biochemie-7-1-AA 1
Metabolismus
aminokyselin
biochemie-7-1-AA 2
Přehled metabolismu aminokyselin
Hotovost
AK
Endogenní
proteiny
Exogenní
proteiny
MK, TAG
CO2 + energie
Glukosa
Biogenní aminy
Neurotransmitery
Puriny/pyrimidiny
Porfyriny
Kreatin
NO a další ...
NH3  NH4
+
Syntéza
neesenc. AK
Močovina Glutamin
CC
GIT
Intracelulární
degradace
x
biochemie-7-1-AA 3
Hotovost aminokyselin
Tři zdroje hotovosti:
1) Proteolýza exogenních proteinů z potravy
2) Proteolýza tkáňových proteinů
3) Syntéza neesenciálních AK
Trojí využití hotovosti:
1) Syntéza tkáňových a plazmatických proteinů (játra)
2) Syntéza specializovaných dusíkatých sloučenin
3) Deaminace + utilizace uhlíkatého skeletu
Trojí využití uhlíkatého skeletu AK:
1) Glukoneogeneze
2) Syntéza MK a TAG
3) Metabolické palivo = oxidace v CC na CO2 = zisk energie
biochemie-7-1-AA 4
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,
karboxypeptidasy, 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.
biochemie-7-1-AA 5
Degradace proteinů
Exogenní proteiny
 Lumen GIT
 Žaludek – pepsin
 Střevo – pankreatické
proteasy (trypsin,
chymotrypsin atd.)
Endogenní proteiny
 Intracelulární proteasy
 Dva systémy:
1. Lyzosomy
2. Ubikvitin-proteasom
biochemie-7-1-AA 6
Trávení exogenních proteinů
Enzymy štěpící proteiny v GIT
jsou produkovány jako neaktivní
proenzymy, aktivace nastane
odštěpením peptidové sekvence
http://dl1.cuni.cz/pluginfil
e.php/254659/mod_page/c
ontent/7/tr%C3%A1ven%
C3%AD%20protein%C5
%AF.jpg
Přehled trávení bílkovin
TEST
7
Trávení bílkovin a resorbce AK v GIT
proteiny v GIT – ~50% z potravy,
velmi různá “stravitelnost” proteinů – málo tráveny elastin, keratin, mucin
enzymy trávení proteinů – viz tabulka
 resorbce AK a di- a tripeptidů enterocyty tenk. střeva pomocí transportérů (SLC,solute
carriers – mnoho typů)
koncentrace AK v buňce obecně mnohem vyšší než extracelulárně,
proto nutno udržovat aktivně
 – Na+-dependentní transport – akt. transport Na+ facilitovaná difuze Na+/AK
(=symport)
 – Na+-independentní – facilitovaná difuze (=uniport)
resorpce celých proteinů ve střevě
– omezeně možná – prostřednictvím
endocytózy a
nebo místy odpoupaných epitelií
– využívá se při systémové
enzymoterapii
(kapsle odolné účinku HCl a
ankreatických enzymů)
8
biochemie-7-1-AA 9
Endogenní proteiny mají různý biologický poločas
Protein Poločas
Ornithindekarboxylasa
RNA polymerasa I
Prealbumin
Laktátdehydrogenasa
Albumin
IgG
Kolagen
Elastin
12 min
1,3 hod
2 dny
4 dny
19 dnů
23 dny
několik let
celý život (?)
biochemie-7-1-AA 10
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 Nacetylgalaktosamin,
pro který mají jaterní buňky na svém povrchu receptor).
 Ve stresových situacích mohou lysozomy odbourávat i proteiny intracelulární.
http://micro.magnet.
fsu.edu/cells/lysoso
mes/images/lysosom
esfigure1.jpg
biochemie-7-1-AA 11
Lyzosomální hydrolasy štěpí vazby vzniklé kondenzací
Hydrolasa Typ štěpené vazby
Glukosidasa
Galaktosidasa
Hyaluronidasa
Arylsulfatasa
Lysozym
Kathepsin
Kolagenasa
Elastasa
Ribonukleasa
Lipasa
Fosfatasa
Ceramidasa
glykosidová
glykosidová
glykosidová
sulfoesterová
glykosidová
peptidová
peptidová
peptidová
fosfodiesterová
esterová
fosfoesterová
amidová
biochemie-7-1-AA 12
Ubikvitin (UB) značkuje proteiny určené k degradaci
v proteasomu
 Malý protein, ve všech buňkách
 C-konec UB se váže na Lys proteinů určených k degradaci
(značkování) - „kiss of death“
 Vazba UB na bílkovinu má tři fáze, využívají se tři enzymy
E1, E2 a E3
 Vazba UB na E1-SH vyžaduje ATP
 Váže se více UB - polyubikvitinace
 Značkovaná bílkovina je směrována k proteasomu
biochemie-7-1-AA 13
Značkování proteinu
E1 - enzym aktivující ubikvitin
za účasti ATP
E2 - ubikvitin konjugační enzym
E3 - ubikvitin-protein ligasa
http://www.nature.com/nrc/journ
al/v6/n5/images/nrc1881-f1.jpg
biochemie-7-1-AA 14
Pravidlo N-konce
Stabilizující zbytky (dlouhý poločas):
 Met, Ser, Ala, Thr, Val, Gly, Cys
Destabilizující zbytky (krátký poločas):
 Phe, Leu, Asp, Lys, Arg
 PEST proteiny: segmenty bohaté na Pro, Glu, Ser, Thr
biochemie-7-1-AA 15
Proteasom
 Dutý cylindrický útvar, složený z 28 polypeptidů
 Čtyři cyklické heptamery (4  7 = 28)
 Na obou koncích „čepičky“ ve tvaru V- rozbalí značené bílkoviny a
translokují je dovnitř za spotřeby ATP
 Uvnitř dutiny jsou různě specifické proteasy (aktivní místo threonin),
hydrolyticky štěpí značkovanou bílkovinu na krátké (8 AK)
peptidy
 UB není degradován, uvolňuje se nezměněn
biochemie-7-1-AA 16
Proteasomy degradují hlavně bílkoviny s krátkým
poločasem (regulační) a poškozené proteiny
UB + Krátké peptidy
Protein-UB
AK
cytosolové
peptidasy
biochemie-7-1-AA 17
Bortezomib je inhibitor proteasomu atom
boru se váže do katalytického místa (Thr)
(léčba mnohočetného myelomu)
Syntetický tripeptid: pyrazinová kys-Phe-boroLeu
místo COOH je kys. boritá
Zatímco jsou
zapojeny mnohé
mechamismy,
inhibice proteasomu
by mohla bránit
degradaci pro-
apoptotických
faktorů, za současné
aktivace
programované
buněčné smrti v
neoplastických
buňkách závislé na
potlačení potlačení
pro-apoptotických
drah.
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 4
biochemie-7-1-AA 18
Biologická hodnota proteinů (BV,
biological value)
Množství endogenních proteinů (v gramech) vzniklých ze 100 g
exogenních proteinů (vyjadřuje se v procentech)
BV závisí na:
 obsahu esenciálních AK
 jejich vzájemném poměru
 stravitelnosti bílkovin
BVživočiš. prot. > BVrostl. prot.
pšenice - deficitní na Lys, Trp, Thr, Met
luštěniny - deficitní na Met, Cys
Denní příjem proteinů: 0,8 g/kg
biochemie-7-1-AA 19
Esenciální a semiesenciální AK
 valin
 leucin
 isoleucin
 threonin
 fenylalanin
 tryptofan
 lysin
 methionin
Semiesenciální AK
• histidin, arginin - v období růstu
• alanin, glutamin, taurin - při metabolickém stresu
• cca 30 % potřeby methioninu lze nahradit cysteinem
• cca 50 % potřeby fenylalaninu lze nahradit tyrosinem
biochemie-7-1-AA 20
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).
