubiquitin U eukaryotních buněk působí při degradaci také proces spotřebovávající ATP a zahrnující ubiquitin. Ubiquitin (z lat. ubique, všude)) monomerní protein obsahující 76 aminokyselin. Přítomný ve všech eukaryotických buňkách. Reguluje rozklad jiných proteinů v proteazomu, lyzozomu či ve vakuole. V určitých případech však také stimuluje endocytózu, vnitrobuněčný transport Podílí se na udržování struktury chromatinu (ubiquitin se váže se na histony).

15 Ubiquitin Nobelova cena za chemii 2004 for the discovery of ubiquitinmediated protein degradation" Aaron Ciechanover (Technion Israel Institute of Technology, aifa, Israel), Avram ershko (Technion Israel Institute of Technology, aifa, Israel), Irwin Rose (University of California, Irvine, USA) N Gly 75 Isopeptidová vazba ubiquitinu s cílovým proteinem. N N Gly 76 Lys UBIQUITIN Struktura ubiquitinu. N N N CÍLVÝ PRTEIN

16 Ubiquitin Proteiny určené k degradaci jsou označeny kovalentní vazbou s ubiquitinem ubiquitinace. Proces probíhá ve třech stupních za účasti tří enzymů. A) Ubiquitin aktivační enzym E 1 ubiquitin se za účasti ATP připojí na E 1 B) Ubiquitin konjugační enzym E 2 přenos ubiquitinu na E 2 přes terminální karboxyl ubiquitinu a Cys E 2 C) Ubiquitinprotein ligasa E 3 přenos aktivovaného ubiquitinu na eaminoskupinu Lys odstraňovaného proteinu (isopeptidová vazba) Aby byl protein odbourán musí být označen řetězcem minimálně čtyř ubiquitinů, ale až padesáti polyubiquitinový řetězec.

17 Ubiquitin * E1aktivační enzym E2konjugační enzym E3 ubiquitinprotein ligasa

18 Proteasom Po připojení ubiquitinu je označený protein degradován proteasomem 26S. Tato degradace je specifická a přesně cílená, je tedy často využívaná pro specifické odstranění proteinů signálních drah. Proteiny degradované proto, aby jejich aminokyseliny, případně peptidy mohly být použity jako stavební kameny, bývají degradovány spíše nespecificky proteasami. 26S proteasom velký (2100 kd, 26S) multiproteinový komplex, který má na obou koncích čepičku označenou 19S cap. Čepičky rozpoznávají ubiquitynylovaný protein. Ubiquitynylovaný protein vstoupí do dutiny proteasomu bez odštěpeného řetězce ubiquitinů, které se recyklují. Protein uvnitř dutiny proteasomu je hydrolyticky štěpen na aminokyseliny.

19 Proteasom Elektronický snímek proteasomů z Xenopus laevis Červená střední část 26S, žluté čepičky 19S. Vpravo pohled shora. *

20 Proteasom 1. Ubikvitinace 2. Interakce s proteasomem 3. Rozvinutí struktury proteiny 4. Degradace 5. Uvolnění ubikvitinu

21 dbourání aminokyselin

22 Degradace aminokyselin Prvním krokem je odstranění aaminoskupiny. Většinou ve formě amoniaku, který je vylučován, buď přímo, nebo přes další sloučeniny z organismu. Uhlíkatý skelet aminokyselin (aoxokyseliny) je odbouráván na C 2 a 2 nebo převeden na glukosu, acetyl CoA nebo ketolátky. dstranění aaminoskupiny: A) Transaminace B) xidativní deaminace C) ydrolytická deaminace D) Eliminační deaminace

23 dstranění aminoskupiny aminokyselin

24 dstranění aminoskupiny aminokyselin

25 Kofaktor pyridoxal fosfát C ( 2 C) 4 ENZYM N N 2 2 C 2 3 P 2 C 2 3 P 2 C N C 3 N C 3 Pyridoxal5 fosfát navázaný na apoenzym Pyridoxamin5 fosfát (PMP)

