© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 1
6 Metabolismus aminokyselin
6.1 Přehled metabolismu proteinů
Zdrojem hotovosti AK jsou:
a) exogenní proteiny (proteiny přijaté v potravě)
b) endogenní proteiny (proteiny našich tkání)
c) aminokyseliny, které umíme sami syntetizovat (biosyntéza neesenciálních AK)
Hotovost AK se využívá:
a) k tvorbě proteinů tělu vlastních (endogenních proteinů)
b) k tvorbě specializovaných dusíkatých sloučenin (biogenních aminů, neurotransmiterů,
purinů, pyrimidinů, profyrinů, kreatinu, oxidu dusnatého a dalších látek)
c) v katabolismu aminokyselin
a. dusík je z AK odstraněn v procesu deaminace, při kterém vzniká amoniak, který
je následně přeměněn na močovinu
b. uhlíkatý zbytek původního řetězce může být metabolizován na Ac-CoA nebo na
jiné meziprodukry citrátového cyklu
Ac-CoA a jiné produkty citrátového cyklu jsou následně využívány:
a) k syntéze glukosy (glukoneogenese)
b) v syntéze vyšších mastných kyselin a triacylglycerolů (lipidů)
c) jako metabolické palivo (odbourání na vodu a oxid uhličitý, získávání energie)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 2
6.2 Degradace proteinů
Exogenní proteiny jsou degradovány v trávícím traktu (lumen GIT). Tohoto procesu se účastní
velké množství různých enzymů, které jsou do GIT produkovány ve formě neaktivních
proenzymů – k jejich aktivaci dochází až po odštěpení určité části peptidového řetězce.
Např. V žaludku se trávení proteinů účastní enzym pepsin (neaktivní forma pepsinogen je
aktivována pomocí HCl)
Ve střevě se trávení proteinů účastní enzymy jako trypsin, chymotripsin, elastasa,
karxobypeptidasy, aminopeptidasy ad.
Endogenní proteiny jsou odbourávány v buňkách (= intercelulární degradace proteinů). V tomto
odbourávání hrají roli dva systémy:
a) lysozomy
b) systém ubikvitin-proteazom
Endogenní proteiny mají různý biologický poločas.
Proteiny s kratším biologickým poločasem, jako signální molekuly, jsou odbourávány
přednostně pomocí systému ubikvitin-proteazom; proteiny s delším biologickým poločasem
jsou odbourávány v lysozomech.
Lysozomy
Degradace proteinů v lysozomech je nezávislá na ATP a je nespecifická. Přednostně dochází
k štěpení proteinů:
 extracelulárních (přijatých do buňky z vnějšího prostředí pomocí endocytózy)
 membránově vázaných
 s delším biologickým poločasem
Při štěpení extracelulárních proteinů (nejčastěji glykoproteinů), je nejprve potřeba tyto proteiny
desializovat, tzn. odštěpit z jejich řetězce molekulu kyseliny sialové (kyselina sialová se nachází
na konci oligosacharidového řetězce a nese záporný náboj, čímž chrání protein před trávícími
enzymy). Desializace proteinů je pro lysozom signálem, že má být daný protein odbourán (po
kyselině sialové následuje v oligosacharidovém řetězci většinou N-acetylgalaktosamin, pro který
mají jaterní buňky na svém povrchu receptor).
Ve stresových situacích mohou lysozomy odbourávat i proteiny intracelulární.
Systém ubikvitin-proteazom
Ubikvitin (dále Ub) je relativně malý protein, který se nachází ve všech buňkách. Jeho hlavní
funkcí je značkování proteinů určených k degradaci.
Značkování (navázání Ub na protein) se účastní tři různé enzymy označované jako E1, E2 a E3.
E1 je enzym, jehož úkolem je aktivovat Ub. Při tomto ději dochází ke spotřebě ATP. Varianta
enzymu E1 je jen jedna.
E2 je tzv. ubikvitin konjugační enzym, který na sebe naváže již aktivovaný Ub a přenese jej
k enzymu E3. Na enzym E2 se Ub váže pomocí thioesterové vazby svým C-koncem. Enzymů E2
existují desítky variant.
E3 je enzym ubikvitin-protein ligasa, který zajišťuje vazbu Ub na protein určený k degradaci. Ub
se na protein určený k degradaci váže amidovou vazbou. Enzymů E3 existují stovky variant (asi
300).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 3
Ub se na protein určený k degradací váže pomocí svého C-konce, konkrétně se napojuje na εNH2
skupinu lysinu. Toto spojení je v anglické literatuže označováno jako „kiss of death“.
Po navázání prvního Ub dochází k tzv. polyubikvitinaci, kdy se další molekuly Ub navazují na
první molekulu Ub (většinou v počtu 5-7). Toto navazování dalších molekul zvyšuje rychlost a
pravděpodobnost úspěšného odbourání.
3 - Polyubikvitinace
Protein, který je označkovaný ubikvitinem je následně rozpoznán proteazomem.
Proteazom je dutý, cylindrický útvar složený z 28 polypeptidů (4 heptamery – viz. obrázek 4),
připomíná válec. Na obou koncích „válečku“ se nachází „čepičky“ ve tvaru V. Jejich úkolem je
rozbalit označené bílkoviny a translokovat je do nitra proteazomu (dochází ke spotřebě ATP).
Uvnitř proteazomu se nacházejí specifické proteasy (v jejich aktivním místě se nachází threonin),
které hydrolyticky štěpí označkovanou bílkovinu na peptidy o délce 8 AK. O tyto krátké peptidy
se postarají peptidasy v cytosolu.
Pozn. Ubikvitin není degradován, vychází z proteazomu nezměnen.
2 - Ubikvitinace (po navázání)1 - Ubikvitinace (před navázáním)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 4
Obrázek 4 - Struktura proteasomu
Systém ubikvitin proteazom se podílí na degradaci:
 poškozených intercelulárních proteinů
 proteinů kódovaných viry a jinými intracelulárními parazity
 transkripčních faktorů
 cyklinů a jiných regulačních molekul
 proteinů s krátkým biologickým poločasem
Funkci systému ubikvitin-proteazomu je možné inhibovat pomocí syntetického tripeptidu
pyrazinová kyselina-Phe-BoroLeu, zvaného Bortezomib (místo COOH skupiny leucinu je
navázána kyselina boritá).
Atom boru se navazuje do katalytického místa proteas umístěných v proteazomu – spojuje se
s threoninem. Tím, že se na aktivní místo naváže, zabrání navázání proteinů určených
k degradaci a proteazom tak vyřadí z funkce.
Této látky se využívá při léčbě myelomů.
O
O
NH
N
N
NH
B
OH OH
MÍSTO COOH JE KYSELINA BORITÁ
Bortezomib
Poznámky:
 V buňkách bylo popsáno více než 300 ubikvitin-ligas (enzym E3). Jakmile je kterákoliv z nich
vyřazena z funkce, není možné odbourávat určitý protein (nebo typ proteinů) a dochází
k hromadění tohoto proteinu v buňce. To může mít různé následky, jedním z nich může být i
mužská sterilita.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 5
 Jak bylo řečeno, existuje jen jedna varianta enzymu E1, desítky variant enzymu E2 a stovky
variant enzymu E3. Jedná se o součást regulace funkce systému ubikvitin-proteazom. Enzymy
E3 jsou nejvíce specifické.
 Porovnáme-li odbourávání proteinů pomocí lysozomů s odbouráváním pomocí systému
ubikvitin-proteazom, pozorujeme hlavní rozdíl především ve spotřebě ATP. Lysozomy energii
nespotřebovávají, systém ubikvitin-proteazom využívá ATP na aktivaci Ub a dále pak na
posun proteinového řetězce skrze proteazom.
Odkazy:
Odbourání proteinu (ajaxinu) proteasomem: http://www.youtube.com/watch?v=4DMqnfrzpKg
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 6
6.3 Biologická hodnota proteinů (dále BV – Biological Value)
BV udává jaké množství endogenních proteinů (v gramech) vznikne ze 100 g proteinů
exogenních. Vyjadřuje se v procentech.
Výsledná hodnota závisí na obsahu esenciálních AK, jejich vzájemném poměru a souvisí též se
stravitelností.
Obecně platí, že živočišné proteiny mají vyšší BV než proteiny rostlinné (způsobeno tím, že
některé rostlinné potraviny jsou deficitiní na určité AK, např. pšenice na Lys, Trp, Thr a Met;
luštěniny na Met a Cys).
Tabulka 1 - BV vybraných potravin
Protein BV (%)
ŽIVOČIŠNÉ
Vaječný bílek 100
Syrovátka 100
Vejce 96
Kasein 80
Hovězí maso 80
Sója 74
Vepřové maso 70
ROSTL.
Ovesné vločky 60
Pšeničná mouka 53
Luštěniny 46
Želatina 25
Jako ideální bílkovina je uvažován lidský sérový albumin (slouží jako srovnávací protein;
proteiny, které mají podobnou strukturu mají vysokou BV).
Denní příjem proteinů: 0,8 g/kg
Při normálním příjmu bílkovin je příjem dusíku 12-15 g N/d.
Poznámky
 Za den se v našem těle odbourá (a znovuobnoví) cca 250-300 gramů endogenních proteinů.
Exogenních proteinů za den přijeme „pouze“ (v ideálním případě) kolem 100 g.
 Esenciální aminokyseliny:
 8 základních (Val, Leu, Ile, Thr, Phe, Trp, Lys a Met)
 2 podmíněné (histidin a arginin) – esenciální pouze v období dospívání
 3 v případě, že se nacházíme v metabolickém stresu – alanin, glutamin a taurin
 Při nedostatku methioninu je možné 30% jeho potřeby nahradit cysteinem, podobně lze při
nedostatku fenylalaninu nahradit až 50% jeho potřeby tyrosinem.
