ในการพูดคุยเกี่ยวกับกรดอะมิโน 20 ชนิดที่ประกอบกันเป็นโครงสร้างโปรตีนและกรดอะมิโนที่ดัดแปลง จำเป็นต้องอธิบายอย่างน้อยสิบสองวิถีทางเมแทบอลิซึมพิเศษ
แต่ทำไมเซลล์ถึงใช้วิถีเมแทบอลิซึมจำนวนมากที่ต้องใช้พลังงาน (เช่น เพื่อสร้างแหล่งตัวเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์ใหม่) แต่ละเซลล์มีสมบัติของเอนไซม์ เพื่อเร่งปฏิกิริยากรดอะมิโน จากกรดอะมิโนเกือบทั้งหมด เป็นไปได้ที่จะได้รับผ่านทางเดินเฉพาะ เมแทบอไลต์ซึ่งเป็นส่วนเล็กๆ ที่ใช้ในการผลิตพลังงาน (เช่น ผ่านกลูโคเนเจเนซิสและวิถีของคีโตนบอดี้) แต่เหนือสิ่งอื่นใด นำไปสู่การก่อตัวของสารเชิงซ้อน โมเลกุลที่มีอะตอมคาร์บอนจำนวนมาก (เช่น จากฟีนิลอะลานีนและไทโรซีน ฮอร์โมนจะผลิตขึ้นในต่อมหมวกไตซึ่งมีไว้สำหรับจุดประสงค์นี้โดยเฉพาะ) หากในด้านหนึ่ง การผลิตพลังงานจากกรดอะมิโนจะเป็นเรื่องง่าย ในอีกทางหนึ่ง การสร้างโมเลกุลที่ซับซ้อนโดยเริ่มจากโมเลกุลขนาดเล็กจะซับซ้อน: แคแทบอลิซึมของกรดอะมิโนช่วยให้พวกมันใช้ประโยชน์จากโครงกระดูกเพื่อให้ได้สปีชีส์ที่ใหญ่ขึ้น
กรดอะมิโนสองหรือสามเฮกโตกรัมจะถูกย่อยสลายทุกวันโดยบุคคลที่มีสุขภาพดี: 60-100 กรัมของพวกมันมาจากโปรตีนที่แนะนำพร้อมกับอาหาร แต่มากกว่า 2 เฮกโตกรัมได้มาจากการหมุนเวียนของโปรตีนที่เป็นส่วนประกอบสำคัญของสิ่งมีชีวิต ( กรดอะมิโนของโปรตีนเหล่านี้ ซึ่งได้รับความเสียหายจากกระบวนการรีดอกซ์ จะถูกแทนที่ด้วยอื่น ๆ และ catabolized)
กรดอะมิโนให้พลังงานในรูปของ ATP: หลังจากกำจัดหมู่ α-อะมิโน โครงกระดูกคาร์บอนที่เหลืออยู่ของกรดอะมิโน ตามการเปลี่ยนแปลงที่เหมาะสม สามารถเข้าสู่วงจร krebs ได้ นอกจากนี้ เมื่อขาดสารอาหารและปริมาณของกลูโคสลดลง gluconeogenesis จะถูกกระตุ้น: gluconeogenetic amino acids เรียกว่า gluconeogenetic amino acids ซึ่งหลังจากการดัดแปลงที่เหมาะสมสามารถนำไปสู่ gluconeogenesis ได้ gluconeogenetic amino acids คือกรดที่สามารถแปลงเป็น pyruvate หรือ fumarate (fumarate สามารถแปลงเป็น malate ที่ออกจาก mitochondrion และใน cytoplasm จะถูกเปลี่ยนเป็น oxaloacetate ซึ่งสามารถรับ phosphoenol pyruvate ได้)
สิ่งที่อธิบายไว้ข้างต้นเป็นสิ่งสำคัญมาก เนื่องจากกรดอะมิโนสามารถแก้ไขภาวะขาดน้ำตาลได้ในกรณีที่ต้องอดอาหารทันที หากการอดอาหารยังคงอยู่ หลังจากผ่านไป 2 วัน เมแทบอลิซึมของไขมันจะเข้าไปแทรกแซง (เนื่องจากโครงสร้างโปรตีนไม่สามารถโจมตีได้มากเกินไป) อยู่ในช่วงนี้เนื่องจากการสร้างกลูโคเนซิสมีจำกัดมาก กรดไขมันจะถูกเปลี่ยนเป็นอะเซทิลโคเอ็นไซม์ A และร่างกายของคีโตน จากการอดอาหารเพิ่มเติม สมองยังปรับให้เข้ากับร่างกายของคีโตน