26 Kofaktor pyridoxal fosfát PLP je pevně vázán na enzym přes imino vazbu (Schiffova báze) na eaminoskupinu Lys. Vznik pyridoxamin5 fosfát (PMP

27 Transaminace Aminotransferasy EC koenzymem pyridoxal5 fosfátem (PLP). Přenos aminoskupiny na oxokyselinu 2 C C 2 N Pyridoxin (vitamin B 6 ) C P 5 2 C 4 C 1 N Pyridoxal5 fosfát (PLP) C 3 N 3 R C C C C 2 C 2 C C Aminokyselina 2xoglutarát R C C N 3 C C 2 C 2 C C 2xokyselina Glutamát

28 Mechanismus transaminace

29 Transaminace EC Aspartáttransaminasa; Glutamátoxaloacetáttransaminasa; Glutamátaspartáttransaminasa; Transaminasa A N 3 C C 2 C 2 C C Glutamát C C 2 C C xaloacetát C C 2 C 2 C C 2xoglutarát C N 3 C 2 C C Aspartát

30 Transaminace R C C a TRANSAMINACE C ENZYM Lys N R C C a N C ENZYM Lys N a c b R C C a N C ENZYM Lys N 2 N P 2 C 2 3 P 2 C 2 3 P 2 C N C 3 N C 3 N C 3 aaminokyselina EnzymPLP Schiffova báze Geminální diaminový meziprodukt AminokyselinaPLP Schiffova báze (aldimin) Převedení aminokyseliny na 2oxokyselinu. Aminoskupina aminokyseliny působí jako nukleofil za tvorby aldiminu. Lys 2 N 2 3 P 2 C ENZYM R C C a N Rezonancí stabilizovaný meziprodukt C N C 3

31 Transaminace Tautomerizace. AminokyselinaPLP Schiffova báze tautomerizuje na 2oxokyselinu PMP Schiffovu bázi ketimin TAUTMERIZACE Lys ENZYM Lys ENZYM Lys ENZYM 2 N R C C 2 N R C C 2 N a a N N C C R C C a N C 2 3 P 2 C 2 3 P 2 C 2 3 P 2 C N C 3 N C 3 N C 3 Rezonancí stabilizovaný meziprodukt Ketimin

32 Transaminace ydrolýza. 2xokyselinaPMPSchiffova báze je hydrolyzována na PMP a 2oxokyselinu. YDRLÝZA Lys ENZYM 2 N R C C a N C P 2 C 3 P Lys ENZYM 2 N R C C a N C 2 C 2 3 P Lys 2 N 2 C ENZYM N 2 C R C C a N C 3 N C 3 N C 3 Ketimin Karbinolamin Pyridoxamin5 fosfát (PMP)Enzym 2xokyselina

33 Převod aoxokyseliny na aminokyselinu. Převod zahrnuje stejné tři kroky, ale v opačném pořadí: A) PMP reaguje s aoxokyselinou za tvorby Schiffovy báze. B) axokyselinapmp Schiffova báze tautomerizuje za tvorby aminokyselinaplp Schiffova báze. C) eaminoskupina Lys v aktivním místě atakuje aminokyselinuplp Schiffova báze v transiminační reakci za tvorby aktivní enzymplp Schiffova báze a současného uvolnění nově vzniklé aminokyseliny. V reakci vzniká rezonančně stabilní C a karbanion stabilizovaný protonizovaným dusíkem pyridinia. Při transaminaci se uvolňuje a proton.

34 Transaminace Substráty většiny aminotransferas jsou 2oxoglutarát a oxaloacetát a pyruvát. Aminotransferasové reakce jsou reversibilní a podílí se tak i na syntéze aminokyselin. Přítomnosti aminotransferas ve svalových a jaterních buňkách se využívá k diagnostickým účelům. Klinické měření se nazývá SGT (serum glutamátoxaloacetáttransaminasa), AST (aspartáttransaminasa), a SGPT (serum glutamátpyruváttransaminasa, nebo ALT alanintransaminasa,). Vysoké aktivity těchto enzymů v krevním séru indikují porušení svalové nebo jaterní tkáně (infarkt myokardu, zánět jater). Jediná aminokyselina, která nepodléhá transaminaci je Lys.

