단백질 구조를 구성하는 20개의 아미노산과 변형된 아미노산에 대해 이야기하려면 적어도 12개의 특수 대사 경로를 설명해야 합니다.
그러나 왜 세포는 아미노산을 이화하기 위해 각각 효소적 유산을 갖고 있는 에너지를 필요로 하는 많은 대사 경로(예를 들어 효소의 촉매 부위를 재생하기 위해)를 사용합니까? 거의 모든 아미노산에서 특수한 경로를 통해 에너지를 생산하는 데 약간 사용되지만(예: 포도당신생합성 및 케톤체 경로를 통해) 대사산물을 얻을 수 있습니다. 많은 수의 탄소 원자를 가진 분자(예: 페닐알라닌과 티로신에서 호르몬은 이 목적에 특화된 부신에서 생성됨); 한편으로는 아미노산에서 에너지를 생산하는 것이 간단하고 다른 한편으로는 작은 분자에서 시작하여 복잡한 분자를 만드는 것이 복잡할 것입니다. 아미노산의 이화작용으로 인해 골격을 이용하여 더 큰 종을 얻을 수 있습니다.
건강한 개인은 매일 2~3 헥토그램의 아미노산을 분해합니다. 그 중 60-100g은 식단과 함께 도입된 단백질에서 유래하지만 2헥토그램은 유기체의 필수적인 부분인 단백질의 정상적인 전환에서 얻습니다. 산화 환원 과정에 의해 손상된 이러한 단백질의 아미노산은 다른 것으로 대체되어 이화됩니다.
아미노산은 ATP 측면에서 에너지 기여를 제공합니다. α-아미노 그룹을 제거한 후 적절한 변형을 따라 아미노산의 나머지 탄소질 골격이 크렙스 회로에 들어갈 수 있습니다. 또한 영양공급이 부족하고 포도당의 양이 감소하면 포도당신생합성이 활성화되는데, 포도당신생합성 아미노산은 적절한 변형 후에 포도당신생합성으로 도입될 수 있는 아미노산이고, 포도당신생합성 아미노산은 포도당으로 전환될 수 있는 아미노산이다. 피루브산 또는 푸마르산 (푸마르산은 미토콘드리아를 떠나는 말산으로 전환될 수 있으며 세포질에서는 포스포에놀 피루브산을 얻을 수 있는 옥살로아세테이트로 변형될 수 있음) 식초-아세테이트.
방금 설명한 것은 아미노산이 즉각적인 단식의 경우 당 결핍을 치료할 수 있기 때문에 매우 중요한 측면입니다. 단식이 지속되면 이틀 후 지질 대사가 개입합니다(단백질 구조가 너무 많이 공격받을 수 없기 때문에) 이 단계에서 포도당 신생합성이 매우 제한적이기 때문에 지방산이 아세틸 조효소 A와 케톤체로 전환됩니다. 추가 단식에서 뇌는 케톤체를 사용하도록 적응합니다.
아미노산에서 α-아미노기의 이동은 아미노기 전이 반응을 통해 발생합니다. 이 반응을 촉매하는 효소는 사실, 트랜스아미나제 (또는 아미노 전이효소). 이 효소는 알데하이드 그룹에 개입하는 피리독살 포스페이트라고 하는 효소 보조인자를 사용합니다. 피리독살 인산염은 주로 야채에서 발견되는 비타민(B6)인 피리독신의 인산화 산물입니다.
트랜스아미나제는 다음과 같은 특성을 가지고 있습니다.
케토글루타레이트-글루타메이트 α 쌍에 대한 높은 특이성;
그들은 두 번째 커플의 이름을 따서 명명되었습니다.
트랜스아미나제 효소는 항상 α 케토글루타레이트-글루타메이트 쌍을 포함하며 관련된 두 번째 쌍에 따라 구별됩니다.
예:
엘"아스파르테이트 트랜스아미나제 즉 GOT(Glutamate-Ossal acetate Transaminase): 효소는 α-아미노기를 아스파르테이트에서 α-케토글루타레이트로 이동시켜 옥살로아세테이트와 글루타메이트를 얻습니다.
엘"알라닌 트랜스아미나제 즉, GTP(글루타메이트-피루베이트 트랜스아미나제): 효소는 "알라닌"에서 α-케토글루타레이트로 α-아미노기를 전달하여 피루베이트와 글루타메이트를 얻습니다.