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009, Metabolismus
AK s. 6
biochemie-7-1-AA 21
Vaječný bílek a syrovátka
vaječný bílek je viskózní roztok globulárních bílkovin (ovalbumin,
ovotransferrin, ovomukoid, ovomucin, ovoglobuliny, avidin ad.)
syrovátka je vedlejší produkt při výrobě sýrů a tvarohu,
žlutavá kapalina, která vznikne po vysrážení kaseinu (barva
od riboflavinu)
obsahuje cca 12 % vysoce kvalitních bílkovin (laktoalbumin,
laktoglobuliny) a vitaminy B-komplexu, laktosu
biochemie-7-1-AA 22
Kvantita: Průměrný obsah proteinů v potravinách (%)
Parmesan
Tvarůžky
Tvrdé sýry
Luštěniny
Maso
Vejce
Kvasnice
Obilniny, rýže
Mléko
Brambory
Ovoce, zelenina
40
30
25
25
20
13
11
8
4
2
1
biochemie-7-1-AA 23
Alternativní zdroje bílkovin
Potravina Obsah
proteinů
Komentář
Šmakoun
Robi
Seitan
Klaso
Tofu
Tempeh
Sojové maso
13 %
22 %
25 %
24 %
16 %
20 %
45 %
porézního hmota z vaječného bílku
rostlinné bílkoviny z obilnin a rýže
izolované pšeničné bílkoviny
izolované pšeničné bílkoviny
sojový sýr, vysrážené sojové bílkoviny
vyroben z fermentovaných sojových bobů
extrudované sojové bílkoviny, těžko stravitelné
biochemie-7-1-AA 24
Proteinové supplementy
 vysoký obsah proteinů (20 – 90 %)
 většinou na bázi sušené syrovátky
 a/nebo směsi volných AK (BCAA =Val, Leu, Ile)
 vys. příjem proteinů představuje metabolickou zátěž pro:
 trávicí systém ( hnilobné procesy v tlustém střevě, koreluje s
výskytem některých nádorových onemocnění)
 játra ( syntéza močoviny), ledviny (exkrece močoviny a volných AK,
tvorba a exkrece NH4
+)
 mohou být úmyslně kontaminovány anabolickými steroidy !!!
biochemie-7-1-AA 25
Exotické zdroje živočišných bílkovin
 koňské maso (glykogen)
 zvěřina (↓stravitelnost, Pb broky)
 klokaní maso
 pštrosí maso
 želví a hadí maso
 kaviár (baz. AK, vit., puriny↑)
 korýši (BV ↓, Zn ↑↑, alergie)
 ústřice (živé, rychle se kazí, Cu↑)
 hlemýždi (lehce strav.)
 žabí stehýnka (lehce strav.)
 hlavonožci
 brouci
 kobylky
 červi
biochemie-7-1-AA 26
 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.
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 7
biochemie-7-1-AA 27
Proteiny
NH3
glutamát
glutamát + urea
(exkrece močí)
2-oxoglutarát +
glutamin
proteolýza
dehydrogenace + deaminace
detoxikace v játrech
deamidace
v ledvinách
aminokyseliny
transaminace
detoxikace
v jiných tkáních
NH4
+
(exkrece močí)
NH4
+
(exkrece močí)
deaminace
v ledvinách
Katabolická dráha AK / dusíku
biochemie-7-1-AA 28
Transaminace
je přenos -NH2 skupiny z jednoho substrátu na druhý
 většina AK (kromě Lys, Thr, Pro, His, Trp, Arg, Met)
 aminoskupina je přenesena z AK na oxokyselinu
(většinou 2-oxoglutarát)
 kofaktor - pyridoxalfosfát - vznik Schiffových bází
 reverzibilní reakce  význam pro syntézu AK
biochemie-7-1-AA 29
Obecné schéma transaminace
CH2CH2COOH
O
CHOOC+R CH
NH2
COOH
aminokyselina 2-oxoglutarát
HOOC CH CH2CH2COOH
NH2
+R C
O
COOH
glutamát2-oxokyselina
aminotransferasa
pyridoxalfosfát
biochemie-7-1-AA 30
Pyridoxalfosfát přenáší -NH2 z aminokyseliny
na 2-oxoglutarát
N
CH2O
H3C
HO
C
OH
P
O
O
O
reaktivní skupinakovalentně vázaný
na enzym
kofaktor
biochemie-7-1-AA 31
Transaminace má dvě fáze:
 i) přenos -NH2 skupiny z aminokyseliny na
pyridoxalfosfát
 ii) přenos -NH2 skupiny z pyridoxaminfosfátu na
2-oxoglutarát
 Dusík většiny aminokyselin se pomocí
transaminace dostává do molekuly glutamátu.
Tato reakce tedy vede ke „zjednodušení“
metabolismu dusíku – místo toho, aby organismus
 odbourával dusík z 20 různých AK, pracuje dále jen
s jedinou aminokyselinou
biochemie-7-1-AA 32
1. Fáze transaminace
Schiffova báze
CH
NH2
COOHR R C COOH
CH2
N
R CH COOH
CH
N H2O
R C
O
COOH
CH2NH2
C
OH - H2O
aminokyselina
pyridoxamin-Ppyridoxal-P iminokyselina
oxokyselina
izomerace
aldimin pyridoxalu ketimin oxokyseliny
AK  oxokyselina
pyridoxal-P  pyridoxamin-P
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 10
biochemie-7-1-AA 33
2. Fáze transaminace
2-oxoglutarát glutamát
pyridoxamin-P
pyridoxal-P
C
OH
CH2NH2
- H2O
H2O
CH2
CH2
COOH
CHOOC
O
CH2
CH2
COOH
CHOOC
N
CH2
ketimin
oxokyseliny
CH2
CH2
COOH
CHHOOC
N
CH
aldimin
pyridoxalu
CH2
CH2
COOH
CHHOOC
NH2
2-oxoglutarát  glutamát
pyridoxamin-P  pyridoxal-P
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 10
biochemie-7-1-AA 34
Dusík většiny AK se transaminacemi
koncentruje v glutamátu
Po transaminaci AK následuje
dehydrogenační deaminace glutamátu
biochemie-7-1-AA 35
ADb) Deaminace
enzymem glutamátdehdrogenasou (GMD).
 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
Jedná se o reverzibilní reakci 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)
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 11
biochemie-7-1-AA 36
Dehydrogenační deaminace glutamátu je
reverzibilní reakce (glutamátdehdrogenasou)
HOOC CH CH2CH2COOH
NH2
CH2CH2COOH
NH
CHOOC
- 2H
H2O
glutamát 2-iminoglutarát
2-oxoglutarát
NH3 CH2CH2COOH
O
CHOOC+
GMD
NAD(P)+
hlavní zdroj
amoniaku
v buňkách
biochemie-7-1-AA 37
Glutamátdehydrogenasa (GMD, GD, GDH)
 vyžaduje pyridinový kofaktor NAD(P)+
 GMD reakce je reverzibilní, dehydrogenace NAD+, hydrogenace
NADPH+H+
 probíhá ve dvou stupních:
 dehydrogenace >CH-NH2 na iminoskupinu >C=NH
 hydrolýza iminoskupiny na oxoskupinu a amoniak
biochemie-7-1-AA 38
Buněčná lokalizace vybraných
přeměn AK
transaminace (ALT)  glutamát
NH3
glutamát
syntéza
močoviny
mitochondrie
cytosol
GMD
Glu + NH3  Gln transaminace (AST)
cytosol
biochemie-7-1-AA 39
 dehydrogenační deaminace glutamátu v
buňkách většiny tkání
 bakteriální rozklad proteinů (hnití) v tlustém střevě
amoniak difuzí přechází do portální krve  portální krev má
relativně vysokou konc. NH3  odstraněn játry
Dva hlavní zdroje amoniaku v
organismu
biochemie-7-1-AA 40
Další zdroje amoniaku – deaminace různých
substrátů
 deaminace adeninu v cyklu purinových nukleotidů
 oxidační deaminace některých AK (H2O2)
 desaturační deaminace histidinu  urokanová kys. + NH3
 oxidační deaminace koncové aminoskupiny v lysinu
lysyloxidasa(Cu2+): Lys + O2  NH3 + allysin + H2O
 dehydratační deaminace serinu
 oxidační deaminace biogenních aminů
(H2O2,)
biochemie-7-1-AA 41
Další deaminace
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009,
Metabolismus AK s.12, 13
biochemie-7-1-AA 42
Deaminace adeninu
N
N
N
N
NH2
Rib P
N
N
N
N
OH
Rib P
H2O
+ NH3
adenosinmonofosfát inosinmonofosfát
biochemie-7-1-AA 43
Oxidační deaminace některých AK
R CH
NH2
COOH
FAD FADH2
R C COOH
NH
O2H2O2
katalasa
H2O + O2
H2O
R C COOH
O
NH3
iminokyselina
• glycin
• odbourání D-aminokyselin
• vedlejší produkt H2O2
H2O + ½ O2
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 12
biochemie-7-1-AA 44
Oxidační deaminace biogenních aminů
R CH2 NH2
FAD FADH2
H2O2 O2
R CH NH
H2O
R CH O
NH3
biogenní amin imin aldehyd
monoaminoxidasa
R-COOH
kyselina
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 13
biochemie-7-1-AA 45
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.
Kyselina urokanová je látka, která obsahuje konjugovaný systém dvojných
vazeb, který absorbuje UV záření (využíváno k ochraně organismus – kys.
urokanová je vylučována potem).
CH CH
NH2
COOH
H
N
N
H
CH CH COOH
N
N
H
- NH3
kys. urokanová
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 11
biochemie-7-1-AA 46
 neenzymová karbamylace proteinů (při vysoké koncentraci močoviny v buňce k této
reakci dochází.