35 xidativní deaminace Glutamátdehydrogenasa EC (GD). Allosterická inhibice ATP a GTP, aktivace ADP a GDP. Proč?? GD je mitochondriální enzym, jediný enzym, který využívá jak NAD, tak NADP jako redoxní koenzym. xidace probíhá přenosem hydridového aniontu z auhlíku Glu na NAD(P). Meziproduktem je aiminoglutarát, který je hydrolyzován na amoniak a aoxoglutarát. Anaplerotická reakce. GD je allostericky inhibována GTP a NAD, aktivována ADP a NAD. N 3 NAD(P) NAD(P) N 2 2 N 4 C C 2 C 2 C C Glutamát C C 2 C 2 C C aiminoglutarát C C 2 C 2 C C axoglutarát

36 rnithinový (močovinový )cyklus Živé organismy uvolňují nadbytečný dusík třemi způsoby: A) Vodní živočichové do vody jako amoniak amonotelní. B) Suchozemští živočichové jako močovinu ureotelní. C) Ptáci a suchozemští plazi jako močovou kyselinu a její soli urikotelní. N 3 2 N C N 2 N N N N AMNIAK MČVINA MČVÁ KYSELINA

37 rnithinový (močovinový )cyklus Publikován v roce 1932 (první známý metabolický cyklus). Krebs a K. enseleit. Syntéza močoviny probíhá v jaterních buňkách, částečně v matrix, částečně v cytosolu. Jeden dusík z N 3, druhý z Asp a uhlík z C 2. N 3 N 3 C 3 C C 2 C C 3 ATP Aspartát 2 ADP 2 P i AMP PP i 2 N C N 2 C C C C Močovina Fumarát

38 rnithinový (močovinový )cyklus Reakce močovinového cyklu pět enzymů dva mitochondriální tři cytosolové 1. Karbamoylfosfátsynthetasa (CPS) není součástí cyklu. Katalyzuje kondenzaci a aktivaci N 3 a C 3 za tvorby karbamoylfosfátu při spotřebě dvou ATP. U eukaryot existují dvě CPS CPS I a CPS II. Mitochondriální CPS I má jako zdroj dusíku amoniak a podílí se tak na syntéze močoviny. Reakce je prakticky ireversibilní a rychlost cyklu limitující. Cytosolová CPS II má jako zdroj dusíku Gln a účastní se biosyntézy pyrimidinových nukleotidů.

39 rnithinový (močovinový )cyklus Mechanismus působení CPS I 1. ATP aktivuje C 3 ATP C 3 karboxyfosfát ADP. 2. Amoniak atakuje karboxyfosfát, uvolňuje fosfát za tvorby karbamátu a P i. 3. Druhé ATP fosforyluje karbamát za tvorby karbamoylfosfátu. ADP P ADP ADP P i ATP C P 2 C P 3 N 3 C N Karboxyfosfát Karbamát ADP 2 3 P C Karbamoylfosfát N 2

40 rnithinový (močovinový )cyklus Karbamoylfosfátsynthetasová reakce Glutamát R C C 2xokyselina NAD(P) Glutamátdehydrogenasa Transaminasa N 3 NAD(P) 2xoglutarát R C C Aminokyselina 2 ATP C 3 N 3 2 N C P ADP P i Karbamoylfosfát MITCNDRIE

41 rnithinový (močovinový )cyklus Další enzymy močovinového cyklu 2. rnithintranskarbamoylasa. Přenáší karbamoylovou skupinu na ornithin citrullin. Reakce probíhá v mitochondrii ornithin je transportován dovnitř a citrullin do cytosolu. 3. Argininosukcinátsynthetasa. Vstup druhého dusíku do cyklu. Kyslík citrullinu je aktivován ATP za tvorby citrullylamp. Poté vstupuje Asp. Difosfát je difosfatasou rozkládán na dva P i. 4. Argininosukcinasa. Enzym katalyzuje eliminaci fumarátu a oddělení Arg. Fumarát analogickou reakcí jako v citrátovém cyklu přechází na malát a poté na oxaloacetátreakce probíhají v cytosolu a výsledný oxaloacetát vstupuje do glukoneogeneze. 5. Arginasa. Enzym katalyzuje hydrolýzu Arg na močovinu a ornithin, který je transportován zpět do mitochondrie. Močovina je odváděna do ledvin a močí ven z těla.