 Vaječný bílek je viskózní roztok globulárních bílkovin (ovalbumin, ovotransferrin,
ovomukoid, ovomucin, ovoglobuliny, avidin…)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 7
 Syrovátka je vedlejší produkt při výrobě sýrů a tvarohu. Jedná se o žlutavou kapalinu, která
vznikne po vysrážení kaseinu (žlutá barva pochází od riboflavinu). Obsahuje cca 12%
kvalitních bílkovin (laktoalbumin, laktoglobuliny), vitaminy B-komplexu a laktosu.
Průměrný obsah proteinů v potravinách (v %) udává kvantitu.
Je nutné rozlišovat biologickou hodnotu (=kvalitu)a průměrný obsah proteinů v potravinách
(=kvantitu).
Tabulka 2 - Průměrný obsah proteinů v potravinách (%)
Proteinové sumplementy 80
Sojové maso (suchý axtrudát) 45
Tvrdý tvaroh, tvarůžky 30
Tvrdé sýry 25
Luštěniny 25
Maso 20
Vejce 13
Kvasnice 11
Obilniny, rýže 8
Mléko 3
Brambory 2
Ovoce a zelenina 1
Komentář k tabulce:
Hlavním zdrojem bílkovin v potravě (u nás) je maso, obsahující 20% proteinů; zbytek – 80% – je
tvořen především vodou. To je také hlavní rozdíl mezi masem sojovým a „normálním“ – sojové
maso již neobsahuje vodu (proto je možné je jen těžko srovnávat…).
Dalšími zdroji bílkovin v naší potravě jsou vejce, mléčné výrobky a brambory. Brambory obsahují
(bohužel) jen málo proteinů, avšak jejcih proteiny jsou velmi kvalitní.
Poznámka: Proč byl melamin přidáván do mléka?
 Molekula melaminu obsahuje velké množství atomů dusíku (66%).
 Testy, které stanovují kvalitu mléka jsou založeny na stanovení obsahu dusíku. Po té, co bylo
mléko zředěno, byl do něj přidán melamin a testy kvality začaly vycházet dobře.
 Problém nastal při odbourávání v organismu. Melamin je katabolizován na kyselinu
kyanurovou, jejíž laktamová forma vytváří s původním melaminem nerozpustný komplex.
N
N
N
OHOH
OH
NH
N
H
NH
OO
O
kyselina kyarunová
(laktim)
kyselina kyarunová
(laktam)
N
N
N
NH2NH2
NH2
melamin
 Tento nerozpustný komplex se vysrážel v ledvinách a způsoboval akutní selhání ledvin
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 8
N
N
N
N
N
N
H
H
H
H
H
H
N
H
NH
NH O
O
O
melamin kyselina kyarunová
6.4 Katabolismus AK
Katabolická dráha AK má tři fáze1
a) transaminace
b) deaminace
c) detoxikace amoniaku
ADa) Transaminace
Transaminací rozumíme přenos -NH2 skupiny z jednoho substrátu na druhý.
Podléhá jí většina AK, kromě Lys, Thr, Pro, His, Trp, Arg, Met
Ve většině případů dochází k přenosu aminoskupiny na 2-oxokyselinu, nejčastěji 2-oxoglutarát.
+
HOOC C CH2CH2COOH
O
-aminokyselina 2-oxoglutarát 2-oxokyselina glutamát
R CH COOH
NH2
+
HOOC CH CH2CH2COOH
NH2
R C COOH
O
aminotransferasa
pyridoxalfosfát
Reakce může probíhat v obou směrech (je typicky reversibilní).
Kofaktorem této reakce je pyridoxalfosfát:
1
Rozdíl mezi mnosžtvím „příjatého N“ a „vydaného N“ označujeme jako dusíkovou bilanci (DB).
Normální DB≈0 (výdej a příjem je stejný)
Pozitivní DB (větší příjem) je typický pro období růstu, těhotenství a při rekonvelascenci
Negativní DB (větší výdej) je typický při metabolickém stresu a hladovění
Zvýšený katabolický dusík je obávanou komplikací při různých onemocněních (vede ke zvýšenému
nebezpečí infekce, koagulopatii, snížené regeneraci krevních bílkovin, snížené syntéze enzymů…)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 9
Červeně označená aldehydová skupina je reaktivní skupinou pyridoxalu a účastní se
transaminace.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 10
Transaminace má dvě fáze:
i) přenos -NH2 skupiny z aminokyseliny na pyridoxalfosfát
ii) přenos -NH2 skupiny z pyridoxaminfosfátu na 2-oxoglutarát
V první fázi dochází k následujícím přeměnám:
Pyridoxalfosfát kondenzuje s AK za vzniku Schiffovy báze a odštěpení molekuly vody.
Schiffova báze izomeruje (dochází k přesunu dvojné vazby a atomu vodíku) na iminokyselinu.
Iminokyselina podléhá hydrolýze – kyslík z molekuly vody se naváže na karbonylový uhlík, vodíky
se naváží na atom dusíku. Dojde k zániku dvojné vazby.
V první fázi dochází:
a) k zabudování atomu dusíku do molekuly kofaktoru: pyridoxalfosfát → pyridoxaminfosfát
b) k přeměně aminokyseliny na 2-oxokyselinu
V druhé fázi dochází k následujícím přeměnám:
Pyridoxaminfosfát kondenzuje s 2-oxoglutarátem za vzniku iminokyseliny (-NH2 se napojuje na
karbonylový uhlík), dochází k odštěpení molekuly vody.
Iminokyselina izomeruje (přesun dvojné vazby a atomu vodíku) na Schiffovu bázi.
Schiffova báze podléhá hydrolýze (kyslík z molekuly vody se napojuje na uhlík pyridoxalu a
vodíky na atom dusíku). Dojde k zániku dvojné vazby.
Ve druhé fázi dochází:
a) k zabudování atomu dusíku do molekuly glutamátu: 2-oxoglutarát → glutamát
b) k regeneraci kofaktoru: pyridoxalaminfosfát → pyridoxalfosfát
Dusík většiny aminokyselin se pomocí transaminace dostává do molekuly glutamátu. Tato
reakce tedy vede ke „zjednodušení“ metabolismu dusíku – místo toho, aby organismus
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 11
odbourával dusík z 20 různých AK, pracuje dále jen s jedinou aminokyselinou (zjednodušeně
řečeno).
ADb) Deaminace
Deaminací rozumíme odštěpení aminoskupiny z molekuly aminokyseliny (nejčastěji glutamátu),
či jiné dusíkaté látky (např. dusíkaté báze) za vzniku amoniaku.
1) Dehydrogenační deaminace glutamátu
Dehydrogenační deaminace glutamátu je hlavním zdrojem amoniaku v buňkách. Probíhá ve
dvou stupních:
a) dehydrogenace aminokyseliny na iminokyselinu
b) hydrolýza iminokyseliny na 2-oxokyselinu a amoniak
HOOC CH CH2 CH2 COOH
NH2 glutamát
GMD
- 2 H
NAD(P)+
HOOC C CH2 CH2 COOH
NH 2-iminoglutarát
HOOC C CH2 CH2 COOH
O 2-oxoglutarát
H2O
- NH3
Jedná se o reverzibilní reakci2
katalyzovanou enzymem glutamátdehdrogenasou (GMD).
GMD je zajímavým enzymem – využívá dva kofaktory: NAD+
a NADP+
.
 NAD+
se uplatňuje u reakce: glutamát → 2-oxoglutarát
 NADP+
se uplatňuje u reakce: 2-oxoglutarát → glutamát
Poznámky:
 V případě, že je koncetrace v amoniaku v buňce příliš velká, probíhá reakce za vzniku
glutamátu (viz též poznámku pod čarou)
 V nervových buňkách je vysoká koncetrace amoniaku vysoce nebezpečná. Nervové buňky
jsou buňkami vysoce metabolicky aktivními a potřebují pro svou činnost velké množství
energie. Dojde-li k nahromadění amoniaku v buňce a obrácení průběhu reakce, dochází
ke zpomalení – až úplnému zastavení – citrátového cyklu (2-oxoglutarát je jedním z jeho
meziproduktů a buňka jej právě z nej odčerpává). Neprobíhá-li citrátový cyklus, nedochází
k regeneraci redukovaných kofaktorů a buňka nezískává energii v dýchacím řetězci – umírá.
 Druhým významným zdrojem amoniaku v organismus je bakteriální rozklad proteinů
(=hnití) v tlustém střevě (amoniak je ze střev vstřebán do portální krve, která jej odvádí do
jater, kde je odstraněn)
2) Desaturační deaminace histidinu
Histidin je jednou z AK, které nepodléhají transaminaci. Jeho deaminací vzniká kyselina
urokanová. Jedná se o lyázovou reakci, při které dochází ke vzniku dvojné vazby a odštěpení
amoniaku.
2
Rovnováha reakce je posunuta směrem ke glutamátu. Tento posun v rovnováze zajišťuje, že pro buňky
velmi toxický amoniak nevzniká „nekontrolovaně a rychle“ ale „pomalu“. Po té, co je určité množství
amoniaku odbouráno, dojde ke vzniku odpovídajícího množství amoniaku nového (podíváme-li se na tuto
problematiku pohledem enzymové kinetiky – odbouráváním amoniaku odebíráme produkt reakce, čímž
narušujeme její rovnováhu, která se opět ustanoví tak, že se vytvoří amoniak nový.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 12
Kyselina urokanová je látka, která obsahuje konjugovaný systém dvojných vazeb, který
absorbuje UV záření (využíváno k ochraně organismus – kys. urokanová je vylučována potem).