Prot-NH2 + NH2-CO-NH2  NH3 + Prot-NH-CO-NH2
 katabolismus pyrimidinových bází
cytosin/uracil  NH3 + CO2 + β-alanin
thymin  NH3 + CO2 + β-aminoisobutyrát
 syntéza hemu (4 porfobilinogen  4 NH3 + uroporfyrinogen)
Další reakce, při kterých vzniká
amoniak
biochemie-7-1-AA 47
Hydrolýza amidové skupiny glutaminu v ledvinách uvolňuje
amoniak, který se jako NH4
+ vylučuje močí
(deamidace)
Glutamin se považuje za netoxickou transportní formu amoniaku
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O NH2
H2O
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O OH
+ NH3
glutamin glutamát
glutaminasa
biochemie-7-1-AA 48
Zvýšená tvorba amoniaku za patologických podmínek
 krvácení do GIT  zvýšení NH3 v portální krvi
 uroinfekce – bakteriální ureasa katalyzuje hydrolýzu močoviny
H2N-CO-NH2 + H2O  2 NH3 + CO2
NH3 + H2O  NH4
+ + OHalkalická
moč (pH až 8)  fosfátové konkrementy
biochemie-7-1-AA 49
Acidobazické vlastnosti NH3
pKB (NH3) = 4,75 (slabá báze)
NH3 + H2O  NH4
+ + OHpKA
(NH4
+) = 14 - 4,75 = 9,25 (velmi slabá kyselina)
Při fyziologických hodnotách pH v ICT a ECT (7,40) je
naprostá většina amoniaku ve formě amonného kationtu:
98 % NH4
+
2 % NH3
biochemie-7-1-AA 50
NH4
+ ionty v tělesných tekutinách
Tělesná
tekutina
Konc. NH4
+
(mmol/l)
Metabolický původ NH4
+
Moč
Sliny
Portální krev
Žilní krev
10 – 40
2 – 3
0,1 – 0,3
< 0,03
deamidace Gln + deaminace Glu v tubulech
hydrolýza močoviny ústní mikroflorou
hnití bílkovin v tlustém střevě, katabolismus Gln/Glu v enterocytu
katabolismus AK ve tkáních
biochemie-7-1-AA 51
důležité při jaterním selhávání
1. nízkoproteinová dieta
2. alterace střevní mikroflóry
 probiotika – živé mikrorganismy, podporují kvasné procesy na úkor
hnilobných (laktobacily, bifidobakterie) – kefír, acidofilní mléko ...
 prebiotika – nestravitelné složky potravy, které selektivně stimulují růst
probiotik (oligofruktosa, inulin, vláknina)
 střevní antibiotika – lokálně působící (neomycin, metronidazol), krajní
řešení, krátkodobé
Jak omezit vznik amoniaku v lidském těle?
biochemie-7-1-AA 52
Tři produkty detoxikace amoniaku
Charakteristika Močovina Glutamin Glutamát
Důležitost
Typ sloučeniny
Reakce vzniku
Enzym
Potřeba energie
Buňka-lokalizace
Orgán

diamid H2CO3
ureosynt. cyklus
5 enzymů cyklu
3 ATP
mitoch. + cytosol
pouze játra

γ-amid Glu
Glu + NH3
Gln-syntetasa
1 ATP
mitochondrie
játra, ostatní

α-aminokyselina
red. aminace 2-OG
GMD
1 NADPH+H+
mitochondrie
(CNS)
biochemie-7-1-AA 53
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).
 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)
ADc) Detoxikace amoniaku
Aminoak může být detoxikován třemi různými způsoby:
1) V močovinovém cyklu
2) Zapojením do molekuly glutaminu
3) Zapojením do molekuly glutamátu
biochemie-7-1-AA 54
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).
 1) Tvorba karbamyol fosfátu (mitochondrie)
 2) Vznik citrulinu (mitochondrie)
 3) Kondenzace citrulinu s aspartátem (cytosol)
 4) Štěpení argininsukcinátu
 5) Hydrolýza argininu
biochemie-7-1-AA 55
Syntéza močoviny v
játrech
první dvě reakce v mitochondriích
další v cytosolu
biochemie-7-1-AA 56
NOVÁK,
Jan.
Biochemie I.
Brno: Muni,
2009,
Metabolismu
s AK s. 15
biochemie-7-1-AA 57
1. Tvorba karbamoylfosfátu (matrix)
CO2 NH4
+
+
2 ATP 2 ADP + 1 P
H2N O
C
O
P
O
O
O
 karbamoylfosfátsynthetasa, alloster. aktivátor N-acetylglutamát
 matrix mitochondrie
 dva moly ATP
 vzniká amidová vazba + smíšený anhydrid
 makroergní sloučenina
biochemie-7-1-AA 58
Karbamoyl je acyl kyseliny karbamové
H2N
C
O
OH H2N
C
O
kys. karbamová
monoamid kys. uhličité
hypotetická
karbamoyl
biochemie-7-1-AA 59
2. Vznik citrulinu (matrix)
CH2CH2CH2CHCOOH
NH2 NH2
H2N O
C
O
P
O
O
O
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
O
HO P
O
O
O
citrulin
ornitin
karbamoyl
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 16
biochemie-7-1-AA 60
3. Druhá aminoskupina pochází z aspartátu (cytosol)
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
O
CHCOOH
CH2COOH
H2N
aspartát
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N CHCOOH
CH2COOH
H2O-
argininsukcinát
ATP
AMP + PP
citrulin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 16
biochemie-7-1-AA 61
4. Štěpení argininsukcinátu
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N CHCOOH
CH2COOH
argininsukcinát
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N H
arginin
C
C
COOH
H
H
HOOC
fumarát
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009, Metabolismus
AK s. 16
biochemie-7-1-AA 62
5. Hydrolýza argininu poskytne močovinu
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N H
arginin
H2O
CH2CH2CH2CHCOOH
NH2 NH2
O
C
NH2
NH2
ornitin
urea
NOVÁK, Jan. Biochemie I.
Brno: Muni, 2009, Metabolismus
AK s. 17
biochemie-7-1-AA 63
H2N
C
O
NH2
volný amoniak aspartát
Metabolický původ atomů dusíku v močovině
biochemie-7-1-AA 64
Syntéza močoviny je protonproduktivní
(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:
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK
s. 18
biochemie-7-1-AA 65
CO2 + NH4
+ + aspartát  močovina + fumarát + H2O + 2 H+
CO(NH2)2 + -OOC-CH=CH-COO- + H2O + 2 H+
Syntéza močoviny je proton-produktivní děj
OOC CH
NH3
CH2 COO
CO2 + NH4
+ +
biochemie-7-1-AA 66
Močovina je neelektrolyt
 diamid kyseliny uhličité
 polární látka (dipól)  velmi dobře rozpustná ve vodě
 difunduje snadno všemi membránami (hydrofilní kanálky)
 přispívá k osmolalitě krevní plazmy:
osmolalita  2 [Na+] + [glukosa] + [urea] mmol/kg H2O
 vzniká v játrech
 vylučuje se močí v závislosti na množství přijatých bílkovin
330-600 mmol/d (20-35 g/d)
biochemie-7-1-AA 67
Močovina v krevním séru (2-8 mmol/l)
Zvýšená koncentrace
 poruchy exkrece
(renální selhání)
 nadměrný rozpad proteinů v
katabolických stavech
(sepse, popáleniny,
polytrauma, nádory, horečky
apod.)
Snížená koncentrace
 nedostatek bílkovin
v potravě
 poruchy produkce
(jaterní selhání)
biochemie-7-1-AA 68
Charakteristika Močovina Močová kyselina
Latinský název urea acidum uricum
Chemický název diamid kys. uhličité 2,6,8-trihydroxypurin
Katabolit aminokyselin adeninu, guaninu
Chování ve vodě neelektrolyt slabá dvojsytná kys.
pH vodného roztoku neutrální slabě kyselé
Rozpustnost ve vodě
Redukční vlastnosti
výborná
ne
špatná (vliv pH)
ano (antioxidant)
Vznik v těle pouze játra řada tkání
Vznik v buňce mitoch. + cytosol cytosol
Koncentrace v séru 2-8 mmol/l 150-400 μmol/l
Exkrece močí 20-35 g/d 0,5-1 g/d
% katabolického N 80-90 1-2
biochemie-7-1-AA 69
Srovnejte a rozlišujte
močovina × močová kyselina
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 19
biochemie-7-1-AA 70
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)
 • 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:
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 19
biochemie-7-1-AA 71
Regenerace aspartátu
 Při syntéze močoviny je využíván aspartát. Tato AK vzniká transaminací
z oxalcetátu (reakci katlyzuje enzym AST – aspartátaminotransferasa)
 Oxalacetát je jedním z meziproduktů CC. Samotný oxalacetát je výchozím
substrátem nejen pro transaminaci na aspartát, ale i pro vznik 2oxoglutarátu
(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).