42 rnithinový (močovinový )cyklus MITCNDRIE 2 ATP C 3 N 3 2 N C 2 P 3 1 Karbamoylfosfát Karbamoylfosfátsynthetasa 2 ADP P i C N N 2 Arginasa N 3 (C 2 ) 3 C N 3 C 2 N C N 2 Močovina 2 N rnithin 2 C N (C 2 ) 3 N 2 C N 3 C 5 rnithin Arginin C C C C 2 rnithintranskarbamoylasa 4 Fumarát ATP AMP PP i P i Citrulin Argininosukcinát Citrulin (C 2 ) 3 Argininosukcinasa CYTSL 3 C N 3 C C 2 C C N C C C 2 C C Aspartát C N N 3 N 2 (C 2 ) 3 C N 3 C Argininosukcinátsynthetasa

43 rnithinový (močovinový )cyklus

44 rnithinový (močovinový )cyklus

45 Mechanismus argininosukcinátsynthetasy N 2 PP i N 2 AMP N 2 AMP P P C AMP C 2 N C C 2 1 N N C C 2 C N N C C 2 C C ATP (C 2 ) 3 (C 2 ) 3 Aspartát (C 2 ) 3 C N 3 C N 3 C N 3 C C C Citrulin CitrulylAMP Argininosukcinát

46 Další osud fumarátu v cytosolu C C C C C Fumarasa C C 2 Malátdehydrogenasa C 2 C GLUKNEGENEZE C Fumarát 2 C Malát NAD(P) NAD(P) C xaloacetát

47 Regulace močovinového cyklu Karbamoylfosfátsynthetasa je allostericky aktivována N acetylglu. Se vzrůstajícím odbouráváním aminokyselin roste koncentrace Glu a syntéza NacetylGlu močovinový cyklus se urychluje. Močovinový cyklus stejně jako glukoneogeneze a ketogeneze je lokalizován v játrech, ale slouží pro celý organismus. statní enzymy cyklu jsou pod kontrolou koncentrace svých substrátů. C (C 2 ) 2 C C N C C 3 NAcetylglutamát

48 Regulace močovinového cyklu Karbamoylfosfátsynthetasa Je allostericky aktivována NacetylGlu. Se vzrůstajícím odbouráváním aminokyselin roste koncentrace Glu a syntéza NacetylGlu Močovinový cyklus se urychluje.

49 Vztah mezi citrátovým a močovinovým cyklem Aspartátargininsukcinátový člunek přenos aminoskupiny

50 Transport amonných iontů do jater

51 Glukosoalaninový člunek

52 dstranění aminoskupiny aminokyselin

53 Transport amonných iontů do jater a močovinový cyklus

54 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin Aminokyseliny jsou odbourávány na sloučeniny, které mohou být metabolizovány na C 2 a 2 nebo využity při glukoneogenezi. dbouráváním aminokyselin u živočichů se obvykle získává 10 až 15 % metabolické energie. Dvacet standardních aminokyselin je odbouráváno na sedm metabolických meziproduktů: 1. pyruvát 2. aoxoglutarát 3. sukcinylcoa 4. fumarát 5. oxaloacetát 6. acetylcoa 7. acetoacetát

55 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin Na tomto základě dělíme aminokyseliny do tří skupin: glukogenní, ketogenní a gluko i ketogenní. Glukogenní aminokyseliny se odbourávají na pyruvát, 2oxoglutarát, sukcinylcoa, fumarát a oxaloacetát prekurzory glukosy. Ketogenní aminokyseliny se odbourávají na acetylcoa a acetoacetát mohou být převedeny na mastné kyseliny a ketolátky. čistě ketogenní jsou Lys a Leu.