3) Další deaminace
a) deaminace adeninu v cyklu purinových nukleotidů
b) oxidační deaminace některých AK (např. D-AK)
R CH COOH
NH2
D-aminokyselina
FAD FADH2
O2 H2O2
katalasa 1
/2 O2H2O +
R C COOH
NH
iminokyselina
R C COOH
O
2-oxokyselina
+ H2O
- NH3
Při tomto typu deaminace jsou využívány flavinové kofaktory (L-aminooxidasy využívají
FMN, D-aminooxidasy využívají FAD).
D-AK se v našem těle vyskytují v důsledku činnosti bakterií (jsou dokonce součástmi
buněčné stěny některých z nich), nebo jsou přijaty v potravě (plísňové síry a
fermentované potraviny), nebo vznikají fyziologicky (přeměna L-serin → D-serin; D-serin
má pravděpodobně funkci mediátoru).
Problémem při jejich odbourávání je regenerace flavinových kofaktorů – probíhá
přímou reakcí s kyslíkem3
, při které vzniká škodlivý peroxid vodíku.
D-aminooxidasy mohou kromě D-AK katalyzovat přeměny glycinu (který není opticky
aktivní).
c) oxidační deaminace lysinu
Reakce je katalyzována lysyloxidasou (pro funkci potřebuje Cu2+
)
lysin + O2 → allysin + H2O + NH3
d) dehydratační deaminace serinu (viz metabolismus jednotlivých AK)
e) oxidační deaminace biogenních aminů
Biogenní aminy (např. katecholaminy) jsou látky s biologickou aktivitou (mohou mít
např. signální funkci). Jejich deaminací z nich vznikají aldehydy a následně karboxylové
kyseliny, které již biologickou funkci nemají (hovoříme o inaktivaci biocgenních aminů).
3
Flavinové kofaktory se za normálních okolností regenerují v dýchacím řětězci, avšak D-aminooxidasy jsou
enzymy, které na sebe kofaktor váží pevně a neumožní mu „odejít“ do dýchacího řetězce.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 13
R CH2 NH2
biogenní amin FAD FADH2
O2 H2O2
R CH NH
imin
R C
O
H
aldehyd
+ H2O
- NH3
R C
O
OH
karboxylová
kyselina
monoaminooxidasa
4) Další reakce, při kterých vzniká amoniak
a) neenzymová karbamylace proteinů
Lze ji zapsat rovnicí:
Prot-NH2 + NH2-CO-NH2 → NH3 + Prot-NH-CO-NH2
Jak vidíme ze zápisu, reakce se účastní močovina. Právě při vysoké koncentraci močoviny
v buňce k této reakci dochází.
b) katabolismus pyrimidinových bází
Např.
cytosin/uracil → NH3 + CO2 + β-alanin
thymin → NH3 + CO2 + β-aminoisobutyrát
c) syntéza hemu
4-porfobilinogen → 4 NH3 + uroporfyrinogen
Poznámky:
Deamidace
Deamidací rozumíme hydrolýzu amidové skupiny glutaminu, která probíhá v ledvinách a vzniklý
amoniak se ve formě NH4
+
vylučuje močí.
HOOC CH CH2 CH2 C
NH2
O
NH2
glutamin amidová
skupina
H2O
glutaminasa
HOOC CH CH2 CH2 C
NH2
O
OH
glutamát
+ NH3
Reakci katalyzuje enzym glutaminasa (enzym ze skupiny hydroláz).
Reakce může probíhat i v opačném směru – amoniak, vzniklý např. ve svalové tkáni, či mozku, je
navázán na glutamát a ve formě glutaminu je transportován do ledvin, kde dojde k deamidaci a
vyloučení amoniaku z těla.
Glutamin se považuje za netoxikou transportní formu amoniaku.
Zvýšená tvorba amoniaku (patologické stavy)
Za patologických podmínek může docházet ke zvýšené tvorbě amoniaku:
 Při krvácení do GIT dochází ke zvýšení koncentrace amoniaku v portální krvi – krev
obsahuje hemoglobin. Hemoglobin je bílkovina jako každá jiná a je proto ve střevě
rozložena bakteriemi.
 Při infekcích močových cest (uroinfekcích) se do moče dostávají některé bakteriální
enzymy – např. bakteriální ureasa, která katalyzuje rozklad močoviny na amoniak a
CO2. Vzniklý amoniak (NH3) reaguje s vodou za vzniku NH4
+
a OH,
což vede k alkaličtější
moči, což má za následek tvorbu fosfátových kamenů (konkrementů).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 14
Základní informace o amoniaku
 ve formě NH3 se jedná se o slabou bázi (pKB = 4,75), ve formě NH4
+
(pKA = 9,25) o velmi
slabou kyselinu (za fyziologického pH převažuje forma NH4
+
(98%), která je méně toxická)
 fyziologická koncetrace amoniaku: do 30 μmol/l (koncetrace v moči: 10-40 mmol/l; ve
slinách 2-3 mmol/l; v portální krvi 0,1-0,3 mmol/l; v žilní krvi 0,005-0,030 mmol/l)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 15
ADc) Detoxikace amoniaku
Aminoak může být detoxikován třemi různými způsoby:
1) V močovinovém cyklu
2) Zapojením do molekuly glutaminu
3) Zapojením do molekuly glutamátu
AD1) Močovinový cyklus (ureosyntetický cyklus)
Močovinový cyklus je nejdůležitějším způsobem odbourání amoniaku. Amoniak je přeměn na
močovinu (diamid kyseliny uhličité), za současné spotřeby 3 ATP.
Reakce močovinového cyklu probíhají v cytosolu i v matrix mitochondrií, pro svůj průběh
potřebují 5 různých enzymů . Cyklus je specifický pro jaterní buňky (jinde neprobíhá).
Jednotlivé reakce ureosyntetického cyklu:
1) Tvorba karbamyol fosfátu (mitochondrie)
Karbamyolfosfát je smíšený anhydrid kyseliny uhličité a kyseliny fosforečné. Jedná se o
makroergní sloučeninu.
K jeho syntéze je potřeba dodat 2 ATP (jedno ATP dodává energii, druhé energii a fosfát).
Proběhnutí reakce vyžaduje allosterický aktivátor N-acetylglutamát.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 16
CO2 + NH3
2 ATP 2 ADP + 1 P O
C
O P
NH2
O
O
-
O
-
N
karbamoylfosfát
2) Vznik citrulinu (mitochondrie)
Citrulin vzniká z ornithinu (= nestandardní AK s 5 uhlíky a 2 aminoskupinami) a karbamoylu
(pocházejícího z karbamoylfosfátu).
O
C
O P
NH2
O
O
-
O
-
karbamoylfosfát
+
CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH2
ornithin citrulin
+ OH P
O
O
-
O
-
O
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
3) Kondenzace citrulinu s aspartátem (cytosol)
Aspartát je standardní AK, která v močovinovém cyklu slouží jako zdroj druhé aminoskupiny
pro močovinu (močovina je diamid a pouze jedna aminoskupina pochází z amoniaku).
Povšimněme si, že k proběhnutí děje je nutní dodat ATP, které je hydrolyzováno až na AMP!
citrulin
O
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
HOOC CH2
CHHOOC NH2 +
aspartát
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
N
CH
CH2
HOOC
HOOC
- H2O
argininsukcinát
ATP AMP + 2Pi
4) Štěpení argininsukcinátu
Štěpením argininskucinátu vzniká arginin a fumarát (fumarát je jedním z meziproduktů CC).
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
N
CH
CH2
HOOC
HOOC
argininsukcinát
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
NH
+
C
C
COOH
HOOC
H
H
arginin fumarát
5) Hydrolýza argininu
Hydrolýza argininu poskytuje močovinu a ornithin.
HOOC CH2 CH2 CH COOH
NH
C
OCH3
N-acetylglutamát
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 17
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
NH
arginin
H2O
CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH2
ornithin
+ C
O
NH2NH2
močovina
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 18
Syntéza močoviny je proton-produktivní (acidifikující) děj.
Z rovnic uvedených výše to není tak patrné, ale v organismu se většina AK vyskytuje s určitým
nábojem (-NH2 skupina je protonizovaná na -NH3
+
). V průběhu cyklu dochází k uvolnění dvou
protonů:
a) při vzniku karbamoylfosfátu
CO2 + NH4
+
2 ATP 2 ADP + 1 P O
C
O P
NH2
O
O
-
O
-
N
karbamoylfosfát
+ H
+
b) při vzniku argininsukcinátu
citrulin
O
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
HOOC CH2
CHHOOC NH3
+
+
aspartát
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
N
CH
CH2
HOOC
HOOC
- H2O
argininsukcinát
ATP AMP + 2Pi
+ H
+
Souhrně lze zapsat výše uvedené rovnice:
CO2 + NH4
+
+ aspartát → močovina + fumarát + H2O + 2 H+
Regenerace aspartátu
Při syntéze močoviny je využíván aspartát. Tato AK vzniká transaminací z oxalcetátu (reakci
katlyzuje enzym AST – aspartátaminotransferasa)
HOOC CH2 C COOH
O
oxalacetát
AST
HOOC CH2 CH COOH
NH2
aspartát
Oxalacetát je jedním z meziproduktů CC. Samotný oxalacetát je výchozím substrátem nejen pro
transaminaci na aspartát, ale i pro vznik 2-oxoglutarátu (jedna z reakcí CC). 2-oxoglutarát na
sebe pak může (díky transaminaci) navázat -NH2 skupinu z většiny dalších AK a vytvořit tak
glutamát. A jak vidíme v AST reakci, glutamát rovněž potřebujeme pro syntézu aspartátu.