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 18
biochemie-7-1-AA 72
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.
Glutamin je, společně s alaninem,
jedou z nejzastoupenější AK v krvi v
postresorpční fázi (fázi hladovění). 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
2. způsob detoxikace NH3
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 20
biochemie-7-1-AA
glutaminsynthetasa
biochemie-7-1-AA 73
Syntéza glutaminu
glutamin
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O NH2
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O OH
+ NH3
glutamát
ATP ADP + P
- H2O
glutaminsynthetasa
2. způsob detoxikace NH3
biochemie-7-1-AA 74
Z glutaminu se v ledvinách uvolňuje NH4
+
Gln Glu 2-oxoglutarát
NH3 NH3
H
+
H
+
NH4
+
NH4
+
Moč
glutamátdehydrogenasaglutaminasa
moč (pH ~ 5)
biochemie-7-1-AA 75
Glutamin a alanin mají zvláštní význam
 nejvíce zastoupené AK v cirkulaci v postresorpční fázi, do cirkulace je
uvolňuje hlavně svalová tkáň
 alanin je významným substrátem pro glukoneogenezi
 syntéza glutaminu je způsob detoxikace amoniaku
 glutamin uvolňuje amoniak v tubulárních buňkách ledvin
 glutamin je výhradní zdroj energie pro některé buňky (enterocyty,
fibroblasty, lymfocyty, makrofágy)
 glutamin je zdrojem dusíku pro syntézy (puriny, aminocukry ...)
 glutamin je zdrojem glutamátu (GSH, GABA, ornitin, prolin)
biochemie-7-1-AA 76
GMD reakce je reverzibilní
Dehydrogenační deaminace glutamátu
Hydrogenační aminace 2-oxoglutarátu
COOH
CHH2N
CH2
CH2
COOH
NAD
+
NADH H
+
+
COOH
CHN
CH2
CH2
COOH
COOH
CO
CH2
CH2
COOH
H2O
NH3
hlavní tvorba amoniaku ve tkáních
3. způsob detoxikace amoniaku
glutamát 2-iminoglutarát
biochemie-7-1-AA 77
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).
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 20
biochemie-7-1-AA 78
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 21
biochemie-7-1-AA 79
Syntéza neesenciálních
aminokyselin
biochemie-7-1-AA 80
Syntéza glycinu Gly
CH2
OH
CH
NH2
COOH + FH4 CH2
NH2
COOH + HOCH2 FH4
serin glycin
1. Opačný směr transaminační reakce
2. Ze serinu
3. Z cholinu (viz Harper, str. 303, meziprodukt betain)
CH2
NH2
COOH
CH
NH2
COOHCH2CH2HOOCC
O
COOHCH2CH2HOOC
C
O
COOH
H
+ +
2-oxoglutarát
glyoxalát
glutamát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 22
biochemie-7-1-AA 81
biochemie-7-1-AA 82
Syntéza serinu z meziproduktu glykolýzy
COOH
CH OH
CH2 O P
NAD
+
COOH
C
CH2 O P
O
NADH H
+
COOH
CH
CH2 O P
H2N
transaminace
H2O
COOH
CH
CH2 OH
H2N
glukosa
3-P-glycerát 3-P-hydroxypyruvát
3-P-serin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s.
22
biochemie-7-1-AA 83
Syntéza alaninu z pyruvátu a glutamátu
(ALT reakce v opačném směru)
COOHCHH3C
NH2
COOHCH3C
O
Glu
2-oxoglutarát
ALT
alanin pyruvát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 22
biochemie-7-1-AA 84
Syntéza aspartátu z oxalacetátu a
glutamátu (AST reakce v opačném směru)
COOHCHCH2
NH2
CH2HOOC
Asp
oxalacetát
AST
COOHCCH2
O
CH2HOOC
glutamát 2-oxoglutarát
AST reakce takto produkuje aspartát pro syntézu močoviny
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 23
biochemie-7-1-AA 85
Syntéza prolinu je opakem jeho katabolismu
N
COOH
H
H
H - 2H
prolin
N
COOH
pyrrolin-5-karboxylát
adice H2O
otevření kruhu
N
C COOHO
H
H
H
glutamát-5-semialdehyd
H2N
HOOC COOH
glutamát
oxidace
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 23
biochemie-7-1-AA 86
COOH
CHH2N
CH2
CH2
COOH
NAD
+
NADH H
+
+
COOH
CHN
CH2
CH2
COOH
COOH
CO
CH2
CH2
COOH
H2O
NH3
Glutamát vzniká redukční aminací 2-oxoglutarátu (GMD
reakce v opačném směru)
L-glutamát 2-iminoglutarát 2-oxoglutarát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 23
glutamátdehydrogenáza, mitochondriální
enzym, aktivita v séru se někdy stanovuje
v klinické biochemii při vyšetřování jater
(obdobný význam jako AST – zvyšuje se
při nekróze hepatocytů)
biochemie-7-1-AA 87
Hydroxylací esenciálního fenylalaninu vzniká
neesenciální tyrosin
COOH
CHH2N
CH2
H
+ O O + BH4
COOH
CHH2N
CH2
OH
+ +H2O BH2
fenylalanin tyrosin
Kofaktor tetrahydrobiopterin (BH4) je donorem dvou
atomů H na vznik vody
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 23
biochemie-7-1-AA 88
Glutamin vzniká z glutamátu a amoniaku
glutamin
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O NH2
COOH
CH
CH2
H2N
CH2
C
O OH
+ NH3
glutamát
ATP ADP + P
- H2O
Analogicky vzniká asparagin z aspartátu
NOVÁK, Jan. Biochemie
I. Brno: Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 24
biochemie-7-1-AA 89
Cystein vzniká odbouráním methioninu
HOOC CH
NH2
CH2CH2 SH
homocystein
kondenzace se serinem
HOOC CH
NH2
CH2CH2 S
CH2 CH
NH2
COOH
H2O
cystathionin
odštěpení cysteinu
homoserin
HOOC CH
NH2
CH2CH2 OH
methionin
CH
NH2
COOHCH2
SH
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 25
biochemie-7-1-AA 90
Selenocystein vzniká kotranslačně ze serinu a selenofostátu
Serin-tRNA + selenofosfát  selenocystein-tRNA + fosfát
Selenofosfát vzniká ze selenidu (z potravy) a ATP
Se2- + ATP + H2O  AMP + Pi + P
O
O
OSeH
COOHCH
NH2
CH2
Se
H
Glutathionperoxidasa (2 GSH + H2O2  2 H2O + G-S-S-G)
Dejodasa thyroninu (thyroxin T4  trijodothyronin T3)
Thioredoxin reduktasa (ribosa  deoxyribosa)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 25
biochemie-7-1-AA 91
91
Přeměny uhlíkatého
skeletu
aminokyselin
biochemie-7-1-AA 92
92
Rozdělení aminokyselin podle katabolismu
 Glukogenní - většina (13), poskytují pyruvát nebo
meziprodukty citrátového cyklu
 Ketogenní - pouze Leu, (Lys) vzniká acetyl-CoA a acetacetát
 Smíšené (Thr, Ile, Phe, Tyr, Trp), meziprodukty CC, pyruvát,
acetylcoA, acetoacetat
LIFT
biochemie-7-1-AA 93
93
oxalacetát
fumarát
sukcinyl-CoA
2-oxoglutarát
CC
acetyl-CoA
Phe, Tyr
Ile, Val, Met, Thr
Arg, Glu, Gln, His, Pro
Asp, Asn
glukosa
acetoacetát
pyruvát
Ala, Cys, Gly, Ser, Thr, (Trp)
Ile, Leu, Lys, Thr
Leu, Lys, Phe, Trp, Tyr
Asp
Ser, Gly, Thr, Ala, Cys, Trp
Meziprodukty katabolismu aminokyselin
biochemie-7-1-AA 94
94
Transaminace alaninu
COOHCHH3C
NH2
COOHCH3C
O
Glu
2-oxoglutarát
ALT
alanin pyruvát
alaninaminotransferasa
Alanin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 27
biochemie-7-1-AA 95
95
Glukoso-alaninový cyklus
Alanin
Pyruvát
Glukosa Glukosa
Pyruvát
Alanin
Játra Sval
Krev
glykolýza
transaminacetransaminace
glukoneogeneze
• alanin lze považovat za transportní formu
dusíku uvolňovanou ze svalu do cirkulace
• v játrech je alanin substrátem glukoneogeneze
Alanin
biochemie-7-1-AA 96
96
Alanin - shrnutí
 snadno vzniká transaminací z pyruvátu
 ALT je klinicky významý enzym, nejvíce zastoupen v játrech,
zvýšená kat. konc. v séru - indikátor hepatopatií
 do cirkulace je alanin uvolňován hlavně svalovou tkání
 druhá nejvíce zastoupená AK v krvi (v postresorpční fázi)
 podmíněně esenciální AK (při metabolickém stresu) – významný
substrát pro glukoneogenezi v játrech
Alanin
biochemie-7-1-AA 97
97
Hydrolýza argininu poskytuje močovinu
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N H
arginin
H2O
CH2CH2CH2CHCOOH
NH2 NH2
O
C
NH2
NH2
ornitin
urea
Arginin
glutamát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 28
biochemie-7-1-AA 98
98
Vznik oxidu dusnatého z argininu
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N H O2, NADPH
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
N O H
N-hydroxyarginin
O2, NADPH
CH2CH2CH2CHCOOH
NH NH2
C
NH2
O
citrulin
N O +
oxid dusnatý
(nitroxid radikál)
BH4
Exogenní zdroje NO
• glycerol-trinitrát
• isosorbid-dinitrát
• amyl-nitrit
• isobutyl-nitrit
• nitroprusid sodný
NO sythasa
Signální
molekula-
vasodilatační
efekt
NOVÁK, Jan.