다양한 트랜스아미나제는 α-케토글루레이트를 아미노산의 아미노기 수용체로 사용하고 이를 글루타메이트로 변환하는 반면, 형성된 아미노산은 케톤체의 경로에 사용됩니다.
이러한 유형의 반응은 동일한 에너지 함량으로 결합을 끊고 형성하기 때문에 양방향으로 발생할 수 있습니다.
트랜스아미나제는 세포질과 미토콘드리아 모두에 있으며(대부분 세포질에서 활성임) 등전점이 다릅니다.
트랜스아미나제는 또한 아미노산을 탈탄산시킬 수 있습니다.
글루타메이트를 다시 α-케토글루타레이트로 전환하는 방법이 있어야 합니다. 이것은 탈아미노화에 의해 수행됩니다.
거기 글루타메이트 탈수소효소 그것은 글루타메이트를 α-케토글루타레이트로 변환할 수 있는 효소이며, 따라서 글루타메이트 형태로 발견되는 아미노산의 아미노 그룹을 암모니아로 변환합니다. 일어나는 것은 중간체 α-아미노 글루타레이트를 통과하는 산화 환원 과정입니다: 암모니아와 α-케토글루타레이트가 방출되어 순환으로 돌아갑니다.
그런 다음, 아미노산의 아미노 그룹의 처리는 아미노기 전이효소(기질에 따라 다름)와 암모니아의 형성을 결정하는 글루타메이트 탈수소효소를 통과합니다.
글루타메이트 탈수소효소에는 세포질과 미토콘드리아의 두 가지 유형이 있습니다. 이 효소의 보조 기질이기도 한 보조 인자는 NAD(P) +입니다. 글루타메이트 탈수소효소는 환원력의 수용체로 NAD + 또는 NADP +를 사용합니다. 세포질 형태는 NADP+를 선호하지만, 미토콘드리아 형태는 NAD+를 선호합니다. 미토콘드리아 형태는 아미노 그룹을 처리하는 목적을 가지고 있습니다. 암모니아(미토콘드리아의 특수 효소 기질)와 NADH(호흡 사슬로 보내짐)의 형성으로 이어집니다. 세포질 형태는 반대 방향으로 작용합니다. 즉, 암모니아와 α-케토글루타레이트를 사용하여 글루타메이트(생합성 목적지가 있음)를 제공합니다. 이 반응은 환원적 생합성이며 사용된 보조 인자는 NADPH입니다.
글루타메이트 탈수소효소는 암모니아와 같은 아미노산의 아미노 그룹을 처리해야 할 때(소변을 통해) 또는 아미노산의 골격이 에너지를 생성하는 데 필요할 때 작동합니다. 따라서 이 효소는 음성 조절제로 다음을 나타내는 시스템을 갖습니다 좋은 에너지 가용성(ATP, GTP 및 NAD(P) H) 및 긍정적인 조절제로서 에너지 필요를 나타내는 시스템(AMP, ADP, GDP, NAD(P) +, 아미노산 및 갑상선 호르몬).
아미노산(주로 류신)은 글루타메이트 탈수소효소의 양성 조절제입니다. 아미노산이 세포질에 존재하면 단백질 합성에 사용될 수 있거나 축적될 수 없기 때문에 폐기되어야 합니다(이는 아미노산이 양성 조절제인 이유를 설명합니다 ) .
암모니아 처리: 요소 순환
물고기는 암모니아를 아가미를 통해 물에 도입하여 처리하고 새는 이를 요산(축합 생성물)으로 변환하고 대변으로 제거합니다. 인간에게 어떤 일이 발생하는지 봅시다: 글루타메이트 탈수소효소가 α- 케토글루타레이트와 암모니아가 있지만 이것이 간의 미토콘드리아에서만 발생한다고 말하지는 않았습니다.
요소 회로를 통한 암모니아 처리의 근본적인 역할은 미토콘드리아 트랜스아미나제에 의해 수행됩니다.