(Zjednodušeně lze říci, že dokud probíhá CC tak jak má, neměl by v buňce nastat stav, kdy bude mít nedostatek
aspartátu potřebného pro tvorbu močoviny).
Hlavní vlastnosti močoviny
 močovina je diamid kyseliny uhličité (amid = neelektrolyt)
 polární látka, velmi dobře rozpustná ve vodě
 difunduje všemi membránami (pomocí hydrofilních kanálků)
 přispívá k osmolalitě krevní plazmy:
osmolalita ≈ 2 [Na+
] + [glukosa] + [močovina] mmol/kg H2O)
 vylučuje se v závislosti na množství přijatých bílkovin, za normálních okolností se vylučuje
330-600 mmol/d (20-35 g/d)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 19
 koncetrace v krevním séru: 2-8 mmol/l
o zvýšená koncetrace naznačuje poruchy exkrece (renální selhání) nebo nadměrný
rozpad proteinů (sepse, popáleniny, polytrauma, nádory, horečky…)
o snížená koncetrace naznačuje nedostatek bílkovin v potravě a poruchy produkce
AK (jaterní selhání)
 kromě pozitivních vlastností (výborná rozpustnost, netoxičnost, nereaktivnost, velký obsah
dusíku v malé molekule, dobrá průchodnost membránami) má močovina i negativní
vlastnost: při její vysoké koncentraci dochází k neenzymové karbamylaci proteinů, např.
hemoglobinu:
Karbamylovaný Hb může tvořit až 1,6% celkového Hb.
Srovnání močoviny a močové kyseliny
Charakteristika Močovina Močová kyselina
Latinský název
Chemický název
urea
(diamid kyseliny uhličité)
acidum uricum
(2,4,6-trihydroxypurin)
Chování ve vodě neelektrolyt slabá dvojsytná kyselina
pH vodného roztoku neutrální slabě kyselé
Rozpustnost ve vodě výborná špatná (vliv pH)
Redukční vlastnosti ne ano (antioxidant)
Vznik játra (cytosol + mitochondrie) řada tkání (cytosol)
Koncentrace v séru 2-8 mmol/l 150-400 μmol/l
Exkrece močí 20-35 g/d 0,5-1 g/d
% katabolického dusíku 80-90% 1-2%
AD2) Syntéza glutaminu
Syntéza glutaminu představuje druhý způsob odbourávání amoniaku. Pro průběh reakce je
potřebné 1 ATP.
Reakce se může odhrávat ve většině buněk, v buňce je lokalizována v mitochrondiích.
O
C
NH2 NH2
N
N
N
N
H
OH
OH
OH
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 20
COOH
CH
CH2
CH2
C
NH2
O OH
+ NH3
- H2O
ATP ADP + P
COOH
CH
CH2
CH2
C
NH2
O NH2
glutamát glutamin
GLUTAMINSYNTHETASA
Glutamin (jak již bylo řečeno) je považován za transportní formu amoniaku. Po té, co se dostane
do ledvin, uvolní se z něj amoniak, který je vylučován močí:
Glutamin je, společně s alaninem, jedou z nejzastoupenější AK v krvi v postresorpční fázi (fázi
hladovění)4
. V extrahepatálních tkáních je glutamin hlavním způsobem odbourávání amoniaku.
Glutamin hraje v organismu významnou roli:
a) je to výhradní zdroj energie pro některé buňky (enterocyty, fibriblasty, lymfocyty,
makrofágy)
b) je to zdroj dusíku pro různé syntézy (puriny, aminocukry…)
c) je zdrojem glutamátu
AD3) Syntéza glutamátu
Syntéza glutamátu je třetím způsobem odbourávání amoniaku. Význam této reakce je velmi
malý, spíše než jako reakci „odbourávání amoniaku“ ji chápeme jako reakci „syntézy glutamátu“.
Reakci katalyzuje GMD a jedná se o hydrogenační aminaci glutamátu (opak dehydrogenační
deaminace), jako kofaktor vystupuje NADPH+H+
(redukovaná forma).
COOH
C
CH2
CH2
COOH
O
2-oxoglutarát
NH3 H2O
COOH
C
CH2
CH2
COOH
NH
2-iminoglutarát
NADPH+H+
NADP+
COOH
C
CH2
CH2
COOH
NH2
glutamát
Lokalizace dějů (transaminace, deaminace, močovinový cyklus) v buňce:
4
Alanin, ve fázi hladovění, vzniká především ve svalové tkáni (svalová tkáň začíná být katabolizována). Ze
svalové tkáně je transportován do jater, kde je přeměněn na pyruvát a následně na glukosu, která se opět
vrací do svalu, aby mu poskytla energii (hovoříme o glukoso-alaninovém cyklu)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 21
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 22
6.5 Syntéza neesenciálních aminokyselin
6.5.1 Syntéza glycinu
Glycin je možné syntetizovat třemi způsoby:
a) Z glyoxalátu (transaminace)
b) Ze serinu
Reakce se účastní FH4 (tetrahydrofolát), který obecně slouží k přenosu jednouhlíkatých
zbytků.
c) Z cholinu
6.5.2 Syntéza serinu
Serin je možné syntetizovat z 3-fosfoglycerátu, což je jeden z produktů glykolýzy:
6.5.3 Syntéza alaninu
Alanin je syntetizován z pyruvátu (ALT reakce v opačném směru)
6.5.4 Syntéza aspartátu
Asparát je syntetizován z oxalacetátu (AST reakce v opačném směru). Touto reakcí je aspartát
produkován, aby mohl být následně využit v močovinovém cyklu.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 23
6.5.5 Syntéza prolinu
Syntéza prolinu opakem k jeho katabolismu – vycházíme z glutamátu.
6.5.6 Syntéza glutamátu
Glutamát vzniká redukční aminací 2-oxoglutarátu. Tato reakce je jedním ze způsobů
odbourávání amoniaku.
6.5.7 Syntéza tyrosinu
Tyrosin je sice neesenciální AK, avšak jeho prekurzorem je esenciální fenylalanin (= fenylalanin
je limitující AK pro tyrosin). Pro oxidaci fenylalaninu je potřeba kyslíku (O2) a kofaktoru BH4, který
je donorem dvou vodíků na vznik vody.
6.5.8 Syntéza glutaminu a asparaginu
Glutamin i asparagin vznikají stejným způsobem (asparagin má akorát o jednu –CH2–skupinu
méně – znázorněno modrou závorkou).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 24
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 25
6.5.9 Syntéza cysteinu
Cystein získáváme při odbourávání methioninu (esenciální AK).
6.5.10 Syntéza selenocysteinu (21. AK)
Pro vznik selenocysteinu je nejprve potřeba vytvořit selenofosfát, který vzniká ze selenidu
(přijatého v potravě) a ATP:
Se
2+
ATP AMP + P +
O
H Se O P O
-
O
-
selenofosfát
Následně je selenocystein syntetizován kotranslačně (syntézy se účastní transferová RNA) ze
serinu a selenofosfátu:
Serin-tRNA + selenofosfát → selenocystein-tRNA + fosfát
(seryl-tRNA) (selenocysteyl-tRNA)
Vzniklá selenocysteyl-tRNA se váže s elongačním faktorem a je transportována na ribozom.
Při translaci je selenocystein kódován tripletem UAG (v normálním případě stop-kodon). Aby
mohlo dojít k jeho zapojení do řetězce, je potřeba poznat, že má být zařazen, k čemuž slouží
rozpoznávací elementy v nekódující části mRNA.
Význam selenocysteinu:
 je součástí enzymů thioredoxinreduktasa, glutathionperoxidasa5
, deiodinasa
5
Funkcí glutathionperoxidasy v organismu je:
 rozklad peroxidu vodíku H-O-O-H (k čemuž slouží mj. i katalasa)
 štěpení vazby R-O-O-H (vzniká např. při lipoperoxidaci VMK), tuto vazbu rozloží na H2O a R-OH,
reakce je významná především proto, že vazbu R-O-O-H katalasa štěpit neumí!
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 26
6.6 Metabolismus (přeměny) jednotlivých AK
K obrázku:
 žlutým podbarvením jsou zvýrazněny jednotlivé AK
 červeným podbarvením jsou znázorněny ostatní sloučeniny, které při metabolismu AK vznikají
 PEP = fosfoenolpyruvát
 HMG-CoA = 3-hydroxy-3-methylglutaryl-koenzymA
Aminokyseliny lze rozdělit:
TYP ZÁSTUPCI CO POSKYTUJÍ
GLUKOGENNÍ (13) většina AK meziprodukty CC
KETOGENNÍ (2) leucin, (lysin) acetyl-CoA, acetoacetát
SMÍŠENÉ (5)
threonin, isoleucin, fenylalanin,
tyrosin, tryptofan
meziprodukty CC, pyruvát,
acetyl-CoA, acetoacetát
Pozn. LIFT je pomůcka pro zapamatování AK, které jsou ketogenní; L = leucin, lysin; I = isoleucin; F – fenylalanin; T =
tryptofan, tyrosin, threonin
Poznámky:
 Jak vidíme ze schématu, vzniká z Val, Met, Ile propionyl CoA, který je následně přeměněn
na sukcinyl-CoA. Reakce probíhá dle následujícího schématu:
CH3 CH2 C
O
S CoA
propionyl-CoA
CH3 CH C
O
S CoACOO
methylmalonyl-CoA
CH2 CH C
O
S CoA
HOOC
sukcinyl-CoA
KARBOXYLACE
KARBOXYBIOTIN
IZOMERACE
B12
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 27
 AK ve svém metabolismu procházejí často transaminací (enzymy aminotransferasy) a
dekarboxylací (enzymy dekarboxylasy). Kofaktorem obou skupin těchto enzymů je
pyridoxalfosfát.