56 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin

57 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin Aminokyseliny glukogenní: Gly, Ala, Cys, Ser, Thr, (Trp)(odbourávají se na pyruvát); Arg, Glu, Gln, Pro, is (odbourávají se na aoxoglutarát); Ile, Met, Val, Thr (odbourávají se na sukcinylcoa); Asp, Asn (odbourávají se na oxaloacetát, Asp také na fumarát močovinovým cyklem) Aminokyseliny ketogenní: Leu, Lys (odbourávají se na acetylcoa a acetoacetát); Aminokyseliny gluko i ketogenní: Trp (odbourává se na acetoacetát a Ala); Phe, Tyr (odbourávají se na fumarát a acetoacetát)

58 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin

59 dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin

60 Kofaktory podílející se na přenosu 1 uhlíkových zbytků

61 Tetrahydrofolát jako transfer jednouhlíkatých štěpů 2 N N 2 N 1 N 8 N C 2 9 N 10 C N C C C 2 C 2 C n 2Amino4oxo6methylpterin paminobenzoová kyselina Glutamáty (n=16) Pteroová kyselina Pteroylglutamová kyselina (tetrahydrofolát, TF)

62 xidační stupně jednouhlíkatých skupin přenášených TF xidační stupeň Přenášená skupina TF derivát Methanol Methyl (C 3 ) N 5 methyltf Formaldehyd Methylen (C 2 ) N 5, N 10 methylentf Mravenčany Formyl (C=) N 5 (N 10 )formyltf Formimino (C=N) N 5 formiminotf Methenyl C=) N 5,N 10 methenyltf

63 Dva stupně redukce folátu na TF. N 2 N N N N NADP NADP NADP NADP 2 N N N 8 7 N C 2 N C 2 10 N R 10 N R 2 N N N N 5 N 6 C 2 10 N R Folát 7,8Dihydrofolát (DF) 5,6,7,8Tetrahydrofolát (TF)

64 Tvorba tetrahydrofolátů jednouhlíkatý štěp

65 Sulfonamidy kompetují s paminobenzoovou kyselinou při bakteriální syntéze TF. Antibakteriální chemoterapeutika. 2 N S N Sulfonamidy (R=, sulfanilamid) R 2 N C paminobenzoová kyselina

66 Sadenosylmethionin

67 1. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na pyruvát 6 aminokyselin: Ala, Cys, Gly, Ser a Thr, (Trp) Ala je transaminován na pyruvát. Cys je převáděn na pyruvát různými cestami za odštěpení 2 S, S 3 2 nebo SCN. Gly je převáděn na pyruvát přes Ser enzymem serinhydroxymethyltransferasou. Enzym má jako koenzym N,N methylentf. Ser je dehydratován serindehydratasou (prosthetická skupina PLP) na aminoakrylát a ten spontánně neenzymově tautomerizuje na iminoderivát, který hydrolyzuje na pyruvát a N 3. Thr je jak glukogenní, tak ketogenní, protože poskytuje pyruvát i acetylcoa.

68 6 aminokyselin: Ala, Cys, Gly, Ser a Thr, (Trp) 1. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na pyruvát Glycinsynthasa

69 1. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na pyruvát NAD NAD 3 C C C C 3 C C C C N 3 2Amino3oxobutyrát N 3 Threonin 3 C C Acetaldehyd CoA CoA 3 C C SCoA AcetylCoA C N 3 Glycin C

70 1. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na pyruvát C N 3 Glycin C NAD N 4 C 2 N 5, N 10 MethylenTF NAD 3 N C 2 C Glycin TF S 2 C C C 3 C C C 2 C C C N 3 Cystein N 3 Alanin N 3 Serin 2 Různé metabolické dráhy 2xoglutarát Glutamát N 3 ( 2 S, S 3 2, SCN ) 3 C C C N 3 Pyruvát

71 Metabolismus glycinu Tři dráhy degradace 1. Vede k tvorbě pyruvátu (přes serin) (PLP) 2. Štěpení na N 3, C 2 a metylenovou skupinu (TF) 3. Přeměna na oxalát přes glyoxalát

72 Metabolismus cysteinu

73 5 aminokyselin: Pro, Glu, Gln, Arg, is 2. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na 2oxoglutarát