การถ่ายโอนกลุ่มα-amino จากกรดอะมิโนเกิดขึ้นจากปฏิกิริยา transamination เอ็นไซม์ที่กระตุ้นปฏิกิริยานี้ พวกเขากล่าวว่า อันที่จริง ทรานสอะมิเนส (หรืออะมิโนทรานสเฟอร์เรส) เอนไซม์เหล่านี้ใช้โคแฟกเตอร์ของเอนไซม์ที่เรียกว่าไพริดอกซอล ฟอสเฟต ซึ่งเข้าไปแทรกแซงกลุ่มอัลดีไฮด์ของมัน ไพริดอกซ์ซัลฟอสเฟตเป็นผลผลิตจากฟอสโฟรีเลชั่นของไพริดอกซินซึ่งเป็นวิตามิน (B6) ที่พบในผักเป็นหลัก
Transaminases มีคุณสมบัติดังต่อไปนี้:
ความจำเพาะสูงสำหรับคู่คีโตกลูตาเรต-กลูตาเมต α;
พวกเขาได้รับการตั้งชื่อตามคู่ที่สอง
เอนไซม์ทรานส์อะมิเนสเกี่ยวข้องกับคู่ α ketoglutarate-glutamate เสมอ และมีความโดดเด่นตามคู่ที่สองที่เกี่ยวข้อง
ตัวอย่าง:
แอล"แอสพาเทต ทรานสอะมิเนส เช่น GOT (Glutamate-Ossal acetate Transaminase): เอนไซม์ถ่ายโอนกลุ่มα-amino จาก aspartate ไปยัง α-ketoglutarate เพื่อให้ได้ oxaloacetate และ glutamate
แอล"อะลานีน ทรานสอะมิเนส เช่น GTP (Glutamate-Pyruvate Transaminase): เอนไซม์ถ่ายโอนกลุ่มα-amino จาก "alanine" ไปยัง α-ketoglutarate เพื่อให้ได้ pyruvate และ glutamate
ทรานส์อะมิเนสต่างๆ ใช้ α-ketoglurate เป็นตัวรับกลุ่มอะมิโนของกรดอะมิโนและแปลงเป็นกลูตาเมต ในขณะที่กรดอะมิโนที่ก่อตัวขึ้นนั้นถูกใช้ในวิถีของคีโตนบอดี้
ปฏิกิริยาประเภทนี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งสองทิศทางเนื่องจากแตกตัวและสร้างพันธะที่มีปริมาณพลังงานเท่ากัน
ทรานส์อะมิเนสมีทั้งในไซโตพลาสซึมและในไมโตคอนเดรีย (ส่วนใหญ่ออกฤทธิ์ในไซโตพลาสซึม) และจุดไอโซอิเล็กทริกต่างกัน
ทรานส์อะมิเนสยังสามารถขับกรดอะมิโนดีคาร์บอกซิเลตได้
จะต้องมีวิธีในการเปลี่ยนกลูตาเมตกลับไปเป็น α-ketoglutarate: สิ่งนี้ทำได้โดยการดีอะมิเนชั่น
ที่นั่น กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนส เป็นเอ็นไซม์ที่สามารถเปลี่ยนกลูตาเมตเป็น α-ketoglutarate ได้ ดังนั้นจึงเปลี่ยนหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนที่พบในรูปกลูตาเมตเป็นแอมโมเนีย สิ่งที่เกิดขึ้นคือกระบวนการรีดอกซ์ที่ผ่าน α-amino glutarate ระดับกลาง: แอมโมเนียและα-ketoglutarate จะถูกปล่อยออกมาและกลับสู่การไหลเวียน
จากนั้นการกำจัดหมู่อะมิโนของกรดอะมิโนจะผ่านทรานส์อะมิเนส (ซึ่งแตกต่างกันไปตามพื้นผิว) และกลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสซึ่งกำหนดการก่อตัวของแอมโมเนีย
กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสมีสองประเภท: ไซโตพลาสซึมและไมโตคอนเดรีย ปัจจัยร่วมซึ่งเป็นโคซับสเตรตของเอนไซม์นี้คือ NAD (P) +: กลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสใช้ NAD + หรือ NADP + เป็นตัวรับพลังงานรีดิวซ์ รูปแบบไซโตพลาสซึมชอบ แม้ว่าจะไม่ใช่เฉพาะ NADP + ในขณะที่รูปแบบยลชอบ NAD + รูปแบบของไมโตคอนเดรียมีจุดประสงค์เพื่อกำจัดหมู่อะมิโน: มันนำไปสู่การก่อตัวของแอมโมเนีย (ซึ่งเป็นสารตั้งต้นสำหรับเอ็นไซม์เฉพาะในไมโตคอนเดรีย) และ NADH (ซึ่งถูกส่งไปยังระบบทางเดินหายใจ) รูปแบบไซโตพลาสซึมทำงานในทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือ ใช้แอมโมเนียและ α-ketoglutarate เพื่อให้กลูตาเมต (ซึ่งมีปลายทางสังเคราะห์ทางชีวภาพ): ปฏิกิริยานี้เป็นการสังเคราะห์ทางชีวภาพแบบรีดักทีฟ และโคแฟคเตอร์ที่ใช้คือ NADPH
Glutamate dehydrogenase ทำงานเมื่อจำเป็นต้องกำจัดกลุ่มอะมิโนของกรดอะมิโน เช่น แอมโมเนีย (ทางปัสสาวะ) หรือเมื่อโครงกระดูกของกรดอะมิโนจำเป็นต่อการผลิตพลังงาน เอนไซม์นี้จะมีตัวปรับเชิงลบของระบบที่เป็นตัวบ่งชี้ ความพร้อมของพลังงานที่ดี (ATP, GTP และ NAD (P) H) และโมดูเลเตอร์เชิงบวก ซึ่งเป็นระบบที่บ่งบอกถึงความต้องการพลังงาน (AMP, ADP, GDP, NAD (P) +, กรดอะมิโนและฮอร์โมนไทรอยด์)
กรดอะมิโน (ส่วนใหญ่เป็นลิวซีน) เป็นตัวปรับเชิงบวกของกลูตาเมต ดีไฮโดรจีเนส: หากมีกรดอะมิโนอยู่ในไซโทพลาซึม สามารถใช้สำหรับการสังเคราะห์โปรตีน หรือต้องกำจัดทิ้งเพราะไม่สามารถสะสมได้ (ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมกรดอะมิโนถึงเป็นตัวปรับเชิงบวก ) .
การกำจัดแอมโมเนีย: วัฏจักรยูเรีย
ปลาจะกำจัดแอมโมเนียโดยการนำเข้าไปในน้ำผ่านทางเหงือก นกจะเปลี่ยนให้เป็นกรดยูริก (ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ควบแน่น) และกำจัดออกด้วยอุจจาระ มาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นในมนุษย์: เราเคยกล่าวไว้ว่ากลูตาเมตดีไฮโดรจีเนสจะเปลี่ยนกลูตาเมตเป็น α- คีโตกลูตาเรตและแอมโมเนีย แต่เราไม่ได้บอกว่าสิ่งนี้เกิดขึ้นเฉพาะในไมโตคอนเดรียของตับ
บทบาทพื้นฐานของการกำจัดแอมโมเนียผ่านวัฏจักรยูเรียนั้นเล่นโดยไมโตคอนเดรียทรานส์อะมิเนส
คาร์บอนไดออกไซด์ในรูปของไบคาร์บอเนตไอออน (HCO3-) ถูกกระตุ้นโดยไบโอตินโคแฟกเตอร์ซึ่งสร้างคาร์บอกซีไบโอตินซึ่งทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียเพื่อให้กรดคาร์บามิก ปฏิกิริยาต่อไปจะใช้ ATP เพื่อถ่ายโอนฟอสเฟตไปยังกรดคาร์บามิกที่สร้างคาร์บามิลฟอสเฟตและ ADP (การเปลี่ยน ATP เป็น ADP เป็นแรงผลักดันให้ได้คาร์บอกซีไบโอติน) ระยะนี้เร่งปฏิกิริยาโดย คาร์บามิล ฟอสเฟต ซินธิเทส และเกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย คาร์บามิลฟอสเฟตและออร์นิทีนเป็นสารตั้งต้นสำหรับเอนไซม์ ออร์นิทีน ทรานส์ คาร์บาไมเลส ซึ่งแปลงเป็นซิทรูลีน ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นในไมโตคอนเดรีย (เซลล์ตับ) ซิทรูลีนที่ผลิตออกจากไมโตคอนเดรียและในไซโตพลาสซึมอยู่ภายใต้ "การกระทำของ"อาร์จินีน ซัคซิเนต ซินธิเตส: มีการหลอมรวมระหว่างโครงกระดูกคาร์บอนของซิทรูลีนกับของแอสพาเทตผ่านการโจมตีด้วยนิวคลีโอฟิลิกและการกำจัดน้ำในเวลาต่อมา เอนไซม์อาร์จินีนซัคซิเนตซินธิเทสต้องการโมเลกุล ATP ดังนั้นจึงมีการมีเพศสัมพันธ์ที่มีพลัง: การไฮโดรไลซิสของ ATP เป็น AMP และไพโรฟอสเฟต (ส่วนหลังจะถูกแปลงเป็นสองโมเลกุลของออร์โธฟอสเฟต) เกิดขึ้นจากการขับโมเลกุล d "น้ำออกจากสารตั้งต้น และไม่ใช่โดยการกระทำของน้ำของตัวกลาง