6.6.1 Alanin
Alanin vzniká transaminací pyruvátu
C
O
COOHCH3
GLUTAMÁT 2-OXOGLUTARÁT
CH
NH2
COOHCH3
alaninpyruvát
ALT
Alanin je druhou nejvíce zastoupenou AK v krvi (především v postresorpční fázi). Do krve je
nejvíce uvolňován svalovou tkání. V případě metabolického stresu se z něj stává esenciální AK
(je využíván organismem v glukoneogenezi a může dojít k jeho vyčerpání).
Alanin má zvláštní význam ve svalech.
Při glykolýze vzniká ve svalové tkáni pyruvát, který je transaminován právě na alanin (lze říct, že
alanin je transportní formou dusíku vylučovanou svalovou tkání do krevního oběhu). Alanin je
následně přenesen do jater, kde je transaminován na pyruvát a ten je přeměněn na glukosu.
Glukosa putuje zpět do svalové tkáně.
Druhým způsobem vzniku alaninu ve svalové tkáni je proteolýza svalových proteinů (při
hladovění). Uvolněný alanin je opět transportován do jater, kde dojde k jeho přeměně na
pyruvát a pyruvát je následně transformován na glukosu. Glukosa opět putuje do svalové tkáně,
které poskytne energii potřebnou pro svalovou činnost.
Vztah mezi játry a svaly popisuje tzv. glukoso-alaninový cyklus:
Obrázek 5 - Glukoso-alaninový cyklus
Transaminace pyruvátu na alanin je katalyzována enzymem ALT (alaninaminotransferasa).
ALT je klinicky významný enzym – jeho zvýšená katalytická koncentrace v krevním séru slouží
jako indikátor hepatopatií (onemocnění jater).
6.6.2 Arginin
Arginin je AK podmíněně esenciální (v období růstu). Obsahuje ve své molekule guanidinovou
skupinu, která z ní činí nejbazičtější AK.
1) Jedná se o jednu z AK, která nepodléhá transmanici. Její hydrolýzou vzniká ornithin a urea:
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 28
CNH2 CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH
NH
arginin
H2O
CH2
CH2
CH2
HC
COOH
NH2
NH2
ornithin
+ C
O
NH2NH2
močovina
2) Je jednou z AK, spolu s glycinem a methioninem, ze kterých se syntetizuje kreatinfosfát.
a) Nejprve arginin reaguje s glycinem za vzniku guanidinacetátu a ornithinu
glycin
H2C
NH2
COOH
+
C
NH2
H2C CH2 CH2 CH COOH
NH2NH
NH
arginin
H2C
NH
COOH
C
NH2
NH
guanidinacetát
+
H2C CH2 CH2 CH COOH
NH2NH2
ornithin
b) Guanidinacetát je následně methylován na N1
dusíku pomocí SAM
H2C
NH
COOH
C
NH2
NH
guanidinacetát
S-ADENOSYLMETHIONIN
(SAM)
S-ADENOSYLHOMOCYSTEIN
H2C
N
COOH
C
NH2
NH
CH3
kreatin
N-methylguanidin-N-acetát
Pozn. Dusík N1 pochází z glycinu.
c) Kreatin může být nadále fosforylován na N2
dusíku za vzniku kreatinfosfátu. Vznik
kreatinfosfátu je jeden z případů, kdy fosforylace probíhá na –NH2 skupině (v 99% případů
probíhá na –OH skupině).
Kreatinfosfát obsahuje ojedinělé uskupení atomu P-N-C, které v jiné molekule v organismu
nenajdeme.
d) Nadbytečný kreatin je z těla vyloučen po cyklizační dehydrataci v podobě kreatininu.
Kreatinin již nemá v organismu dalšího využití (= odpadní produkt)
H2C
N
COOH
C
NH2
NH
CH3
kreatin
- H2O
CH2
N
C
C
NH
NH
CH3
O
kreatinin
3) Arginin má speciální význam – vlivem enzymu NO-synthasy se z něj uvolňuje oxid dusnatý
(NO), který má vazodilatační efekt.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 29
6.6.3 Serin
Serin je neesenciální AK (vznik z 3-fosfoglycerátu, viz kap. 6.5).
1) Typickou reakcí serinu je jeho dehydratační deaminací (zbavuje se tak dusíku).
COOHCHH2C
NH2OH
H
- H2O
COOHCH2C
NH2
COOHCH3C
NH
+ H2O COOHCH3C
O
- NH3
serin enamin imin pyruvát
2) Serin se může za účasti tetrahydrofolátu přeměnit na glycin.
COOHCHH2C
NH2OH
serin
+ FH4
COOHH2C
NH2
+ CH2OH FH4
glycin
Výše uvedená reakce je zdrojem jednouhlíkatých zbytků v organismu. Vzniklý glycin může
vstoupit do další reakce, ve které je rozložen na methylenový (–CH2–) zbytek, který se váže
na tetrahydrofolát a dále na vodu a amoniak.
3) Dekarboxylací serinu vzniká ethanolamin, který může být dalšími reakcemi (trojnásobná
N-methylace) přeměn až na cholin:
COOHCHCH2
NH2
OH
serin
- CO2
CH2CH2
NH2
OH
ethanolamin cholin
CH3
CH3
CH3
CH2CH2 N
+
OH3x SAM
Následnou oxidací (dehydrogenací) cholinu vzniká betain. Betain je fyziologický amfiont
(jeho molekula obsahuje záporný i kladný náboj) a může sloužit jako alternativní metylační
činidlo:
cholin
CH3
CH3
CH3
CH2CH2 N
+
OH
OXIDACE
betain
CH3
CH3
CH3
CH2C N
+
O
-
O
4) Serin podléhá i transaminaci. Dalšími reakcemi vzniká 3-fosfoglycerát, ze kterého následně
může vzniknout glukosa.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 30
Pozor! Katabolismus a syntéza serinu nejsou zcela identické! V obou případech se vychází ze
serinu, či 3-fosfogylcerátu, ale meziprodukty reakce jsou jiné.
Další význam serinu:
 kotranslačně z něj vzniká selenocystein
 je součástí glycerofosfolipidů
 v bílkovinách slouží jako časté místo fosforylací (především v regulačních enzymech = slouží
k „vypínání a zapínání“ funkce enzymu) a glykosidací (vznik O-glykosidové vazby)
 často se nachází v aktivním místě enzymu (skupina enzymů zvaná serinové proteasy, např.
pepsin a trypsin)
6.6.4 Glycin
Glycin je nejjednodušší aminokyselinou.
1) Katabolismus glycinu vede k jeho kompletnímu rozštěpení. Jeden z uhlíků se uvolní ve
formě CO2, druhý se ve formě methylenové (–CH2–) skupiny váže na tetrahydrofolát a dusík
je přeměněn na amoniak:
H2C
NH2
COOH
+ FH4 FH4CH2N5 N10 + CO2 + NH3
2) Existují i vedlejší cesty katabolismu glycinu. Jedná se především o jeho oxidativní (aerobní)
deaminaci:
H2C
NH2
COOH
FAD FADH2
O2 H2O2
glycin
CH
NH
COOH
- NH3
H2O
C COOH
O
H
glyoxylát
NAD+
NADH+H+
OXIDACE
HOOC COOH
- CO2
C S - CoA
O
H
HS-CoA
oxalát
formyl-CoA
Jak vidíme, vzniká při této reakce oxalát, který může reagovat s vápennými ionty za vzniku
šťavelanových kamenů (kalcium-oxalát). 60% oxalátu v našem těle vzniká právě touto
cestou (další zdroje této látky jsou katabolismus kyseliny askorbové6
(30%) a příjem oxalátu
z potravy (10%) jako je špenát7
, reveň, mangold, čaj či kakao).
3) Glycin může být zpětně přeměněn i na serin (viz. 6.6.3 Serin, rce 2)
Další význam glycinu:
 je donorem C1 fragmentů (vznikají při jeho úplném rozštěpení)
 podílí se na syntéze hemu a kreatinu
 je součástí glytathionu
 konjuguje se žlučovými kyselinami a xenobiotiky (glycin se naváže na sloučeninu, která
obsahuje –COOH skupinu pomocí své –NH2 skupiny, čímž se vytvoří amid, který je
polárnější než původní sloučenina a snáze se tak vyloučí z těla)
6
Gramové dávky vitaminu C škodí.
7
Špenát obsahuje velké množství železa, které se – kvůli oxalátu – bohužel nevyužije: při vaření vzniká
oxalát železitý (a železo v této formě neumíme přijmout).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 31
6.6.5 Threonin
Threonin je jednou z esenciálních AK. Ve své molekule obsahuje dva asymetrické (chirální)
uhlíky. Díky –OH skupině v postraním řetězci je, stejně jako serin, častým místem fosforylací a
glykosylací v bílkovinách. Jeho katabolismus spočívá v rozštěpení molekuly na 2 štěpy:
HC NH2
COOH
HC
CH3
OH
THREONINALDOLASA
H2C NH2
COOH
+ CCH3
O
H
threonin
glycin acetaldehyd
6.6.6 Methionin
Methionin je v podobě SAM (S-AdenosylMethionin) univerzálním methylačním činidlem. Podílí
se např. na přeměnách:
 ethanolamin → cholin (trojnásobná methylace)
 noradrenalin → adrenalin
 guanidinacetát → kreatin
Po té, co předá methylovou skupinu, vzniká ze SAM látka zvaná S-adenosylhomocystein, který se
hydrolyticky štěpí na adenosin a homocystein. Homocystein může přijmout methylovou
skupinou od methyl-tetrahydrofolátu (CH3-FH4) a regenerovat se na methionin, který reakcí
s ATP vytvoří původní SAM.