74 2. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na 2oxoglutarát C C C 2 C 2 N 3 Arginin N C N 2 N 2 C N 2 Prolin C C C 2 C C N C N istidin N 3 1/2 2 Močovina C C C 2 C 2 N 3 N 3 rnithin 2 C N Pyrrolin5karboxylát C C C C C N C N N 4 Urokanát 2xoglutarát Glutamát C C C 2 C N 3 Glutamát5semialdehyd 2 N C C N C 2 2 C 2 C Imidazol5propionát C 2xoglutarát 2 Glutamát C C C 2 C 2 C C C C 2 C 2 N 3 Glutamin C N 2 2 N 3 C C C 2 C 2 C N 3 Glutamát N 5 FormiminoTF TF N N C NFormiminoglutamát NADP NADP N 3 C C C 2 C 2 C 2xoglutarát

75 4 aminokyseliny: Met, Ile, Val, Thr 3. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na sukcinylcoa

76 3. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na sukcinylcoa

77 Met 3. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na sukcinylcoa ATP 2 P i PP i 3 C S C 2 C 2 C C 3 C S C 2 C 2 C C C 2 N 3 Adenosin N 3 Methionin SAdenosylmethionin (SAM) N 5 MethylTF Akceptor methylu Methylovaný akceptor Biosyntetická methylace S C 2 C 2 C N 3 omocystein C Adenosin 2 S C 2 C 2 C N 3 C 2 Adenosin SAdenosylhomocystein C

78 Met 3. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na sukcinylcoa S C 2 C 2 C C N 3 omocystein Serin 5 2 S C 2 C 2 C C 2 N C C 2 C C S C 2 C C 2 C C C N 3 Biosyntéza cysteinu 2xobutyrát N 3 Cystein N 3 Cystathionin 7 CoAS NAD NAD C 2 3 C C 2 C SCoA C C 2 C 2 C C PropionylCoA SukcinylCoA

79 2 aminokyseliny: Phe, Tyr 4. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na fumarát

80 Úloha tetrahydrobiopterinu v hydroxylaci fenylalaninu

81 Fenylalanin a tyrosin se odbourávají na fumarát a acetoacetát První reakce degradace Phe je hydroxylace fenylalaninu na tyrosin. Poté je dráha degradace společná s Tyr. Enzym fenylalaninhydroxylasa (obsahuje Fe 3 ), kofaktory jsou biopterin a pterin. Pteriny jsou sloučeniny obsahující pteridinový heterocyklus. Je jistá podobnost mezi pteridinovým kruhem a isoalloxazinovým flavinových koenzymů. Foláty také obsahují pterinový kruh!! Pteriny se podílejí na biologických oxidacích. Aktivní formou je plně redukovaný 5,6,7,8tetrahydrobiopterin, tvořící se redukcí 7,8dihydropterinu NADP dihydrofolátreduktasou!

82 dbourávání fenylalaninu (fenylalaninhydroxylasa) Tetrahydrobiopterin 2 C 2 C C Dihydrobiopterin 2 C 2 C C Fenylalanin N 3 Tyrosin N 3 2xoglutarát Glutamát C 2 C C pydroxyfenylpyruvát Askorbát 2 Dihydroaskorbát 2 C 2 C C C C 3 C C C 2 C C 2 C Fumarát Acetoacetát omogentisát 2 C C 2 C C C C C 2 C C 2 C C C C 2 C C 2 C 4Fumarylacetoacetát 4Maleylacetoacetát

83 dbourávání fenylalaninu a tyrozinu

84 Fenylketonurie a alkaptonurie poruchy odbourávání Phe Alkaptonurie se projevuje vylučováním velkého množství homogentisové kyseliny močí, která na vzduchu tmavne. Jedná se deficit homogentisátdioxygenasy. Fenylketonurie defekt hydroxylace Phe, zvýšená hladina Phe v krvi (hyperfenylalaninemie) a v moči fenylpyruvát jako produkt transaminace Phe. Pokud není po narození dítěte onemocnění zachyceno, dědičné onemocnění, a neléčeno, dochází k mentální retardaci. Dieta prostá fenylalaninu. Mimo jiné se nesmí sladit Aspartamem, umělé sladidlo (AspPhemethyl ester). C 2 C C Fenylpyruvát