Biochemie I. Brno:
Muni, 2009,
Metabolismus AK s.
28, 29
Arginin
biochemie-7-1-AA 99
99
Syntéza kreatinu (1. část)
CH2
NH
CH2
C
H2N
NH
CH2 CH COOH
NH2
CH2
NH2
CH2 CH2 CH COOH
NH2
glycin
arginin
ornithin
guanidinacetát
CH2
NH2
COOH CH2
NH
COOH
C
H2N
NH
z řec. κρέας (maso)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 28
 Kreatin slouží jako makroergická sloučenina, zásobující velmi rychlou energií
především svalovou tkáň,kde je potřeba v krátké době vynaložit poměrně velké
množství ATP. Kreatin se v klidovém období fosforyluje účinkem ATP na
kreatinfosfát, který se ukládá a když je nárazově potřeba hodně ATP, je možné
pomocí kreatinfosfátu zpětně vyrábět ATP fosforylací ADP za současné
spotřeby kreatinfosfátu na kreatin.
Arginin
biochemie-7-1-AA 100
100
Syntéza kreatinu (2. část)
N1-methylace guanidinacetátu
CH2
N
COOH
C
H2N
NH
CH3
CH2
NH
COOH
C
H2N
NH
S-adenosylmethionin
(SAM)
S-adenosylhomocystein
kreatin
N-methylguanidin-N-acetát
guanidinacetát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 28
Arginin
biochemie-7-1-AA 101
101
N2-Fosforylace kreatinu
CH2
N
COOH
C
H2N
NH
CH3
CH2
N
COOH
C
N
NH
CH3
H
P
O
OH
HO
kreatin kreatinfosfát
ATP
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.
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 28
Arginin
biochemie-7-1-AA 102
102
Vznik kreatininu
CH2
N
C
N
NH
CH3
C
O
H
CH2
N
COOH
C
H2N
NH
CH3
cyklizační dehydratace
kreatin
kreatinin- H2O
Nadbytečný kreatin je z těla vyloučen po cyklizační dehydrataci v podobě
kreatininu. Kreatinin již nemá v organismu dalšího využití (= odpadní produkt)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 28
Arginin
biochemie-7-1-AA 103
103
Arginin - shrnutí
 podmíněně esenciální (v době růstu)
 nejbazičtější AK (guanidin)
 není transaminace, uvolňuje ornithin + močovinu
 z Arg, Gly, Met vzniká kreatin
 uvolňuje NO (vazodilatant)
 volně prodejné přípravky
Podpůrný účinek kreatinfosfátu je podle zkušeností z medicíny mohutnější při podání
co nejdříve po námaze a je závislý i na dávce. Pozitivní účinek se projevuje v
regenerační fázi po výkonu i při odstraňování kyslíkového dluhu. Další jeho uplatnění je
při první pomoci v terénu u stavů oběhového selhání, infarktu myokardu, mozkové cévní
příhody a otřesu mozku. Nebyly pozorovány vedlejší účinky.
Arginin
biochemie-7-1-AA 104
104
Dehydratační deaminace serinu
- H2O
CH2
OH
C
NH2
COOH
H
CH2 C
NH2
COOH H3C C
NH
COOH
enamin imin
H2O
H3C C
O
COOH
pyruvát
+NH3
Serin
Neesenciální AK (3-P-glycerát)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 29
biochemie-7-1-AA 105
105
Přeměna serinu na glycin
CH2
OH
CH
NH2
COOH + FH4 CH2
NH2
COOH + HOCH2 FH4
serin glycin
CH2
OH
CH
NH2
COOH
dekarboxylace
HO CH2 CH2 NH2
- CO2
ethanolamin
H2O + N5N10-CH2-THF
(Harper, str. 613)
Dekarboxylace
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 29
Serin
biochemie-7-1-AA 106
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 29
Serin
biochemie-7-1-AA 107
107
Transaminace serinu a přeměna na glukosu
3-P-glycerát
COOH
CHH2N
CH2OH
2-oxoglutarát
Glu
COOH
C
CH2OH
O
serin hydroxypyruvát
NADH + H+
COOH
CH
CH2OH
OH
glycerát
ATP
ADP
COOH
CH
CH2
OH
O P
O
O
O
glukosa
význam v opačném směru
– syntéza serinu
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 29
Serin
biochemie-7-1-AA 108
108
Serin - shrnutí
 Neesenciální, glukogenní AK
 Zdroj C1 fragmentů – na tetrahydrofolát
 Součást glycerofosfolipidů
 Význam serinu v bílkovinách:
Časté místo fosforylací
Vazba sacharidů O-glykosidovou vazbou
Časté místo štěpení (serinové proteasy) (Pepsin, trypsin)
Serin
biochemie-7-1-AA 109
109
Kompletní rozštěpení glycinu
C OOHC H2
NH2
N5 N1 0 C H2 F H4 + +C O2 NH3F H4+
Jednouhlíkatý fragment je přenesen na tetrahydrofolát
Glycin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 30
biochemie-7-1-AA 110
110
Aerobní deaminace glycinu a vedlejší dráhy
COOHCH2
NH2
COOHCH
NH
FAD FADH2
O2H2O2
H2O
NH3
-
H
C
O O
C
OH
glyoxalát
HO
C
O O
C
OH
oxalát
H
C
O
S CoA-CO2
formyl-CoA
oxid.
NOVÁK, Jan. Biochemie
I. Brno: Muni, 2009,
Metabolismus AK s. 30
Glycin
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 askorbové (30%) a příjem oxalátu z potravy
(10%) jako je špenát, reveň, mangold, čaj či kakao). Gramové dávky vitaminu C škodí.
Špenát obsahuje velké množství železa, které se – kvůli oxalátu – bohužel nevyužije: při vaření vzniká oxalát
železitý (a železo v této formě neumíme přijmout).
biochemie-7-1-AA 111
111
Glycin - shrnutí
Katabolismus
 kompletní oxidace na
CO2 + NH3
 aerobní deaminace na
oxalát
Anabolické přeměny
 donor C1 fragmentů
 serin
 Porfyriny -hem
 purinové báze
 kreatin
 glutathion
 konjugace žluč. k., xenob.
Glycin
biochemie-7-1-AA 112
112
Štěpení threoninu na glycin a acetaldehyd
COOH
CH2N
C
H
OHH
CH3
COOH
CH2H2N
glycin
CH3 C
H
O
acetaldehyd
serin pyruvát
CH3 C
S
O
CoA
acetyl-CoA
Threonin
• esenciální AK, 2 asym. C
• časté místo fosforylace a
glykosylace v bílkovinách
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 31
biochemie-7-1-AA 113
113
Methionin jako methylační činidlo
HOOC CH
NH2
CH2CH2 S
CH3
ATP
HOOC CH
NH2
CH2CH2 S
CH3
Rib Ad
HOOC CH
NH2
CH2CH2 S
Rib Ad
methionin
S-adenosylmethionin
S-adenosylhomocystein
HOOC CH
NH2
CH2CH2 SH
homocystein
remethylace
CH3 FH4
FH4
substrát
substrát CH3
cholin
adrenalin
kreatin
PPi + Pi
B12
Methionin
ethanolamin
noradrenalin
guanidinacetát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 32
biochemie-7-1-AA 114
114
S-Adenosylmethionin (SAM)
N
N
N
N
NH2
O
OHOH
S
CH3
HOOC CH
NH2
CH2CH2
trojvazná síra - sulfonium
Methionin
Methionin je v podobě SAM (S-AdenosylMethionin)
univerzálním methylačním činidlem. Podílí se např.