Pozn. Výše popsaný cyklus je zvýrazněn na schématu níže zeleným podkladem.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 32
V případě, že není potřeba provádět methylace, je methionin odbouráván na homocystein, který
konjuguje se serinem za vzniku cystahioninu (disulfid), ten se rozštěpí na cystein a homoserin,
který je následně přeměněn (přes 2-oxobutyrát a propionyl-CoA) na sukcinyl-CoA.
Povšimněme si, že v metabolismus methioninu hraje významnou roli vitamin B12 (působí jako
kofaktor). Vitamin B12 se v organismu účastní „zvláštních“ reakcí, při kterých dochází k přenosu
-CH3 skupiny v rámci jedné molekuly. Jedná se o reakce:
a) homocystein → methionin
b) methylmalonyl-CoA → sukcinyl-CoA
Při nedostatku vitaminu B12 dochází k hyperhomocysteinemii (o rizikovosti homocysteinu
pojednává následující odstavec).
Kromě zvýšené hladiny homocysteinu způsobuje nedostatek vitaminu B12:
 hromadění methylmalonyl-CoA v organismu (což vede ke zvýšenému vylučování této
látky močí)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 33
 hromadění methyltetrahydrofolátu (CH3-FH4), který nemůže být regenerován na folát
(folát se ocitá ve „folátové pasti“)8
Homocystein
Homocystein není standardní AK – jedná se o látku nebezpečnou. Doposud nebyly přesně
objasněny všechny mechanismy jeho účinku, avšak faktem zůstává, že zvyšuje riziko cévních
onemocnění (aterosklerózy).
Vlivy homocysteinu na organismus:
 působí přímo na cévní stěnu (poškozuje epitel)
 zkracuje životnost trombocytů, snižuje fibrinolýzu
 podporuje vznik kyslíkových radikálů (což opět poškozuje cévní stěnu)
 podporuje lipoperoxidaci
Zvýšená hladina homocysteinu v krvi je novým markerem kardiovaskulárních onemocnění
nezávislým na cholesterolu.
(Pozn. zvýšená hladina cholesterolu je důležitým markerem kardiovaskulárních onemocnění)
Pro odstranění homocysteinu jsou potřeba tři vitaminy: kyselina listová, kobalamin, pyridoxin.
6.6.7 Cystein
1) Hlavní katabolickou drahou je přímá oxygenace síry a následné přeměny oxygenované
skupiny:
COOH
CHNH2
CH2
SH
cystein
OXYGENACE
O2
CHNH2
CH2
S
O O
-
cysteinsulfát
2-OG Glu
TRANSAMINACE
- CO2
DEKARBOXYLACE
COOH
CH2NH2
CH2
S
O OH
hypotaurin
OXIDACE
CH2NH2
CH2
S
O
OH O
taurin
CO
CH2
S
O O
-
sulfinylpyruvát
COOH
ODŠTĚPENÍ
SULFITU
COOH
C O
CH3
H2O
O S
O
-
OH
pyruvát
sulfit
SULFITOXIDASA
O S
O
-
O
-
O
sulfát
H2O
3 H+
2 e+
+
Cystein byl oxidován na cysteinsulfát. Cysteinsulfát podléhá dvěma reakcím:
a) jeho dekarboxylací a oxidací vzniká taurin9
b) jeho transaminací vzniká sulfinylpyruvát
Sulfinylpyruvát je následně hydrolyticky štěpen na pyruvát a sulfit HSO3
–
. Vlivem enzymu
sulfitoxidasy (kofaktor: molybdopterin) dochází k oxidaci na sulfát SO4
2–
, dle rovnice: 10
8
Hromadění CH3-FH4 může být způsobeno i nefunkčností methylentetrahydrofolátreduktasy. Pokud
tento enzym nefunguje, dochází rovněž k zvýšení hladiny homocysteinu v krvi.
9
Taurin je aminokyselinou, která se podílí na konjugaci žlučových kyselin. Při metabolickém stresu je
jednou z esenciálních AK (bývá proto přidáván do energetických nápojů)
10
Sulfit za fyziologického pH disociuje do prvního stupně, sulfát do druhého stupně.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 34
HSO3
–
+ H2O → SO4
2–
+ 3H+
+ 2e–
Vzniklý sulfát (koncentrace v séru 0,5 mmol/l) je využíván k tvorbě PAPS11
, nadbytečný je
vyloučen močí. Vzniklé protony okyselují extracelulární prostory a elektrony jsou využity
k redukci molybdenu (v molybdopterinu).
Lze konstatovat, že metabolismus sirných AK vede k acidóze.
2) Méně častým způsobem katabolismu cysteinu je jeho přímá transaminace a následná
desulfurace:
COOH
CHNH2
CH2
SH
cystein
2-OG Glu
TRANSAMINACE
COOH
CO
CH2
SH
merkaptopyruvát
DESULFURACE
SH2
COOH
C O
CH3
pyruvát
Vzniklý sulfan H2S je metabolizován různými způsoby:
 nejčastěji se postupně oxiduje na sulfát (H2S → HSO3
–
→ SO4
2–
)
 ve velmi malé míře reaguje s Hb za vzniku sulfohemoglobinu
 u kuřáků z něj vzniká thiokyanátový iont SCN– 12
 podobně jako NO je možné H2S využít jako signální molekulu (rovněž má
vazodilatační účinky)
Další význam cysteinu:
 je jednou ze složek glutathionu
 jeho dekarboxylací vzniká cysteamin, který je součástí CoA-SH
 v bílkovinách vytváří disulfidické můstky
6.6.8 Aspartát
Některé reakce aspartátu byly popsány v předchozích kapitolách:
1) Transaminací aspartátu vzniká oxalacetát
asparát + 2-oxoglutarát → oxalacetát + glutamát (viz kap. 6.4; Regenerace aspartátu)
2) V močovinovém cyklu poskytuje dusík do močoviny a uvolňuje fumarát
aspartát + citrulin → argininsukcinát (viz kap. 6.4; Močovinový cyklus)
3) Doposud nepopsanou reakcí je dekarboxylace aspartátu, při které vzniká β-alanin (součást
koenzymu A).
CHNH2
CH2
COOH
COOH
- CO2
DEKARBOXYLACE
CH2NH2
CH2
COOH
asparát -alanin
Pozn. K dekarboxylaci dochází přednostně na reaktivnějším uhlíku, což je u dikarboxylových kyselin ten, který je
blíže –NH2 skupině.
11
PAPS v organismu slouží jako sulfatační činidlo (jeho činností např. vznikají sulfoestery)
12
Jak poznat kuřáka? Jeho sliny obsahují hodně thiokyanátových iontů – ty reakcí s Fe3+
dávají výrazné
červené zbarvení.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 35
Další význam aspartátu:
 poskytuje dusík k syntéze purinů (uvolňuje se při tom fumarát)
 poskytuje svůj skelet k syntéze pyrimidinů
 je součástí sladidla aspartamu
 kondenzací s amoniakem vzniká asparagin (výhradně pro vlastní potřebu – nejedná se o
způsob detoxikace amoniaku!)
6.6.9 Glutamát
Některé reakce glutamátu byly popsány v předchozích kapitolách:
1) Glutamát s oxalacetátem poskytuje aspartát (transaminace; viz výše). Tato reakce je velmi
významná pro tvorbu asparátu (na syntézu močoviny), účastní se jí enzym AST.
2) Dehydrogenační deaminace glutamátu je hlavním zdrojem amoniaku v tkáních. Je to
způsobeno tím, že většina AK prodělává transaminaci s 2-oxoglutarátem právě za vzniku
glutamátu. Tato transaminace je reversibilní (může vznikat 2-oxoglutarát z glutamátu,
z čehož vyplývá, že glutamát je glukogenní AK).
(viz kap. 6.4; Deaminace)
3) Kondenzací amoniaku s glutamátem vzniká glutamin – tato reakce (oproti reakci asparaginu)
slouží jako jeden ze způsobů detoxikace amoniaku (jedná se o „transportní formu
amoniaku“).
4) Dekarboxylací glutamátu vzniká GABA (Gama-AminoButyric Acid), která slouží jako inhibiční
neurotransmiter v CNS
CHNH2
CH2
COOH
CH2
COOH
- CO2
DEKARBOXYLACE
CH2NH2
CH2
COOH
CH2
glutamát GABA
Další „význam“ glutamátu:
 ve formě glutamátu sodného (E621) býval přidáván jako „taste enhancer“ do
instantních polévek, masoxů, bujonů, sójové omáčky a podobných pokrmů (s jeho
přidáváním se již přestává)
 Tzv. syndrom čínského restaurantu vzniká po požití 1-5 g glutamátu sodného; projevuje
se nevolností, pocitem tepla ve svalech, napětím v obličeji, tlakem na prsou…
 Glutamát sodný je zakázáno podávat dětem!!!
6.6.10 Glutamin
Glutamin vzniká z glutamátu – tato reakce je jedním z možných způsobů detoxikace amoniaku,
který je využíván mnoha různými tkáněmi včetně jater.
Po té, co se glutamin dostane do ledvinných tubulů, probíhá jeho deamidace za uvolnění
amoniaku, který je následně vyloučen močí.
Pro některé buňky je glutamin výhradním zdrojem energie (např. enterocyty, fibroblasty,
lymfocyty a makrofágy).
Slouží jako donor dusíku pro různé syntézy (glukosamin, puriny).