"เอนไซม์ตัวต่อไปคือ"อาร์จินีนซัคซิเนส: เอนไซม์นี้สามารถแยกอาร์จินีนซัคซิเนตเป็นอาร์จินีนและฟูมาเรตภายในไซโตพลาสซึม
วัฏจักรยูเรียเสร็จสมบูรณ์โดยเอนไซม์ อาร์จิเนส: ได้รับยูเรียและออร์นิทีน ยูเรียถูกขับออกโดยไต (ปัสสาวะ) ในขณะที่ออร์นิทีนกลับสู่ไมโตคอนเดรียและกลับสู่วัฏจักร
วัฏจักรยูเรียอยู่ภายใต้การปรับทางอ้อมโดยอาร์จินีน: การสะสมของอาร์จินีนบ่งชี้ว่าวัฏจักรยูเรียต้องเร่งขึ้น การปรับของอาร์จินีนเป็นทางอ้อมเนื่องจากอาร์จินีนปรับเอนไซมสังเคราะห์อะซิทิลกลูตาเมตสังเคราะห์ในทางบวก หลังสามารถถ่ายโอนกลุ่มอะเซทิลบนไนโตรเจนของกลูตาเมต: N-acetyl กลูตาเมตถูกสร้างขึ้นซึ่งเป็นโมดูเลเตอร์โดยตรงของเอนไซม์สังเคราะห์คาร์บามิล-ฟอสโฟ
อาร์จินีนสะสมเป็นสารเมตาโบไลต์ของวัฏจักรยูเรีย หากการผลิตคาร์บามิลฟอสเฟตไม่เพียงพอต่อการกำจัดออร์นิทีน
ยูเรียผลิตขึ้นในตับเท่านั้น แต่มีบริเวณอื่นที่มีปฏิกิริยาเริ่มต้นขึ้น
สมองและกล้ามเนื้อใช้กลยุทธ์พิเศษเพื่อกำจัดกลุ่มอะมิโน สมองใช้วิธีที่มีประสิทธิภาพมากซึ่งใช้เอนไซม์ กลูตามีนสังเคราะห์ และเอ็นไซม์ กลูตาเมส: เซลล์แรกพบในเซลล์ประสาท เซลล์ที่สองพบในตับ กลไกนี้มีประสิทธิภาพมากด้วยเหตุผลสองประการ:
กลุ่มอะมิโนสองกลุ่มถูกขนส่งจากสมองไปยังตับในกระสายยาเดียว
กลูตามีนมีพิษน้อยกว่ากลูตาเมตมาก (กลูตาเมตยังดำเนินการถ่ายโอนเซลล์ประสาทและต้องไม่เกินความเข้มข้นทางสรีรวิทยา)
ในปลา กลไกที่คล้ายคลึงกันนำกลุ่มอะมิโนของกรดอะมิโนมาที่เหงือก
จากกล้ามเนื้อ (โครงกระดูกและหัวใจ) กลุ่มอะมิโนไปถึงตับผ่านวัฏจักรกลูโคส-อะลานีน เอนไซม์ที่เกี่ยวข้องคือ glutamine-pyruvate transaminase: ช่วยให้ย้ายกลุ่มอะมิโน (ซึ่งอยู่ในรูปของกลูตาเมต) เปลี่ยนไพรูเวตเป็นอะลานีนและในเวลาเดียวกันกลูตาเมตเป็น α-ketoglutarate ในกล้ามเนื้อและเร่งปฏิกิริยา กระบวนการย้อนกลับในตับ
ทรานส์อะมิเนสที่มีงานหรือตำแหน่งต่างกันก็มีความแตกต่างทางโครงสร้างและสามารถกำหนดได้ด้วยอิเล็กโตรโฟรีซิส (พวกมันมีจุดไอโซอิเล็กทริกต่างกัน)
การปรากฏตัวของ transaminases ในเลือดอาจเป็นสัญญาณของความเสียหายของตับหรือหัวใจ (เช่น ความเสียหายของเนื้อเยื่อต่อตับหรือเซลล์หัวใจ); ทรานส์อะมิเนสมีความเข้มข้นสูงมากทั้งในตับและในหัวใจ: ด้วยอิเล็กโตรโฟรีซิส เป็นไปได้ที่จะระบุได้ว่าความเสียหายนั้นเกิดขึ้นในตับหรือเซลล์หัวใจหรือไม่