na přeměnách:
 ethanolamin → cholin (trojnásobná methylace)
 noradrenalin → adrenalin
 guanidinacetát → kreatin
biochemie-7-1-AA 115
Po té, co předá
methylovou
skupinu, vzniká ze
SAM látka zvaná
S-
adenosylhomocyst
ein, 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
Methionin
biochemie-7-1-AA 116
116
Odbouráním homocysteinu vzniká cystein
HOOC CH
NH2
CH2CH2 SH
homocystein
kondenzace se serinem
HOOC CH
NH2
CH2CH2 S
CH2 CH
NH2
COOH
H2O
cystathionin
odštěpení cysteinu
homoserin
HOOC CH
NH2
CH2CH2 OH
methionin
CH
NH2
COOHCH2
SH
pyridoxalfosfát
cystein
sukcinyl-CoA
B12
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 32
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 methyltetrahydrofolátu
(CH3FH4)
a regenerovat se na
methionin, který reakcí
s ATP vytvoří původní
SAM
Methionin
biochemie-7-1-AA 117
117
Methionin - shrnutí
 esenciální AK, v potravě velmi málo
 methylační činidlo (SAM)
 přeměňuje se na cystein (proto Cys není esenciální)
 C-kostra cysteinu pochází ze serinu, síra z methioninu
 konečný produkt sukcinyl-CoA (glukogenní)
Methionin
biochemie-7-1-AA 118
Význam homocysteinu
 marker kardiovaskulárních onemocnění ?
 zvýšená koncentrace homocysteinu v krvi je rizikovým
faktorem aterosklerózy nezávislým na cholesterolu
 normální konecntrace homocysteinu v plazmě: do 12 mol/l
Methionin
biochemie-7-1-AA 119
Proč je homocystein škodlivý?
 mechanismus účinku není dosud úplně objasněn
 přímé působení na cévní stěnu – poškození epitelu
 zkracuje životnost trombocytů
 snižuje fibrinolýzu
 podporuje vznik kyslíkových radikálů – poškození cévní stěny
 zvyšuje lipoperoxidaci LDL
K odstranění (přeměnám) homocysteinu jsou třeba tři vitaminy:
kys. listová, kobalamin, pyridoxin
Methionin
biochemie-7-1-AA 120
Oxygenace -SH skupiny
COOH
CH
CH2
H2N
SH
oxygenace
COOH
CH
CH2
H2N
S
O OH
cystein cysteinsulfinát
dekarboxylace
CH2
CH2
H2N
S
O OH
hypotaurin
oxidace CH2
CH2
H2N
S
OH
OO
taurin
transaminace
COOH
C
CH2
O
S
O OH
sulfinylpyruvát
O2
Cystein
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 33
biochemie-7-1-AA 121
Odštěpení sulfitu
COOH
C
CH2
O
S
O OH
sulfinylpyruvát
hydrolytické
odštěpení sulfitu
H2O
COOH
C
CH3
O
pyruvát
OH
S
O OH
O
S
O O
+ 2 H
sulfit (siřičitan)
za fyziol. pH disociace do 1. stupně: HSO3
NOVÁK,
Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 33
Cystein
biochemie-7-1-AA 122
Sulfitoxidasa katalyzuje vznik sulfátů
cystein
HSO3
- + H2O  SO4
2- + 3H+ + 2eECT,
moč
okyselují ECT
redukují Mo
Cystein
biochemie-7-1-AA 123
Ze sulfátu se tvoří PAPS
O
OHO
O
P
P
O
O
OS
O
O
O
O
O
O
N
N
N
N
NH2
(3‘-fosfoadenosyl-5‘-fosfosulfát)
biochemie-7-1-AA 124
Transaminace cysteinu - vedlejší dráha
2-oxoglutarát
COOH
CH
CH2
H2N
SH
cystein
Glu
COOH
C
CH2
O
SH
merkaptopyruvát
desulfurace
COOH
C
CH3
O
pyruvát
H2SSO3 2-
biochemie-7-1-AA
125
Cystein - shrnutí
 obě dráhy poskytují pyruvát (glukogenní)
 hlavní katabolická dráha - přímá oxygenace síry, vzniká sulfit a z
něho sulfát
 vysoce proteinová dieta vede k fyziologické acidóze
 poskytuje taurin (konjugace žluč. kys.) – podmíněně esenciální
AK v metabolickém stresu (energetické nápoje)
 součást glutathionu
 význam v bílkovinách – disulfidové můstky
Cystein
biochemie-7-1-AA 126
Šest aminokyselin poskytuje pyruvát
1. Serin - dehydratační deaminací
2. Glycin - přes serin
3. Threonin - přes glycin
4. Alanin - transaminací
5. Cystein - odštěpením -SH + transaminací
6. Tryptofan - přes alanin
biochemie-7-1-AA
127
 Transaminací Asp vzniká oxalacetát
 AST (aspartátaminotransferasa) – klinicky významný enzym
 V močovinovém cyklu Asp poskytuje dusík do močoviny a uvolňuje
fumarát
 Dekarboxylací Asp vzniká β-alanin (součást koenzymu A)
 Poskytuje dusík k syntéze purinů – uvolňuje se fumarát
 Poskytuje svůj skelet k syntéze pyrimidinů
 Součást aspartamu
 Kondenzací s amoniakem vzniká amid asparagin – pro potřebu buňky
Aspartát
biochemie-7-1-AA 128
Glutamát s oxalacetátem poskytují aspartát
(transaminace)
COOHCHCH2
NH2
CH2HOOC
Asp
oxalacetát
AST
COOHCCH2
O
CH2HOOC
glutamát 2-oxoglutarát
AST reakce produkuje aspartát pro syntézu močoviny
aspartátaminotransferasa
Glutamát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 34
biochemie-7-1-AA 129
Dehydrogenační deaminace glutamátu je hlavním producentem
NH3 v tkáních
HOOC CH CH2CH2COOH
NH2
CH2CH2COOH
NH
CHOOC
H2O
glutamát 2-iminoglutarát
2-oxoglutarát
NH3 CH2CH2COOH
O
CHOOC+
NAD+
NADH H+
glutamátdehydrogenasa (GMD)
CC
biochemie-7-1-AA 130
Dekarboxylace glutamátu
COOHCHCH2
NH2
CH2HOOC
glutamát
CH2CH2
NH2
CH2HOOC
  
GABA
gama-aminobutyric acid
CO2
Inhibiční
neurotranspiter
v CNS
Glutamát
biochemie-7-1-AA 131
Syndrom čínského restaurantu
 vzniká po jednorázovém příjmu většího
množství glutamátu sodného (1-5 g)
 nevolnost, pocit tepla ve svalech, napětí v
obličeji, tlak na prsou …
 polévka „Von-Ton“
 taste enhancer - masoxy, bujony,
polévky v sáčku, sojová omáčka apod.