6.6.11 Prolin
Prolin je postradatelnou AK – je možné jej syntetizovat z glutamátu (kap 6.5).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 36
1) Katabolismus prolinu je opakem jeho syntézy (viz. kap. 6.5) – dochází k odbourávání na
glutamát (prolin je tedy glukogenní).
C
NH2
COOHO
OH
glutamát
OXIDACEC
NH2
COOHO
H
glutamát-5-semialdehyd
+ H2O
HC
N
COOH
pyrrolin-5-karboxylát
- 2 H
prolin
HC
N
H
COOH
H
OTEVŘENÍ
KRUHU
2) Z prolinu vzniká hydroxylací 4-hydroxyprolin. Hydroxylace probíhá za účasti kyslíku, jehož
jeden atom provádí samotnou hydroxylaci a druhý se navazuje na 2-oxoglutarát (velmi
neobvyklý koreduktant) za vzniku sukcinátu.
K hydroxylaci prolinu dochází až posttranslačně (tedy po zařazení do molekuly bílkoviny) a
dochází k ní především v kolagenu.
prolin
N
H
COOH
+ O O +
CO
CH2
COOH
CH2
2-oxoglutarát
- CO2
COOH
Fe2+
,
ASKORBÁT
4-hydroxyprolin
N
H
COOH
OH
+
OH
CO
CH2
COOH
CH2
sukcinát
Vzniklý 4-hydroxyprolin se odbourává na pyruvát (oproti prolinu odbourávajícímu se na
glutamát)
6.6.12 Histidin
1) Histidin je jednou z AK, které nepodléhají transaminaci – dusíku se zbavuje pomocí
desaturační deaminace za vzniku kyseliny urokanové.
2) Kyselina urokanová je dále odbourávána na N-formiminoglutamát (FIGLU), ze kterého se
odštěpí formiminoskupina (naváže se na tetrahydrofolát; histidin je tedy zdrojem C1
fragmentů) a vzniká glutamát (histidin je tedy glukogenní AK):
3) Další reakcí histidinu je dekarboxylace, při které vzniká histamin. Dekarboxylasa umožňující
tuto reakci se nachází v žírných buňkách a basofilních granulocytech. Tyto buňky stimulují
tvorbu HCl v žaludku a uvolňují se při alergických reakcích. Skupina léčiv zvaná
antihistaminika má za úkol blokovat působení histaminu vzniklého činností těchto buněk.
Další význam histidinu:
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 37
 Ve větším množství se vyskytuje v Hb , kde působí jako pufrační systém. Jeden z jeho
dusíků je bazický (má volný elektronový pár), druhý dusík je nebazický (volný
elektronový pár je zapojen do konjugace).
Z hodnot pKA histidinu (především hodnot pKA histidinu vázaného v bílkovinách) vidíme,
že při fyziologickém pH (≈7) se může histidin chovat jako pufr.
 Posttranslačně bývá histidin methylován na 3-methylhistidin (především v aktinu a
mysosinu), jehož exkrece močí je indikátorem proteolýzy a nutričního stavu
 Test na nedostatek tetrahydrofolátu se provádí pomocí „zátěže histidinem“. V těle tak
dochází k hromadění FIGLU, neboť není možný průběh reakce: FIGLU → glutamát
6.6.13 Větvené AK (Leucin, Isoleucin, Valin)
Všechny větvené AK jsou esenciálními (organismus není schopen sám vytvořit větvení). Po jídle
je jejich zastoupení v krvi vysoké, protože nejsou využívány játry (tělo nemá dostatek
aminotransferas). Nejvíce jsou využívány ve svalech a CNS.
První reakce jejich katabolismu jsou podobné – dochází k transaminaci (vznik odpovídající
2-oxokyseliny), oxidační dekarboxylaci (vznik odpovídajícího acyl-CoA) a dehydrogenaci (vznik
odpovídajícího α/β-nenasyceného acyl-CoA). Další metabolismus je již pro každou AK specifický.
Pro přehlednost je metabolismus rozvětvených AK znázorněn na schématu na následující stránce:
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 38
CH3
CH
CH3
CH2 CH COOH
NH2
TRANSAMINACE
CH3
CH
CH3
CH2 C
O
OXIDAČNÍ
DEKARBOXYLACE
CH3
CH
CH3
CH2 C S
O
CoA
- CO2
COOH
LEUCIN
2-oxoisokaproát
isovaleryl-CoA
TRANSAMINACE
OXIDAČNÍ
DEKARBOXYLACE
- CO2
ISOLEUCIN VALIN
2-OXOKYSELINA
ROZVĚTVENÝ
ACYL-CoA
DEHYDROGENACE
CH3
C
CH3
CH C S
O
CoA
-methylkrotonyl-CoA
FAD
FADH2 FADH2
FAD
ROZVĚTVENÝ NENASYCENÝ
ACYL-CoA
KARBOXYLACE NA C4
CH2
C
CH3
CH C S
O
CoA
HOOC
-methylglutakonyl-CoA
(acyl dikarboxylové rozvětvené
nenasycené kyseliny)
HYDRATACE DVOJNÉ
VAZBY
CH2 C
CH3
CH2 C S
O
CoAHOOC
OH
3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
(HMG-CoA)
ŠTĚPENÍ VAZBY C-C
CH2 C CH3HOOC
O
H3C C S
O
CoA+acetoacetát
acetyl-CoA
DEHYDROGENACE
SPECIFICKÝ
METABOLISMUS
2-oxomethylvalerát 2-oxoisovalerát
S CoA
HOOC CH2 CH2 C
O
sukcinyl-CoA
S CoA
HOOC CH2 CH2 C
O
sukcinyl-CoAH3C C S
O
CoA
acetyl-CoA
Vhodné je zmínit následující fakta:
 leucin je ketogenní AK, vznikají z něj acetoacetát a acetyl-CoA
 isoleucin je ketogenní (vznik acetyl-CoA) i glukogenní (vznik sukcinyl-CoA) AK
 valin je glukogenní AK, vzniká z něj sukcinyl-CoA
Další význam větvených AK:
 bývají využívány v infuzích, neboť příznivě ovlivňují katabolické stavy
 odbouráváním vzniká sukcinyl-CoA, který nemůže být při nedostatku vitaminu B12
odbourán, což vede k methylmalonové acidurii (viz výše)
Pozn. ( )Při deficitu dehydrogenasy rozvětvených 2-oxokyselin dochází k vylučování těchto oxokyselin (žluté pole)
v moči, což vede ke ketonurii známé jako nemoc javorového sirupu („maple syrup urine disease“).
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 39
6.6.14 Lysin
1) Lysin je esenciální AK, která nepodléhá transaminaci. Při katabolismus nejprve kondenzuje
s 2-oxoglutarátem, dojde k několika různým reakcím (viz schéma níže) a následuje
odštěpení glutamátu a allysinu.
HOOC CH
NH2
CH2 NH2CH2 CH2 CH2
lysin
COOHCH2CH2C
COOH
O
2-oxoglutarát
KONDENZACE
- H2O
N COOHCH2CH2C
COOH
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 CH2 ketimin
(Schiffova báze)
HYDROGENACE
(NADPH+H+
)
COOHCH2CH2C
COOH
NHHOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 CH2
sacharopin
DEHYDROGENACE
(NAD+
)
H
COOHCH2CH2CH
COOH
NHOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 CH
aldimin
lysin
HYDROLYTICKÉ
ŠTĚPENÍ
H2O
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 C
O
H
allysin
COOHCH2CH2CH
COOH
NH2
glutamát
Allysin je hydratován a následně dehydrogenován na 2-aminoadipát.
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 C
O
H
allysin
H2O
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 C OH
H
OH
NAD+
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 C
O
OH
2-aminoadipát
2-aminoadipát podléhá transaminaci na 2-oxoadipát, který se následně štěpí na dva Ac-CoA.
HOOC CH
NH2
CH2 CH2 CH2 C
O
OH
2-aminoadipát
TRANSAMINACE
HOOC C
O
CH2 CH2 CH2 C
O
OH
2-oxoadipát
- 2 CO2
CH3 C
O
S CoA
2x acetyl-CoA
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 40
2) Další reakcí lysinu je jeho přeměna na karnitin, který je součástí acylkarnitintransferázy –
enzymu účastnícího se přenosu VMK z cytoplazmy do mitochondrie.
CH3
CH3
CH3
OH CH
CH2
COOH
CH2 N
+
karnitin
CH3
CH3
CH3
O CH
CH2
COOH
CH2 N
+
C
O
acylkarnitin
3) V kolagenu a elastinu vytváří lysin příčné můstky
HC (CH2)4 NH2
CO
NH
lysin
(lysylový zbytek
v polypeptidu)
O2 , H2O
NH3 + H2O2
HC (CH2)3 C
CO
NH
O
H
allysin
HC (CH2)2 C
CO
NH
C
O
H
CH(CH2)3CH
CO
NH+ allysin
lysin
+
hydrogenace
CH(CH2)4
CO
NH
HC (CH2)4 NH
CO
NH
příčná vlákna vzniklá
dehydratací aldolu
(aldolová kondenzace)
příčná vlákna vzniklá hydrogenací
Schiffovy báze
Další význam lysinu:
 Na lysolový zbytek v řetězcích bílkovin se váže ubikvitin („značkování“)
 Dekarboxylací lysinu vzniká kadaverin (biogenní amin)
6.6.15 Fenylalanin
1) Katabolismus fenylalaninu
a) Katabolismus začíná přeměnou na tyrosin. Dojde k hydroxylaci za účasti kofaktoru BH4
(= tetrahydrobiopterin; má za úkol zredukovat druhý atom kyslíku, který se neúčastní
hydroxylace). Vzniklý tyrosin je následně transaminován na p-hydroxyfenylpyruvát.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 41
b) p-hydroxyfenylpyruvát je přeměněn na homogentisát (2,5-dihydroxyfenylacetát). Při
této přeměně dochází z oxidativní dekarboxylaci, přesmyku a hydroxylaci.
c) Aromatický kruh homogentisátu je atakován kyslíkem – reakce se účastní oba atomy
kyslíku, proto enzym, katalyzující tuto reakci ponese název dioxygenasa13
. Po rozštěpení
kruhu vznikne sloučenina jménem maleinylacetoacetát, který následně izomerie na
fumaroylacetoacetát. Ten se je následně rozštěpen na fumarát a acetoacetát.