85 5. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na oxalacetát 2 aminokyseliny: Asp, Asn

86 6. a 7. dbourávání uhlíkaté kostry aminokyselin na acetyl CoA a acetoacetylcoa 7 aminokyselin: Trp, Lys, Phe, Tyr, Leu, Ile, Thr

87 dbourávání větvených aminokyselin Větvené aminokyseliny jako Ile, Leu a Val jsou v prvních třech krocích odbourávány společnými enzymy. 1. Transaminace na odpovídající aoxokyseliny. 2. xidativní dekarboxylace na odpovídající acylcoa. 3. Dehydrogenace FAD za tvorby dvojné vazby. statní reakce jsou analogií oxidace mastných kyselin. Dehydrogenasa větvených aketokyselin katalyzující druhou reakci je homologem pyruvátdehydrogenasy a aoxoglutarátdehydrogenasy. Genetický nedostatek tohoto enzymu vede k onemocnění zvaném moč javorového sirupu. Moč obsahuje větvené aketokyseliny a zapáchá nebo voní jako javorový sirup.

88 dbourávání Ile, Val a Leu R 1 R 2 C C C N 3 (A) Isoleucin: R 1 = C 3, R 2 = C 3 C 2 (B) Valin: R 1 = C 3, R 2 = C 3 (C) Leucin: R 1 =, R 2 = (C 3 ) 2 C 2xoglutarát Glutamát 1 R 1 R 2 C C C (A) 2xo3methylvalerát (B) 2xoisovalerát (C) 2xoisokapronát NAD CoAS NAD C 2 2 R 1 R 2 C C SCoA (A) 2MethylbutyrylCoA (B) IsobutytrylCoA (C) IsovalerylCoA

89 Pokračování odbourávání Ile, Val a Leu R 1 C C SCoA A) Isoleucin B) Valin C) Leucin R 2 FAD 3 FAD 2 (A) (B) (C) 3 C 3 C C C C SCoA 2 C C C SCoA C C C SCoA C 3 C 3 3 C TiglylCoA MethylakrylylCoA 3MethylkrotonylCoA 3 reakce 4 reakce 3 reakce CoAS 3 C C SCoA AcetylCoA 3 C C SCoA AcetylCoA 3 C C 2 C SCoA C 2 PropionylCoA C C 2 C C 3 Acetoacetát SukcinylCoA

90 dbourávání Lys a Trp dbouráváním lysinu v savčích játrech se tvoří acetoacetát a 2 C 2 přes adukt Lys s aoxoglutarátem sacharopin. Celé odbourávání zahrnuje celkem jedenáct dílčích reakcí. Lys a Leu jsou jediné dvě aminokyseliny, které jsou ketogenní. Tryptofan se odbourává na Ala a acetoacetát. První čtyři reakce jsou katalyzovány kinureninasou jejíž PLP koenzym umožňuje štěpení vazby C b C g za uvolnění Ala. Zbylý Trp skelet je převeden v pěti reakcích na aketoadipát, který je také meziproduktem odbourávání Lys. aketoadipát je štěpen na 2 C 2 a acetoacetát v sedmi následných reakcích.

91 dbourávání Trp C C 2 C C C C 2 C C N 3 1 N 3 N 2 N C Tryptofan NFormylkynurenin

92 dbourávání Trp C C 2 C C N 3 N C 2 C NFormylkynurenin 2 C C 2 C C N 2 Kynurenin N 3

93 dbourávání Trp C C 2 C C N 3 3 C C 2 C C N 3 N 2 2 NADP 2 NADP N 2 Kynurenin 3ydroxykynurenin

94 dbourávání Trp C C 2 C C N 2 N 3 3ydroxykynurenin 2 4 C N 2 3ydroxyanthranilát 3 C C C N 3 Alanin

95 Další reakce odbourávání Trp C N 2 3ydroxyanthranilát 3 C C C N 3 Alanin 5 reakcí C C 7 reakcí 3 C C C 2 Acetoacetát C 2xoadipát C 2 C 2

96