Glutamátový receptor (GluR[1]) je obecné
označení pro receptor, jehož ligandem je
glutamát (tedy kyselina glutamová, přesněji
L-glutamová[2]). Jsou běžné v nervových
soustavách savců – glutamát u savců totiž
plní funkci základního excitačního
neurotransmitera.[2] Receptory
glutamátového typu se tak vyskytují na
většině rychlých excitačních synapsí
obratlovců. U člověka bylo nalezeno více
než 20 genů pro různé glutamátové
receptory.[1] Je totiž známo velké množství
různých typů glutamátových receptorů, a to
jak tzv. ionotropních (iGluR, jež se po
vazbě glutamátu stávají otevřenými
iontovými kanály), tak metabotropních
(mGluR, které mají povahu tzv. receptorů
spřažených s G proteinem).[2]
biochemie-7-1-AA 132
Glutamát - shrnutí
 produkt transaminace většiny AK, v
GMD reakci se produkuje většina amoniaku v tkáních
 protože transaminace jsou vratné, může se Glu přeměňovat
na 2-oxoglutarát (glukogenní)
 Glu + NH3  Gln (detoxikace amoniaku)
 glutamát snadno vzniká z histidinu a prolinu
 čistý glutamát sodný může způsobit zdravotní potíže
 L-glutamát je ligandem glutamátových receptorů - váže se na ně a
aktivuje je
biochemie-7-1-AA 133
Aminokyseliny jako neurotransmitery
Excitační Inhibiční
Glutamát
Aspartát
(Acetylcholin)
GABA
Glycin
Kationtové kanály (Na+) Chloridové kanály (Cl-)
biochemie-7-1-AA 134
Katabolismus prolinu poskytuje glutamát
N
COOH
H
H
H - 2H
prolin
N
COOH
pyrrolin-5-karboxylát
adice H2O
otevření kruhu
N
C COOHO
H
H
H
glutamát-5-semialdehyd
H2N
HOOC COOH
glutamát
oxidace
Prolin
Syntéza opak
katabolismu
glukogení
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 36
biochemie-7-1-AA 135
Hydroxylace prolinu využívá neobvyklý koreduktant
(2-oxoglutarát)
N
H
COOH
H
O O
COOH
C
CH2
CH2
COOH
O
N
H
COOH
HOOH
C
CH2
CH2
COOH
O
- CO2
prolin
2-oxoglutarát
4-hydroxyprolinsukcinát
Fe2+
askorbát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 36
biochemie-7-1-AA 136
136
Prolin - shrnutí
 postradatelná AK, vzniká z glutamátu
 odbourává se na glutamát (glukogenní)
 hydroxylace prolinu v kolagenu probíhá až
posttranslačně, nutný askorbát a Fe2+
(netypický koreduktant, 2-oxoglutarát)
 4-hydroxyprolin se odbourává na pyruvát
biochemie-7-1-AA 137
137
Katabolismus histidinu začíná desaturační
deaminací
CH CH
NH2
COOH
H
N
N
H
CH CH COOH
N
N
H
- NH3
kys. urokanová
Histidin
biochemie-7-1-AA 138
138
Štěpení urokanátu
CH
N
N
H
CH COOH
H2O
urokanát
1. adice vody
2. přesmyk
3. oxid. otevření cyklu
CH2
NH
N
H
CH2 COOH
COOH
N-formiminoglutamát
FH4
HN CH FH4
CH2CH CH2 COOH
HOOC
H2N
glutamát
FIGLU
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 36
Histidin
biochemie-7-1-AA 139
139
Srovnejte
C
OH
O
H mravenčí kyselina (formiát)
C
O
H
acyl mravenčí kys. (formyl)
C
NH
H
formimino skupina
(dusíkatý analog formylu)
Histidin
biochemie-7-1-AA 140
140
Dekarboxylace histidinu
• dekarboxylasa His je žirných buňkách a basofilních leukocytech
• stimuluje tvorbu HCl v žaludku
• uvolňuje se při alergických reakcích
• antihistaminika - léčiva, která blokují působení histaminu
N
N
H
CH2 CH
NH2
COOH
N
N
H
CH2 CH2 NH2
- CO2
histidin histamin
biochemie-7-1-AA
141
Histidin podmiňuje pufrační vlastnosti bílkovin
N
N
His
H
N
N
His
H
H
H
H
pKB = 8 pKA (His) = 6
pKA (His v bílk.) = 6-8NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 37
biochemie-7-1-AA
142
Histidin - shrnutí
 (podmíněně) esenciální aminokyselina
 neprobíhá transaminace, ale desaturační deaminace
 zdroj 1C fragmentu (formimino skupina)
 přeměňuje se na glutamát (glukogenní)
 ve značném množství v hemoglobinu - pufrační systém
 posttranslační methylací His v aktinu/myosinu vzniká
3-methylhistidin – jeho exkrece močí je indikátorem proteolýzy
a nutriční stavu
biochemie-7-1-AA 143
Leucin (1) - transaminace + dekarboxylace
COOHCH
NH2
CH2CH
H3C
H3C
COOHC
O
CH2CH
H3C
H3C
transaminace
C
O
CH2CH
H3C
H3C
S CoA
oxidační
dekarboxylace
2-oxokyselina (2-oxoisokaproát)
rozvětvený acyl
(isovaleryl-CoA)
-CO2
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 2oxokyseliny),
oxidační dekarboxylaci (vznik
odpovídajícího acyl-CoA) a dehydrogenaci (vznik
odpovídajícího α/β-nenasyceného acyl-CoA). Další
metabolismus je již pro každou AK specifický.
biochemie-7-1-AA 144
Leucin (2) - dehydrogenace
C
O
CH2CH
H3C
H3C
S CoA
2,3-dehydrogenace
C
O
CHC
H3C
H3C
S CoA
rozvětvený nenasycený
acylFAD FADH2
-methylkrotonyl-CoA)
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA 145
Leucin (3) - karboxylace na C4
C
O
CHC
H3C
H3C
S CoA
acyl dikarboxylové rozvětvené
nenasycené kyseliny
karboxylace
C
O
CHC
CH2
H3C
S CoA
HOOC
(-methylglutakonyl-CoA)
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA 146
Leucin (4) - hydratace dvojné vazby
C
O
CHC
CH2
H3C
S CoA
HOOC H2O
C
O
CH2 S CoAC
OH
CH3
CH2HOOC
3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA
123
(HMG-CoA)
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA 147
Leucin (5) - štěpení vazby C-C v HMG-CoA
HMG-CoA-lyasa
C
O
CH2 S CoAC
OH
CH3
CH2HOOC
C
O
H3C S CoAHOOC CH2 C
O
CH3
acetoacetát acetyl-CoA
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA 148
Leucin Isoleucin Valin
acetoacetát
acetyl-CoA
sukcinyl-CoA
acetyl-CoA
sukcinyl-CoA
ketogenní ketogenní
glukogenní
glukogenní
B12 B12
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA
149
Rozvětvené AK - shrnutí
 všechny tři jsou esenciální
 první reakce katabolismu jsou podobné (transaminace, oxid.
dekarboxylace, dehydrogenace), konečné produkty jsou různé
 leucin - jediná čistě ketogenní AK
 po jídle je jejich zastoupení v krvi vysoké (cca 70 %
všech AK), protože játra je nevyužívají (nedostatek
aminotransferas)
 nejvíce jsou utilizovány ve svalech a CNS
 příznivě ovlivňují katabolické stavy (infuze)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 37,38
Leucin, Isoleucin, Valin
biochemie-7-1-AA
150
Katabolismus lysinu (1)
HOOC CH (CH2)4
NH2
NH2
lysin
C
COOH
(CH2)2O COOH
2-oxoglutarát
- H2O
HOOC CH (CH2)4
NH2
N C (CH2)2COOH
COOH
ketimin (Schiffova báze)
Lysin
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.
biochemie-7-1-AA
151
Katabolismus lysinu (2)
hydrogenace (NADPH)
N C (CH2)2COOH ketimin
COOH
CH2(CH2)3CH
NH2
HOOC
NHCH2(CH2)3CH
NH2
HOOC CH
COOH
(CH2)2COOH sacharopin
dehydrogenace (NAD)
NCH(CH2)3CH
NH2
HOOC CH
COOH
(CH2)2COOH aldimin
biochemie-7-1-AA
152
Katabolismus lysinu (3)
NCH(CH2)3CH
NH2
HOOC CH
COOH
(CH2)2COOH aldimin
hydrolytické štěpení
(CH2)3CH
NH2
HOOC C
H
O
allysin
H2N CH
COOH
(CH2)2COOH
glutamát
biochemie-7-1-AA 153
Katabolismus lysinu (4)
(CH2)3CH
NH2
HOOC C
H
O
allysin
H2O
(CH2)3CH
NH2
HOOC C
OH
H
OH
(CH2)3CH
NH2
HOOC C
OH
O
2-aminoadipát
dehydrogenace (NAD
+
)
biochemie-7-1-AA 154
Katabolismus lysinu (5)
(CH2)3CH
NH2
HOOC C
OH
O
2-aminoadipát
2-oxoglutarát Glu
(CH2)3C
O
HOOC C
OH
O
2-oxoadipát
- 2 CO2
2 Acetyl-CoA
transaminace
biochemie-7-1-AA 155
Z lysinu vzniká karnitin
N
CH3
CH3
CH3
CH2CHHO
CH2
COO
karnitin
N
CH3
CH3
CH3
CH2CHO
CH2
COO
C
O
acylkarnitin
Přenáší MK z cytoplazmy do mitochondrie
biochemie-7-1-AA 156
Lysin - Příčné můstky v kolagenu
HC(CH2)4NH2
CO
NH
lysin
(lysylový zbytek v polypeptidu)
O2
, H2O
NH3 + H2O2
C(CH2)3
CO
NH
C
H
O
H
allysin
lysin
C(CH2)2
CO
NH
C CH
C
O
H
(CH2)3H CH
CO
NH
allysin
C(CH2)4
CO
NH
NH (CH2)4H CH
CO
NH
- H2O příčná vazba vzniklá
dehydratací aldolu
hydrogenace
+
příčná vazba vzniklá
hydrogenací Schiffovy báze
biochemie-7-1-AA 157
Lysin - shrnutí
 esenciální AK, neprobíhá transaminace
 při odbourání nejdříve odstupuje -aminoskupina jako glutamát
(glukogenní)
 -aminoskupina odstupuje z aminoadipátu transaminací
 konečný produkt acetyl-CoA (ketogenní)
Další přeměny:
 na lysin se váže ubikvitin (značkování – proteasom)
 karnitin
 příčné můstky v kolagenu, hydroxylysin
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 39, 40
biochemie-7-1-AA 158
Katabolismus fenylalaninu (1)
COOH
CHH2N
CH2
COOH
CHH2N
CH2
OH
hydroxylace
O2, BH4
transaminace
COOH
C
CH2
OH
O
fenylalanin tyrosin p-hydroxyfenylpyruvá
Fenylalanin
biochemie-7-1-AA 159
Katabolismus fenylalaninu (2)
COOH
C
CH2
OH
O
1. oxid. dekarboxylace
2. přesmyk
3. hydroxylace
OH
OH
CH2COOH
homogentisát
(2,5-dihydroxyfenylacetát)
-CO2
p-hydroxyfenylpyruvát
biochemie-7-1-AA 160
Katabolismus fenylalaninu (3)
O
O
OH
OH
CH2COOH C
COOH
O
OH
O O
maleinylacetoacetát
oxidační rozštěpení
aromatického kruhu
dioxygenasa
biochemie-7-1-AA 161
Katabolismus fenylalaninu (4)
COOH
COOH
O O
izomerace
COOH
O O
HOOC
fumaroylacetoacetátmaleinylacetoacetát
biochemie-7-1-AA 162
Katabolismus fenylalaninu (5)
H2O
fumaroylacetoacetát
COOH
O O
HOOC
COOH
HOOC
H3C
COOH
O
fumarát acetoacetát
biochemie-7-1-AA 163
Hyperfenylalaninémie + Fenylketonurie
 deficit hydroxylasy nebo
deficit BH4
 zvýš. hladina Phe a
metabolitů v krvi
 vylučování fenylpyruvátu
močí
COOH
CHH2N
CH2
COOH
CHH2N
CH2
OH
hydroxylasa
O2, BH4
fenylalanin tyrosin
x x x
biochemie-7-1-AA 164
Metabolity fenylalaninu
COOH
CHH2N
CH2
transaminace
COOH
C
CH2
O
fenylalanin fenylpyruvát
oxid.