2) Katabolismus fenylalaninu je bohužel charakteristický tím, že se v něm vyskytuje mnoho
chorob na bázi enzymových deficitů.
Např. deficit enzymu hydroxylasy (rce: fenylalanin → tyrosin) vede k hyperfenylalaninémii
typu I, při které dochází k hromadění fenylalaninu. Nejtěžší formou této nemoci je
fenylketonurie, která je geneticky podmíněna (postižený nese dvě recesivní alely).
Tím, že nemůže být fenylalanin přeměněn na tyrosin, dochází k nárůstu jeho koncentrace.
Zvýšení koncentrace aktivuje enzymy, které by za normálních okolností nepracovaly a
dochází k alternativnímu odbourávání fenylalaninu:
Vzniklé látky jsou vylučovány močí.
13
Doposud jsme se setkávali pouze s monooxygenasami, které jako kofaktor potřebovaly BH4, jenž zajistil
redukci druhého atomu kyslíku. Monooxygenasy katalyzují např. hydroxylace.
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 42
Hyperfenylalaninémie typu I nemusí být způsobena pouze chyběním hydroxylasy, ale i
deficitem kofaktoru BH4. Tato forma je závažnější především proto, že BH4 neovlivňuje
pouze přeměnu fenylalaninu na tyrosin, ale i jiné reakce, které bez něj nemohou probíhat. Je
proto nutné podávat takto postiženým jedincům přímo BH4, tyrosin, prekurzory
katecholaminů a další látky, jejichž metabolická dráha byla narušena.
3) Fenylalanin je společně s aspartátem složkou umělého sladidla Aspartamu, které je 120x
sladší než sacharosa.
Poruchy metabolismus fenylalaninu (tyrosinu):
Název nemoci Enzymová porucha Nález v moči Symptomy
Hyperfenylalaninemie typu I
(fenylketonurie)
fenylalaninhydroxylasa
↑ Phe, fenylpyruvát,
fenylacetát, fenyllaktát,
fenylacetylglutamin
záchvaty, psychózy,
„myší zápach“
způsobený
fenylacetátem
Hypertyrosinemie typ II tyrosintransaminasa ↑ Tyr
Alkaptonurie homogentisátoxygenasa ↑ homogentisát
tmavá moč způsobená
oxidací homogentisátu
na chinon (stáním na
vzduchu)
Hypertyrosinemie typ I fumaroylacetoacetáthydrolasa ↑ Tyr
průjmy, zvracení,
„zápach po hlávkovém
zelí“
Albinismus tyrosinhydroxylasa
absence očních a
kožních pigmentů
6.6.16 Tyrosin
Oproti fenylalaninu popsanému v kap. 6.6.15 není tyrosin esenciální AK (můžeme jej
z fenylalaninu vyrobit hydroxylací).
1) Tyrosin je prekurzorem katecholaminů. Nejprve je hydroxylován na DOPA14
, který podléhá
dekarboxylaci za vzniku dopaminu (první z katecholaminů). Dopamin je následně
přeměňován na noradrenalin15
a adrenalin.
Povšimněme si, že při vzniku DOPA z tyrosinu se hydroxylace účastní BH4 (koreduktant, váže
na sebe 2H), ale při vzniku noradrenalinu z dopaminu vystupuje jako koreduktant askorbát.
14
DOPA je pozůstatek z období staršího anglického názvosloví (nerozlišovala se oxoskupina a hydroxylová
skupina): DiOxoPhenylAlanine. Současný anglický název je 3-(3,4-dihydroxyphenyl)alanine.
15
Předpona „nor“ znamená N-demethyl, noradrenalin se tedy oproti adrenalinu liší o -CH3 skupinu
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 43
2) Tyrosin je výchozím substrátem i pro vznik melaninu (nejprve je tyrosin přeměněn na
dopamin, ten na dopachinon a z něj pak vzniká melanin).
3) Významnou reakcí je vznik tyroxinu – hormonu štítné žlázy.
Výše znázorněná reakce neprobíhá ve štítné žláze s volným tyrosinem – tyrosin je vázán
v bílkovině thyreoglobulinu.
6.6.17 Tryptofan
Tryptofan je pro svůj obsah heterocyklu esenciální AK.
1) Jeho katabolismus je komplikovaný. Nejrpve dojde k rozštěpení indolového kruhu a
hydrolýze vzniklého produktu – tím získáme kinurenin a formiát – tryptofan je tedy
zdrojem C1 fragmentu (formiátu).
Kynurenin je následně rozštěpen hydroxylován a výsledný produkt je štěpen na alanin a
3-hydroxyanthranilát. Z této reakce lze odvodit, že tryptofan nepodléhá transaminaci
(dusíku se zbavuje odštěpením alaninu):
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 44
3-hydroxyanthranilát je odbouráván dvěma způsoby:
 v 97% případů vzniká oxoadipát, který je následně přeměněn na acetyl-CoA
 v asi 3% případů vzniká nikotinamid, který je následně využit k syntéze NAD(P)+
Z výše popsaných katabolických drah je nutné především vědět:
 tryptofan je glukogenní (alanin) i ketogenní (acetyl-CoA) AK
 je donorem C1 zbytků (formiát)
 jeho katabolismus může vést ke vzniku nikotinamidu
2) Dekarboxylací tryptofanu získáme tryptamin.
3) Další významnou reakcí je vznik serotoninu, který slouží jako neurotransmiter.
Ze serotoninu vzniká melatonin, což je hormon šišinky, jehož úkolem v organismu je
řízení biorytmu.
Další význam tryptofanu:
Nikotinamid, který při metabolismu tryptofanu vzniká, nemůže pokrýt potřeby organismu
(proto je niacin označován jako vitamin). Nedostatek niacinu způsobuje onemocnění pelagra
(spíše se s ním setkáme v oblastech s převahou kukuřičné stravy, nebo´t kukuřice obsahuje málo
tryptofanu)
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 45
6.7 Přehled některých užitečných faktů
A) 6 AK poskytuje pyruvát
AK Typ reakce
SERIN DEHYDRATAČNÍ DEAMINACE
GLYCIN PŘES SERIN
THREONIN PŘES GLYCIN
ALANIN TRANSAMINACÍ
CYSTEIN ODŠTĚPENÍM-SH + TRANSAMINACÍ
TRYPTOFAN PŘES ALANIN
B) AK a jejich metabolity mohou sloužit jako neurotransmitery
EXCITAČNÍ ÚČINEK
(ovládají kationové Na+
kanály)
INHIBIČNÍ ÚČINEK
(ovládají chloridové Cl-
kanály)
GLUTAMÁT GABA
ASPARTÁT GLYCIN
(ACETYLCHOLIN)
C) V těle vzniká 5 vitaminů (na vzniku jednoho se podílí AK), ale pouze čtyři jsou využívány.
VITAMIN KDE A JAK VZNIKÁ
NIACIN vzniká ve tkáních z TRYPTOFANU
BIOTIN tlusté střevo (bakterie)
FYLOCHINON tlusté střevo (bakterie)
KALCIOL kůže; z cholesterolu (vliv UV záření)
KOBALAMIN tlusté střevo (bakterie)
!!! NEVSTŘEBÁVÁ SE !!!
D) Sedm aminokyselin nepodléhá transaminaci
AMINOKYSELINA ZPŮSOB ODSTRANĚNÍ α-NH2
ARGININ N je zabudován do ornitinu
LYSIN N je zabudován do 2-aminoadipátu
METHIONIN N je zabudován do homoserinu
THREONIN N je odštěpen v podobě glycinu
TRYPTOFAN N je odštěpen v podobě alaninu
PROLIN prolin je katabolizován na glutamát
HISTIDIN Desaturační deaminace (-NH3)
E) Biochemicky významné produkty vybraných AK (přehled)
AK Biochemicky významný produkt
Ala pyruvát → glukosa
Arg močovina, NO, kreatin
Ser Ethanolamin → cholin → betain, selenocystein, DONOR 1C FRAGMENTU
Gly hem, kreatin, GSH, konjugační činidlo, DONOR 1C FRAGMENTU
Met kreatin, homocystein, cystein, DONOR METHYLU
Cys GSH, taurin, SO42-, PAPS, cysteamin (součást CoA-SH)
Asp donor –NH2 (močovina, pirimidiny); vzniká z něj oxalacetát a fumarát (význam
pro CC), β-alanin (součást CoA-SH)
Glu NH3, 2-oxoglutarát, glutamin, prolin, GSH, GABA
Gln NH3, donor –NH2 (syntéza glukosaminu a purinů)
Pro hydroxyprolin, glutamát
His glutamát, histamin, k. urokanová, 2-methylhistidin, DONOR 1C FRAGMENTU
Lys glutamát, allysin, karnitin, kadaverin
Tyr fumarát (CC), katecholaminy, tyroxin, melaniny
Trp nikotinamid, serotonin, melatonin, indol, skatol, DONOR 1C FRAGMENTU
© JN 2009 Kapitola 6 – Metabolismus AK 46