중탄산염 이온(HCO3-) 형태의 이산화탄소는 암모니아와 반응하여 카르밤산을 생성하는 카르복시 비오틴을 형성하는 비오틴 보조인자에 의해 활성화됩니다. (ATP에서 ADP로의 전환은 카르복시비오틴을 얻기 위한 원동력입니다.) 이 단계는 다음으로 촉매됩니다. 카르바밀 포스페이트 합성효소 미토콘드리아에서 발생합니다. 카르바밀 포스페이트와 오르니틴은 효소의 기질입니다. 오르니틴 트랜스 카바밀라제 시트룰린으로 전환시키는 것; 이 반응은 미토콘드리아(간세포)에서 발생합니다. 생성된 시트룰린은 미토콘드리아를 떠나 세포질에서 "작용"을 받습니다.아르기닌 숙시네이트 합성효소: 시트룰린의 탄소질 골격과 아스파르트산염의 골격 사이에 친핵성 공격과 물의 후속 제거를 통한 융합이 있습니다. 아르기닌 숙시네이트 합성효소는 ATP 분자를 필요로 하므로 에너지 커플링이 있습니다. ATP가 AMP와 피로인산으로 가수분해(후자는 두 분자의 오르토인산으로 전환됨)는 기질에서 물 분자의 방출에 의해 발생합니다. 그리고 매체의 물의 작용에 의해서가 아닙니다.
"다음 효소는"아르기닌 숙시나제: 이 효소는 세포질 내에서 arginine succinate를 arginine과 fumarate로 분해할 수 있습니다.
요소 회로는 효소에 의해 완료됩니다. 아르기나제: 요소와 오르니틴이 얻어진다. 요소는 신장(소변)에 의해 처분되는 반면 오르니틴은 미토콘드리아로 돌아와 주기를 재개합니다.
요소 회로는 아르기닌에 의해 간접적으로 조절됩니다: 아르기닌의 축적은 요소 회로가 가속화되어야 함을 나타냅니다; 아르기닌이 아세틸 글루타메이트 합성 효소를 긍정적으로 조절하기 때문에 아르기닌의 조절은 간접적입니다. 후자는 글루타메이트의 질소에서 아세틸기를 전달할 수 있습니다. N-아세틸 글루타메이트가 형성되며 이는 카르바밀-포스포 합성효소 효소의 직접 조절제입니다.
카르바밀 포스페이트의 생산이 오르니틴을 처리하기에 충분하지 않으면 아르기닌이 요소 회로의 대사 산물로 축적됩니다.
요소는 간에서만 생성되지만 초기 반응이 일어나는 다른 부위가 있습니다.
뇌와 근육은 아미노기를 제거하기 위해 특별한 전략을 사용합니다. 뇌는 효소를 사용하는 매우 효율적인 방법을 사용합니다 글루타민 합성효소 그리고 효소 글루타마제: 첫 번째는 뉴런에 존재하고 두 번째는 간에서 발견됩니다. 이 메커니즘은 다음 두 가지 이유로 매우 효율적입니다.
두 개의 아미노 그룹은 단일 운반체로 뇌에서 간으로 운반됩니다.
글루타민은 글루타메이트보다 독성이 훨씬 적습니다(글루타메이트는 또한 신경 전달을 수행하며 생리학적 농도를 초과해서는 안 됩니다).
물고기에서도 유사한 메커니즘이 아미노산의 아미노기를 아가미로 가져옵니다.
근육(골격 및 심장)에서 아미노 그룹은 포도당-알라닌 회로를 통해 간에 도달합니다. 관련된 효소는 글루타민-피루베이트 트랜스아미나제입니다. 이것은 아미노 그룹(글루타메이트 형태)의 전위를 허용하고, 피루베이트를 알라닌으로 전환하고, 동시에 글루타메이트를 근육에서 α-케토글루타레이트로 전환하고, 간에서 역과정.
다른 작업이나 위치를 가진 트랜스아미나제는 또한 구조적 차이가 있으며 전기영동으로 결정할 수 있습니다(다른 등전점을 가짐).
혈액 내 트랜스아미나제의 존재는 간 또는 심장 손상(즉, 간 또는 심장 세포의 조직 손상)의 증상일 수 있습니다. 트랜스아미나제는 간과 심장 모두에서 매우 높은 농도로 존재합니다. 전기영동을 통해 손상이 간 또는 심장 세포에서 발생했는지 여부를 확인할 수 있습니다.