dekarboxylace
hydrogenace
COOH
CH2
COOH
CH
CH2
OH
fenylacetát
fenyllaktát
biochemie-7-1-AA 165
Hyperfenylalaninémie + Fenylketonurie
 následek neléčené poruchy - mentální retardace
 léčba - dieta s nízkým obsahem Phe do cca 15 roku života
 v dospělosti Phe nevadí
 řada výrobků obsahuje sladidlo aspartam, nevhodné pro
fenylketonuriky, hydrolýzou uvolňuje fenylalanin
biochemie-7-1-AA 166
Aspartam
H2N
N
HOOC
O
H O
O
CH3
L-aspartyl-L-fenylalanin methyl ester
(180× sladší jak sacharosa)
biochemie-7-1-AA 167
Hydroxylace fenylalaninu poskytuje tyrosin
COOH
CHH2N
CH2
H
+ O O + BH4
COOH
CHH2N
CH2
OH
+ +H2O BH2
fenylalanin tyrosin
koreduktant
tetrahydrobiopterin
biochemie-7-1-AA 168
Z tyrosinu vzniká DOPA a dopamin
COOH
CHH2N
CH2
OH
COOH
CHH2N
CH2
OH
OH
hydroxylace
O2, BH4
tyrosin DOPA
(3,4-dihydroxyfenylalanin)
dekarboxylace
- CO2
CH2
CH2
OH
OH
NH2
dopamin
(katecholamin)
Tyrosin
biochemie-7-1-AA 169
Další dva katecholaminy z dopaminu
CH2
CH2
OH
OH
NH2
hydroxylace na C-2
O2, askorbát
CH2
CH
OH
OH
NH2
OH
dopamin noradrenalin
N-methylace
SAM
CH2
CH
OH
OH
NH
OH
CH3
adrenalin
Cu2+
Předpona nor- znamená N-demethyl
biochemie-7-1-AA 170
Přeměna dopaminu na melanin
CH2
CH2
OH
OH
NH2
dopamin
- 2H
CH2
CH2
O
O
NH2
dopachinon
melanin
kondenzace
biochemie-7-1-AA
171
Přeměna tyrosinu na thyroxin
HO CH2CHCOOH
NH2
HO CH2CHCOOH
I
I
NH2
2 I
tyrosin 3',5'-dijodtyrosin
HO CH2CHCOOH
I
I
NH2
thyroxin
O CH2CHCOOH
I
I
NH2
HO
I
I
Hormon štítné žlázy
biochemie-7-1-AA
172
Fenylalanin, tyrosin - shrnutí
 Fenylanin je esenciální, tyrosin nikoliv
 Tyr vzniká hydroxylací Phe za účasti tetrahydrobiopterinu
 Katabolismus je společný (smíšené AK)
 Poskytují fumarát – doplňující reakce CC
 Tyrosin se přeměňuje na specializované produkty:
Hormony (katecholaminy, thyroniny)
Kožní pigment melanin
biochemie-7-1-AA
173
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 42
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
fumaroylacetoacetáthydr
olasa
↑ Tyr
průjmy, zvracení,
„zápach po
hlávkovém zelí“
Albinismus Tyrosinhydroxylasa
absence očních a
kožních pigmentů
biochemie-7-1-AA 174
Odbourání tryptofanu (1)
N
H
CH2 CH
NH2
COOH
oxidační
rozštěpení
C
O
NH
CH2 CH
NH2
COOH
C
H
O
tryptofan
N-formylkynurenin
O2
Tryptofan
biochemie-7-1-AA
175
Odbourání tryptofanu (2)
C
O
NH
CH2 CH
NH2
COOH
C
H
O
kynurenin
hydrolýza amidu
amid mravenčí
kyseliny
H2O
hydroxylace
+ HCOOH
3-hydroxykynurenin
C
O
CH2 CH
NH2
COOH
NH2
C
O
CH2 CH
NH2
COOH
OH
NH2
biochemie-7-1-AA
176
Odbourání tryptofanu (3)
3-hydroxykynurenin
hydrolytické
odštěpení alaninu
CH
NH2
COOHH3C
Ala
3-hydroxyanthranilát
C
O
CH2 CH
NH2
COOH
OH
NH2
COOH
OH
NH2
H2O
biochemie-7-1-AA
177
Odbourání tryptofanu (4)
3-hydroxyanthranilát
3 % 97 %
N
CONH2
HOOC
COOH
O
nikotinamid
2-oxoadipát
H3C C
S
O
CoA
acetyl-CoA
COOH
OH
NH2
biochemie-7-1-AA 178
Dekarboxylace tryptofanu
N
H
CH2 CH
NH2
COOH
N
H
CH2 CH2
NH2
- CO2
tryptofan tryptamin
biochemie-7-1-AA 179
Přeměna tryptofanu na melatonin
N
H
CH2 CH
NH2
COOH
N
H
CH2 CH2
NH2
HO
tryptofan 5-hydroxytryptofan
N
H
CH2 CH
NH2
COOH
HO
dekarboxylacehydroxylace
serotonin
acetylace
methylace
N
H
CH2 CH2
NHO C
O
CH3
H3C
melatonin
BH4 BH2
regulace
biorytmu
biochemie-7-1-AA 180
Tryptofan - shrnutí
 esenciální AK
 komplikovaný katabolismus
 není transaminace, aminoskupiny se zbavuje ve formě alaninu
(glukogenní)
 konečný produkt - acetyl-CoA (ketogenní)
 vzniká z něho nikotinamid a NAD+
 bakterie tlustého střeva – indol a skatol
biochemie-7-1-AA 181
181
Čtyři vitaminy částečně vznikají v těle
Hydrofilní Lipofilní
Niacin (z Trp)
Biotin (střevní flora)
Fylochinon (střevní flora)
Kalciol (kůže, UV)
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 45
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 !!!
biochemie-7-1-AA 182
Sedm aminokyselin nepodléhá transaminaci
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno:
Muni, 2009, Metabolismus AK s. 45
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)
biochemie-7-1-AA 183
6 AK poskytuje pyruvát
NOVÁK, Jan. Biochemie I. Brno: Muni,
2009, Metabolismus AK s. 45
AK Typ reakce
SERIN DEHYDRATAČNÍ
DEAMINACE
GLYCIN PŘES SERIN
THREONIN PŘES GLYCIN
ALANIN TRANSAMINACÍ
CYSTEIN ODŠTĚPENÍM-SH +
TRANSAMINACÍ
TRYPTOFAN PŘES ALANIN
AK a metabolity-neurotransmitery
EXCITAČNÍ ÚČINEK
(ovládají kationové Na+
kanály)
INHIBIČNÍ ÚČINEK
(ovládají chloridové Cl-
kanály)
GLUTAMÁT GABA
ASPARTÁT GLYCIN
(ACETYLCHOLIN)
biochemie-7-1-AA 184
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)
biochemie-7-1-AA 185
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
biochemie-7-1-AA 186